RESUMES INTERVENTIONS Dépôts- Biofilms-Entartrage

RESUMES INTERVENTIONS
Dépôts- Biofilms-Entartrage : du curatif au préventif
04 SEPTEMBRE 2014 à Nancy
PREVENTION DES DEPOTS
COMPRENDRE POUR PREVENIR

Mécanismes de formation des carbonates par les bactéries
Karim BENZERARA, Université Université Pierre et Marie Curie, Paris [email protected]
De nombreux dépôts carbonatés naturels sont associés à des flores bactériennes diversifiées. De telles
associations ont été étudiées abondamment par des communautés scientifiques variées. Il a ainsi été noté
qu’une grande diversité de bactéries peut induire la précipitation de carbonates, la plupart du temps
extracellulairement, parfois intracellulairement (Couradeau et al., 2012). Différents métabolismes peuvent
agir, notamment les photosynthèses oxygéniques et anoxygéniques, la sulfato-réduction ou encore l’uréolyse
(Dupraz et al., 2009). Différents mécanismes peuvent induire la précipitation de carbonates : une
augmentation du pH de la solution, et/ou de l’augmentation de la teneur en carbone inorganique, et/ou de la
modification de l’activité du calcium autour des cellules ou encore la nucléation préférentielle des cristaux sur
les polymères bactériens. Dans cet exposé, nous donnerons un résumé de ces processus ainsi que de la
diversité bactérienne pouvant les catalyser tout en évoquant les démarches mises en œuvre pour évaluer
cette diversité.

Biodétérioration des bétons
Sébastien ROUX, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine - [email protected]
Parmi la multitude de facteurs de vieillissement des matériaux cimentaires, l’influence des éléments
biologiques est souvent négligée bien que pouvant entrainer l’apparition de tâches et salissures mais
également la ruine des ouvrages. La colonisation biologique des bétons par des algues, des bactéries ou encore
des champignons est précédée par le conditionnement de la surface par carbonatation. Une fois colonisées,
la matrice cimentaire peut être dégradée par réaction chimique de ses constituants avec les métabolites
microbiens mais également par pénétration et développement des éléments biologiques au sein du réseau
poreux du matériau. De par la chimie de leur environnement, les réseaux d’assainissement sont les ouvrages
en béton pour lesquels l’action bactérienne est le plus souvent mise en avant, notamment du fait du
développement de bactéries du genre Thiobacilli et de la production d’acide sulfurique.

