Par Dr. Kelly A. Reynolds, MSPH

De la vie dans le réseau de distribution d’eau
potable: SURVEILLANCE DU POTENTIEL DE
FORMATION DE BIOFILM
Par Dr. Kelly A. Reynolds, MSPH
Le réseau de distribution d’eau
potable est une source d’inquiétude
en ce qui concerne la contamination
de l'eau pendant la livraison et la
recroissance des micro-organismes
qui survivent au traitement. La
présence naturelle de matières
organiques dans l'eau offre une
source d’alimentation pour les
bactéries qui peuvent se coloniser sur
les parois intérieures des conduites
de distribution, formant des biofilms
qui protègent et permettent la
croissance des microbes, dont
certains sont associés à des effets hostiles pour la santé des humains. Équilibrer les risques et
les avantages des différents traitements d'eau potable pour réduire au minimum la formation de
biofilms s'est avéré difficile. Dans certains cas, résoudre un problème signifie en créer d’autres.
Inconvénients de la distribution
La désinfection de l'eau potable ne produit pas un produit stérile. Les bactéries peuvent survivre
au processus de traitement et utiliser les aliments nutritifs dans l'eau, ayant comme résultat leur
croissance et leur recroissance dans le réseau de distribution. Les bactéries peuvent s’attacher à
la surface des conduites de distribution où elles forment un biofilm. Les biofilms sont des groupes
de matières organiques et inorganiques qui s’accumulent dans les conduites, hébergeant et
protégeant les bactéries contre des efforts de traitement supplémentaires. Les bactéries du
biofilm peuvent produire un agent gélatineux qui facilite l'adhérence et la durabilité du biofilm luimême. Les complexes de Legionella et de Mycobactérie avium (MAC) sont deux organismes qui
sont souvent isolés des biofilms et inquiètent en raison de leurs effets néfastes pour la santé.
Un buffet pour les bactéries
Il est bien connu que le facteur primaire contribuant à la recroissance bactérienne dans le réseau
de distribution est la disponibilité d’aliments nutritifs dans l'eau. D'autres facteurs jouent
également un rôle, y compris la température, le temps de séjour et l'efficacité de la désinfection.
Les aliments nutritifs dans l'eau sont essentiellement des composés organiques. Des variétés de
composés sont disponibles aux microbes comme source d'énergie. Ceux principalement
associés à la croissance bactérienne sont connus en tant que carbone organique dissous,
carbone organique biodégradable (COBD) ou carbone organique assimilable (COA).
La présence d’organismes MAC à la source d’eau est souvent en corrélation avec la turbidité.
Bien que le traitement de l'eau soit efficace à réduire le MAC, les niveaux dans les réseaux de
distribution sont en moyenne 25,000 fois plus élevés que les niveaux à l’usine de traitement,
1
suggérant la croissance dans le réseau de distribution. De plus, les niveaux de MAC sont
corrélés positivement avec les niveaux de COA et de COBD, composés reconnus pour
« alimenter » les populations bactériennes1.
Les eaux présentant des niveaux élevés de COA et de COBD (c.-à-d.,>150 µg / L et >0.5 mg / L,
respectivement) entrant dans le réseau de distribution devraient être considérées pour d’autres
traitements parce que le contrôle du développement du biofilm et de la recroissance bactérienne
devient reconnu comme étant un aspect important
de la qualité de l'eau. Des bactéries communes (c.à-d., des bactéries de HPC) peuvent être
empêchées de croître même dans des réseaux non
chlorés quand des niveaux de COA sont maintenus
en dessous de 10 µg/L. Des bactéries de coliforme
dans de l'eau chlorée ont été empêchées de croître
à des niveaux de COA <50-100 µg /L. Pour obtenir
ces degrés de qualité, un niveau élevé de traitement
est souvent nécessaire, impliquant des procédés
tels que la coagulation, l'application de charbon
actif, la filtration biologique ou le procédé de
membrane5.
Surveillance améliorée
Contrôler la présence d'éléments nutritifs dans l'eau aide à déterminer la qualité de l'eau au
robinet, particulièrement pour la recroissance d’organismes. Puisque le COA est reconnu pour
stimuler la croissance bactérienne dans le réseau de distribution, il est un paramètre commun à
surveiller pour le potentiel de recroissance dans le réseau. Pour détecter le COA, une méthode
normalisée connue sous le nom d'essai biologique est utilisée. Bien qu'il y ait beaucoup de
variations au test de l'essai biologique du COA, la méthode conventionnelle du COA est d’ajouter
un niveau connu de bactéries à un échantillon d'eau et de permettre à la population de grandir
jusqu’à l'épuisement des éléments nutritifs disponibles (c.-à-d. carbone). Une fois la source
nutritive de l'eau épuisée, le niveau de la croissance des bactéries est mesuré et comparé à la
concentration nutritive originale.