Cohésion des biofilms de réseaux d’eau et résistance au
nettoyage/désinfection
Laurence MATHIEU, EPHE, LCPME, Université de Lorraine - [email protected]
Les systèmes de distribution d’eau sont constamment colonisés par des micro-organismes (bactéries,
champignons, etc) organisés sous forme de cellules isolées et d’agrégats adhérant à la surface des tuyaux et
des parois des réservoirs. Ils sont composés de communautés microbiennes diversifiées et denses avec 10 6 à
107 cellules/cm². La présence de biofilms est souvent perçue comme négative (prolifération et détachement
de germes saprophytes, réservoir de pathogènes, relargage de molécules organiques, amplification de la
corrosion, …). Leur élimination (par voie chimique ou/et action mécanique) reste généralement difficile. En
effet, des exopolymères (EPS) structurent ces biofilms et leur confèrent une forte cohésion et des propriétés
viscoélastiques, qui expliquent les échecs des procédures de nettoyage/désinfection. Définir de nouvelles
stratégies de nettoyage efficace des surfaces nécessite une meilleure compréhension de la structure de ces
biofilms d’eau potable, de leur cohésion, et de leur résistance via la combinaison d’outils empruntés à la
physico-chimie, la mécanique des fluides, et la microbiologie. Les observations de biofilms d’eau potable en
particulier par microscopie à force atomique (AFM) (imagerie et cartographie de forces) montrent un
ensemble d’agrégats poly-dispersés sur la surface, dont la structure est stratifiée et extrêmement cohésive.
Les EPS forment un réseau maillé de polymères ayant un taux d’enchevêtrement voisin de 106 points de
contact/μm3. La cohésion de l’ensemble résulte en particulier d’interactions hydrophobes entre ces EPS. Les
deux procédures de nettoyage/désinfection que nous avons étudiées (nettoyage hydrodynamique et
chloration) montrent des effets relativement différents. Ces deux procédures éliminent une fraction de la
biomasse du biofilm (75 %), mais laissent en place au moins 105 à 106 bactéries/cm2 et des polymères
organiques. Par contre, l’application d’une contrainte hydrodynamique de cisaillement sur la surface du
matériau génère notamment l’étalement des amas par déformations élastiques et renforce les contacts entre
les exopolymères par diminution de la taille des mailles (doublement du taux d’enchevêtrement). Ce
mécanisme contribue à un accroissement de la cohésion des amas du biofilm résiduel. Au contraire, après
chloration, les bactéries du biofilm résiduel apparaissent endommagées par le chlore et le réseau
d’exopolymères fragilisé (diminution de ~40% des points de contact entre EPS). En conclusion, ces procédures
de nettoyage/désinfection en place (CIP/DIP) doivent être adaptées et optimisées en fonction des
caractéristiques des biofilms à éliminer qui peuvent varier d’un système de distribution à l’autre. Cette
caractérisation amont est indispensable pour s’assurer de l’efficacité des procédures et optimiser les temps
de nettoyage, la concentration des réactifs et de fait le coût des interventions.
IMPACT DES MATERIAUX
 Evaluation de l’impact des matériaux utilisés dans le transport d’eau potable
sur la formation des dépôts
Fabien SQUINAZI, Ancien Directeur du Laboratoire d’hygiène de la ville de Paris, Médecin
biologiste - [email protected]
Le biofilm représente un système microbien dynamique et structuré, associé à une surface, dans une matrice
ou gangue constituée d’exopolymères bactériens, de composés organiques et minéraux et de macromolécules
piégées du milieu environnant. Dans les réseaux intérieurs de distribution d’eau, la prolifération bactérienne
est essentiellement liée à la constitution d’un biofilm. Véritable réservoir microbien, qui protége les micro-
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organismes et concentre les nutriments, le biofilm est à l’origine de la contamination de l’eau par le
détachement de fragments ou la libération de bactéries individualisées dont l’impact sanitaire peut être plus
ou moins important. L’aptitude des matériaux à promouvoir la croissance microbienne a été évaluée par le
test BPP (Biomass Production Potential), développé dans la norme européenne CEN/TC 164 (septembre 2010).
La croissance microbienne est déterminée par la mesure de l’adénosine triphosphate (ATP), à la fois dans l’eau
et sur les cylindres de matériaux, après 8, 12 et 16 semaines d’exposition. Les études menées sur de nombreux
matériaux, métalliques et de synthèse, neufs ou ayant subi des traitements répétés de nettoyage et de
désinfection, montrent que le pouvoir de formation de biomasse diffère notablement d’un matériau à l’autre.
Toutefois, dans son avis du 19 septembre 2013, l’Anses précise qu’aucun critère d’acceptabilité des matériaux
vis-à-vis de la promotion de la croissance microbienne ne peut être fixé à court terme, en raison des difficultés
à établir, en situation réelle, une relation entre le résultat de la mesure et l’impact éventuel sur la qualité
microbiologique de l’eau.
 Impact topographique des états de surface sur l’adhésion des dépôts
Claude ROQUES-CARMES, FEMTO-ST/ CIT-DMA de Besançon - [email protected]
L'influence de la rugosité des composants des réseaux de transport de fluide sur les différentes interactions
pariétales peut s’expliquer à partir d'une description multi-échelle des dénivelées de surface de ces
composants à l'aide de critères issus du traitement de signal fournis par des capteurs mécaniques ou optiques
dédiés à cette métrologie en mode tridimensionnel.
La description associée portera sur des analyses statistiques, fréquentielles, géométriques (surfacique et
volumique), et même fractales, de la topographie superficielle avec illustrations de la formation des dépôts
localisés sur ces surfaces.
TABLES RONDES
COMMENT COUPLER LUTTE CONTRE LES DEPOTS ET PROTECTION DES MATERIAUX ?
Animateur : Fabien SQUINAZI
Patrick PARIS, Association CAPRIS (Antagua)[email protected]
Bernard BEUGNET, Herli- [email protected]
Matthieu KIRCHHOFFER, Cofely- [email protected]
Cette table ronde réunit fabricants de matériaux, de produits de nettoyage et utilisateurs. Le
nettoyage et la désinfection des surfaces pour lutter contre les dépôts et biofilm implique l’utilisation de
techniques et de produits parfois agressifs. Les matériaux et revêtements sont ainsi soumis à des attaques
répétées qui peuvent altérer leur durée de vie. Cette table ronde réunira fabricants de canalisation et de
produits de nettoyage. Elle permettra de répondre à des questions de type : comment évoluent les matériaux
pour prendre en compte les contraintes de nettoyage ? Ou encore quelles sont les précautions à prendre avant
la mise en place d’un processus de nettoyage ? Les innovations dans les deux secteurs seront également mises
en avant.
BESOINS EN PREVENTIF ET CURATIF, INDICATEURS UTILISABLES POUR LE PASSAGE DU
PREVENTIF AU CURATIF
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Agathe YVERNEAU, Charal ; Dominique GELUS, Calor ; Mohsen HASSINE, SADE ; Josselin BOBET, Solvay
Cette table ronde rassemble quatre industriels rencontrant des problèmes de dépôt. Nous nous intéresserons
à ce qui les préoccupe au jour le jour et à la manière dont ils le gèrent. Ils répondront à des questions sur leur
besoin, les innovations qui les feraient rêver et sur les signaux qui les amènent à passer du préventif au curatif.
SESSION 1 : TECHNIQUES CURATIVES
Animateur : Laurent MOUTEAUX, OREAU - [email protected]
TECHNIQUES DE NETTOYAGE ET DESINFECTION

Le jet d’azote supercritique, une technique de nettoyage et de décapage
physique sans déchets additionnels
Abdel TAZIBT, CRITT TJFU - [email protected]

Traitements curatifs des circuits de refroidissement : caractérisation des
dépôts et étude de cas
Christophe FORET, ICL Water Solutions - [email protected]
Rémy HENNY, T.M.E.

Conception hygiénique & optimisation du nettoyage
Marie CHEVAL, GSF - [email protected]
L’optimisation des consommations d’eau et des rejets fait partie des principaux défis à relever dans le cadre
de la prestation de nettoyage humide en agroalimentaire. La conception hygiénique des équipements et des
ateliers est un levier fondamental pour agir sur la consommation d’eau, mais aussi plus largement pour limiter
le développement de biofilms, l’entartrage, le vieillissement des machines et aussi améliorer le confort des
opérateurs et l’ergonomie… donc optimiser l’efficacité du nettoyage et de la désinfection. Membre actif de
l’EHEDG (Groupe International pour l’Ingénierie et la Conception Hygiénique) depuis 2009, GSF contribue à
l’élaboration de guides de bonnes pratiques en matière de conception hygiénique en surfaces ouvertes,
notamment pour prendre en compte ce niveau de conception dans l’élaboration de ses méthodes de
nettoyage. Sous un autre angle, des méthodes alternatives comme le nettoyage à l’eau ozonée (en cours de
développement) ou la vapeur sont autant de pistes d’amélioration avec leurs caractéristiques propres.
TECHNIQUES NON CONVENTIONNELLES

La biologie au service de la désinfection
Mouh Oulhadj MAMERI, AMOEBA

Magnétisme, Electromagnétisme, Microélectrolyse
Intervenants : HYDREOS
Témoins : Matthieu KIRCHHOFFER, Cofely - [email protected]
Bien que toujours controversés, les procédés physiques comme l’électrolyse, le magnétisme et
l’électromagnétisme sont de plus en plus souvent utilisés pour limiter la formation de dépôts de calcaire,
voire de biofilm dans les canalisations d’eau. HYDREOS a mené une étude pour rassembler les informations
disponibles sur leur principe de fonctionnement, leurs limites, les essais réalisés par des laboratoires de
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recherche et des témoignages d’utilisation de ces systèmes. Cette étude présente également la situation du
marché du traitement de l’eau et la part prise par les procédés physiques sur celui-ci.
En résumé, nous tenterons de répondre aux questions : pourquoi et dans quels cas ces procédés
fonctionnent ? Quel est leur avenir ? Et pour quelles applications ?
SESSION 2 : INNOVATION DANS LES MATERIAUX

Conception de nouvelles surfaces à propriétés anti-bactériennes par une
approche multidisciplinaire et multi-échelle
Marie-Noëlle Bellon-Fontaine, AgroParisTech - [email protected]
Toute bactérie en suspension dans un fluide peut interagir avec son environnement et notamment avec des
surfaces biotiques ou abiotiques. La biocontamination des matériaux (i.e. l’adhésion bactérienne et la
formation de biofilms) est donc un processus naturel et spontané, rencontré quelle que soit la nature de la
bactérie, du fluide environnant et du support récepteur (plastiques, surfaces métalliques, verre …). Dans les
environnements industriels, la biocontamination surfacique peut entraîner des pertes de rentabilité
importantes et, lorsqu’elle implique des germes pathogènes, être à l’origine de problèmes de santé publique
plus ou moins sévères. Limiter voire inhiber cette contamination microbienne reste un challenge indéniable
mobilisant nombre d’équipes de recherches et notamment le consortium « SANBACT » au travers de son
projet « Conception de nouvelles surfaces à propriétés anti-bactériennes par une approche multidisciplinaire
et multi-échelle » développé dans le cadre d’une ANR-CD2I. L’exposé qui sera présenté reprendra les
principaux résultats obtenus et les perspectives de recherche envisagées.