Cette méthode a été développée
pour la première fois en 19823 pour
le contrôle de la qualité de l'eau
potable. Le test est tout à fait simple
sauf que les eaux spécifiques
doivent être évaluées pour des
interférences potentielles, tels le
désinfectant résiduel, l'inhibition de
sulfate de cuivre, et des niveaux
élevés de pH dans les eaux traitées
avec un adoucisseur. Par
conséquent, les ajustements
utilisant des neutralisants
désinfectants, des agents de
chélation et des amortisseurs de pH
peuvent être nécessaires pour
certaines sources d’eau.
Dans un court délai, la méthode originale a été modifiée pour utiliser deux espèces de bactéries,
les contraintes P-17 de Pseudomonas fluorescent et les contraintes bactériennes NOX de
2
Spirillum. Ces bactéries produisent un epifluorescense naturel et peuvent être détectées dues à
leurs natures électroluminescentes spécifiques.
Au commencement, l'essai de COA, utilisant le comptage des bactéries sur plaque, a exigé
jusqu’à huit jours jusqu’à terme, fournissant seulement des données historiques sur la qualité de
l'eau. L'utilisation des analyses luminescentes d'epifluorescens a diminué les périodes de
détection à cinq jours3. Plus récemment, des scientifiques ont génétiquement modifié les
bactéries de détection du COA, la contrainte NOX de Spirillum et la contrainte P-17 de
Pseudomonas fluorescents, et ont choisi ceux avec une activité luminescence élevée et ont
augmenter la sensibilité en prévoyant les niveaux du COA2. Cette nouvelle méthode réduit le
temps d'analyse à deux-trois jours et est susceptible d'être modifiée pour une analyse
automatisée dans un avenir rapproché. D'autres travaillent sur l'analyse « en temps réel » du
COA, nécessitant une-deux heures d'incubation avant de mesurer la luminescence biologique.
Bien que prometteuse, l'information sur la validation de cette méthode des échantillons d'eau
potable n'est pas actuellement publiée. (CheckLight Ltd, Qiryat-Tiv’on, l'Israel ;
http://www.checklight.co.il).
Balancer l’efficacité du traitement
Les gestionnaires des usines de traitement de l'eau sont préoccupées par la formation des sousproduits de désinfection au chlore (c.-à-d., trihalometh-anes - Des supposés carcinogènes qui
sont liés aux défauts de naissance, aux fausses couches et à la mortalité à la naissance) et sont
intéressés à équilibrer le
besoin de désinfection
microbienne avec la
diminution de la formation
de sous-produits.
Comme alternative, l'ozone,
un puissant agent
désinfectant et oxydant, est
utilisé dans quelques
applications de traitement
de l'eau. En dépit de ses
propriétés efficaces de
désinfection, l'ozone peut
convertir de grandes
molécules organiques dans
l'eau en de plus petites
molécules (c.-à-d.,
augmentant le COA ou le
COBD) qui sont à leur tour
plus disponibles pour
l'usage bactérien et stimulent la recroissance des
Source : Université Binghamton
bactéries dans le réseau de distribution. En fait, l'ozone
a été montré pour tripler le niveau de COA. De même,
les méthodes conventionnelles de traitement de l'eau comprenant la chloration et l'irradiation par
UV peuvent avoir un effet semblable. Pour réduire au minimum cet effet, des filtres biologiques
servant à réduire les niveaux initiaux du COA et du COBD et/ou l'addition de désinfectant
résiduel pour réduire la recroissance dans le réseau de distribution sont souvent recommandés.
Quelques scientifiques suggèrent que l’effort pour maintenir un niveau de désinfectants résiduels
dans le réseau de distribution a des avantages limités. Les cas de contamination d’importance
(c.-à-d., contamination d'eaux d'égout aux raccordements croisés) ne sont pas rectifiés par les
3
désinfectants résiduels. Quelques experts craignent que l'utilisation des désinfectants résiduels
puisse masquer les risques pour la santé en éliminant les indicateurs d’organismes (c.-à-d.,
bactéries de coliforme) mais en n'affectant pas les microbes pathogènes ou les biofilms déjà
formés.
En raison des soucis causés par les trihalometh-anes et d'une possible fausse sensation de
sécurité, plusieurs pays européens choisissent de renoncer à l'utilisation des désinfectants
résiduels comme traitement courant et de se concentrer à maintenir la stabilité biologique de
l'eau (c.-à-d., équilibrer les niveaux de COBD et de COA pour contrôler la croissance
bactérienne).
Bien qu’emplis d’incertitudes concernant une efficacité consistante, les chlores résiduels sont
considérés aux États-Unis comme étant des barrières nécessaires contre la recroissance. De
plus, bien que moins que parfaits, les chlores résiduels sont les seuls gardiens contre la
contamination dans les réseaux de distribution. Considérer qu'une baisse du chlore résiduel a
démontré une correspondance de l’augmentation de 50-fois des bactéries dans le réseau de
distribution.
Des difficultés à assurer une eau de qualité
Dans le réseau de distribution, les fluctuations passagères de la pression de l'eau ne sont pas
rares. Ces événements créent des vagues négatives de pression dans les conduites de
distribution, les laissant susceptibles à l'afflux d'eau contaminée provenant de l'extérieur, à des
niveaux supérieurs à un (1) gallon minute. L'eau extérieure est aspirée à travers de petites fuites
dans les conduites de distribution. Dans les régions où les conduites de collecte des eaux usées
sont à une proximité étroite des conduites de distribution d'eau
potable, les implications sont troublantes.
De façon générale, les conditions qui contribuent à la
croissance des bactéries dans le réseau de distribution sont
complexes. Ils sont également spécifiques aux emplacements
variables des sources d'eau et aux paramètres de la qualité
de l'eau. La colonisation des bactéries sous forme de biofilms
se produit rapidement dans les conduites de distribution et la
croissance est aggravée par la présence élevée de COA et de
COBD, en plus de la contamination après traitement dans le
réseau de distribution même. Avec tant de facteurs
contribuant, il est difficile de prévoir la qualité de l'eau au point
d’utilisation. Il y a des sources multiples de contamination de
l'eau potable une fois qu'elle quitte l’usine de traitement et peu
d'options pour sa protection. Cette constatation est une force
d'entraînement derrière le besoin de dispositifs au point
d’utilisation comme complément à l'approche multi barrières
au traitement de l'eau potable.
Références
1.Falkinham, J.O., Norton, C.D. et M.W. LeChevalier. 2001. Facteurs influençant les nombres
d'Avium de mycobactérie, d'intracellulaire de mycobactérie, et d'autres mycobactéries dans les
réseaux de distribution d'eau potable. Microbiologie appliquée et environnementale. 67:1225 1231.
4
2. Haddix, P.L., Shaw, la New Jersey et M.W. LeChevalier, 2004. Caractérisation des dérivés
bioluminescent s des bactéries organiques assimilables d'essai de carbone. Microbiologie
appliquée et environnementale. 70:850 - 854
3. Kaplan, L.A., Bott, T.L., et Reasoner, D.J. 1993. Évaluation et simplification de l'essai
biologique nutritif de carbone organique assimilable pour la croissance bactérienne en eau
potable. Microbiologie appliquée et environnementale. 59:1532 - 1539.
4. Najm, I., LeChevalier, M.W., Randall, A.and Kiene, L. 2000. Les études de cas des impacts du
traitement changent la stabilité biologique sur les réseaux de distribution. Base de recherches
d'AWWA, Denver, projet #361/Report # 90816.
5. Van der Kooij, D., Visser, A., et Hunen, W.A.M. 1982. Détermination de la concentration du
carbone organique facilement assimilable en eau potable. Journal de l’AWWA. 74:540.
6. Volk, C.J. et LeChevalier, M.W. 1999. Impacts sur la réduction du niveau d’aliments nutritifs
sur la qualité de l'eau bactérienne des réseaux de distribution. Microbiologie appliquée et
environnementale. 65:4957 - 4966.
Au sujet de l’auteur
Le Dr. Kelly A. Reynolds est une scientifique de
recherche à l'université de l'Arizona avec une
concentration sur l'élaboration de méthodes rapides
pour détecter les virus pathogènes humains en eau
potable. Elle détient une maîtrise en science de la
santé publique (MSPH) de l'université de la Floride du
Sud et un doctorat en microbiologie de l'université de
l'Arizona. Reynolds a également été membre du
Comité technique de revue de WC&P depuis 1997.
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