L'eau et les solutions revêtements
Jacques POURCHER, Sofiplast - [email protected]
L’entartrage est une source à court ou moyen terme de dégradation de nos installations en contact avec l’eau.
Cette couche de calcaire peut aussi cacher d’autres problèmes beaucoup plus insidieux sur les installations
(corrosion des supports, échange thermique dégradé, …). Certaines de ces dégradations peuvent être résolues
par des revêtements de surfaces. Les revêtements de surfaces peuvent donc constituer des solutions en amont
ou en aval des transports de fluide. Les revêtements de surfaces peuvent avoir différentes fonctions : antiadhérence, anticorrosion, anti-érosion, anti-fouling, agréés alimentaire et/ou eau potable. Certains
revêtements sont déposés à température ambiante, d’autres nécessitent une post cuisson leur apportant
toutes leurs fonctionnalités.

Matériau intelligent contre l’adhésion bactérienne
Lydie PLOUX, IS2M - [email protected]
Au cours des dix dernières années, d’importantes avancées ont été réalisées dans le domaine des surfaces
antibactériennes, capables de prévenir la colonisation bactérienne ou d’éliminer les bactéries adhérées. De
nouvelles stratégies de revêtements antibactériens ont ainsi été proposées et développées, basées sur le
greffage en surface de molécules préventives ou bioactives, ou sur l’inclusion au cœur du revêtement de
molécules biocides. Toutefois, beaucoup reste à faire pour répondre concrètement aux besoins spécifiques de
chaque application (dispositif médical implantable, mobilier hospitalier, canalisation d’eau potable ou de
circuit de refroidissement, réservoir de stockage de l’eau…). L’enjeu est maintenant d’adapter la nature des
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molécules actives, leur mode de stockage, les doses délivrées et leur cinétique de libération, tout en contrôlant
la durabilité du matériau (délivrance d’une dose active sur une longue période, résistance d’un revêtement au
vieillissement, dégradation rapide d’un matériau après son utilisation…). Pour cela, des revêtements
antibactériens dits « intelligents » sont imaginés, qui visent à exploiter les particularités de l’environnement
d’application, pour s’adapter et répondre au mieux à ses besoins spécifiques. Au cours de cet exposé seront
présentés et discutés ces enjeux, ainsi des exemples des approches les plus récemment développées.

Revêtements antimicrobiens multifonctionnels bio-inspirés
Michaël ALEXANDRE, Symbiose Biomaterials - [email protected]
La plupart des matériaux mis en contact avec de l’eau, en continu ou de manière fréquente, est susceptible
de développer un biofilm suite à l’accroche de bactéries, à leur reproduction et l’établissement de colonies.
Nous développons des revêtements de surface bio-inspirés, compatibles avec divers supports tels que l’acier
et les métaux en général, le verre et certaines matières plastiques, capable d’empêcher le développement des
biofilms bactériens via une approche multifonctionnelle. Notre revêtement adhérent et réactif au travers
d’une technologie inspirée de l’adhérence des moules permet de fixer à la surface des supports d’intérêt un
cocktail de biomolécules défavorisant l’adhérence bactérienne (anti-adhérents), digérant le biofilm (enzymes)
et tuant les bactéries par contact (peptides anti-microbiens). Le revêtement développé ayant notamment
démontré son efficacité sur la formation de biofilms et l’élimination de bactéries sur des surfaces métalliques,
il pourrait trouver application dans le traitement préventif de conduites d’eau.

Revêtements antibactériens à base de multicouches de polyélectrolytes
Fouzia BOULMEDAIS, Université de Strasbourg- [email protected]
Les matériaux interagissent avec leur environnement principalement par leur surface. Contrôler ces
interactions implique donc de maîtriser parfaitement la chimie et la physique de ces surfaces. Différentes
techniques de traitement ont été développées dans ce but et parmi elles, les multicouches de polyélectrolytes.
Ces films multicouches sont construits par la méthode du dépôt couche par couche (LbL de l'anglais "Layerby-Layer") fondée sur la physisorption (assemblages basés sur les interactions faibles, principalement
électrostatiques) de polyanions et de polycations. Dans le domaine des biomatériaux et des biotechnologies,
l’utilisation des multicouches destinées à recouvrir des implants offre de grandes potentialités. En
collaboration avec l’UMR 977 INSERM (Strasbourg), nous avons pu développer plusieurs types de revêtements
ayant des propriétés antibactériennes. En particulier, nous avons utilisé des polysaccharides, polymères
d’origine naturelle, ainsi que des peptides antimicrobiens afin de conférer à des surfaces des propriétés à la
fois antibactériennes et antifongiques.
Lieu : CCI de Meurthe-et-Moselle, 53 rue Stanislas- 54000 Nancy
Evènement organisé en partenariat avec :
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