Étude sur l`inactivation de microbes par l`appareil AQUA HP

Traduction de la langue allemande
Traduction de l’étude espagnole – Université de Barcelone
La version originale est en possession du fabricant – 01/2004
Étude sur l’inactivation de microbes par l’appareil
AQUA HP-SYSTEM
Université de Barcelone
Heck Trade S.L. – Espagne
Étude sur l’inactivation de microbes
par l’appareil
Aqua Hydro Physical System
(AQUA HP-System)
Barcelone, en juillet 2003
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Étude sur l’inactivation de microbes par l’appareil AQUA HP-SYSTEM
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Ce rapport correspond au rapport final du travail intitulé « Étude sur l’inactivation de
microbes par l’appareil AQUA HP-SYSTEM » conformément à l’accord de
coopération entre l’entreprise Heck Trade, S.L., Espagne et les professeurs de
l’Institut de Microbiologie de l’Université de Barcelone, Monsieur Joan Jofre Torroella
et Monsieur Francisco Gutiérrez.
En outre, les personnes suivantes ont participé à la réalisation de la présente étude:
Dr. Xavi Mèndez
Dr. Maite Muniesa,
Ces personnes sont membres de l’Institut de Microbiologie.
Barcelone, en juillet 2003
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Rapport préliminaire des expériences de laboratoire effectuées avec l’appareil
AQUA HP-SYSTEM
1. Introduction
Le présent rapport a pour but de définir un certain nombre de conditions
fondamentales à la réalisation des tests et expériences avec le AQUA Hydro
Physical System (ci-après dénommé HP-SYSTEM), et ce dans le but de pouvoir
évaluer l’inactivation de microbes lors de leur activité dans un circuit d’eau fermé.
Il est possible de se reporter au mode de fonctionnement de cet appareil sur la page
Web de l’entreprise qui vend cet appareil:
http://www.aqua-correct.dk/hps-press-uk.html
Nielsen Technical Trading
P.O. Box 10, DK-4621 Gadstrup, Danemark
TECHNOLOGIE
Le cœur de la technologie de l’AQUA HP-SYSTEM est un réacteur à eau à haut
rendement. En plaçant en amont une pompe à pression adéquate (pression effective
nécessaire de 5-8 bars), des hauts coefficients de surpression et de pression
négative ainsi que des énormes forces de cisaillement de l’eau agissant de façon
centrifuge et centripète sont créés à l’intérieur du réacteur. Les coefficients de
surpression et de pression négative ainsi que les forces de cisaillement se produisant
sont tellement élevés que les bactéries, les germes et autres composés organiques
sont détruits de manière durable.
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Dans un deuxième temps, en raison du haut coefficient de pression négative, de l’air
ambiant est forcément aspiré à l’intérieur du réacteur et s’ajoute donc au processus
de traitement. Par conséquent, l’oxygène dissous et l’oxygène de l’air ambiant
proportionnellement aspiré (21%) sont donc à disposition pour un processus
d’oxydation naturel (combustion à froid). La combinaison de surpression / de
pression négative, des forces de cisaillement de l’eau extrêmement élevées et une
oxydation naturelle de l’oxygène réduisent les charges et la pollution organiques de
façon successive et empêchent de manière pérenne que de nouveaux germes se
forment ou que des germes se reforment.
Un autre avantage de la technologie de l’AQUA HP-SYSTEM réside dans le fait que
l’influence de la structure moléculaire déjà mentionnée entraîne également un
changement de la tension de la surface et de la viscosité de l’eau traitée. L’eau
traitée est physiquement plus douce, de telle sorte que les processus de lavage et de
nettoyage sont considérablement améliorés ou optimisés.
2. But des expériences
Le but des tests et expériences effectués était de prouver que l’AQUA HP-SYSTEM
peut inactiver des micro-organismes dans un circuit d’eau fermé. C’est pourquoi les
conditions de fonctionnement du dispositif de traitement de l’eau AQUA HP-SYSTEM
ont d’abord été définies pour la réalisation des tests.
Conformément aux recommandations du fabricant, l’appareil a été installé dans de
nombreux circuits d’eau chaude, tours de refroidissement, jets d’eau ornementaux
etc. afin d’y empêcher la prolifération de bactéries, de spores, de champignons etc.
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Dans le cas où la capacité de l’appareil à l’inactivation de micro-organismes / de
microbes serait prouvée à l’issue de l’analyse des tests et des résultats qui en
découlent, alors de nouveaux tests et expériences allant au-delà de ce rapport
préliminaire pourront être planifiés.
3. Installation expérimentale
Ces expériences ont été effectuées avec un appareil AQUA HP-System de type K0
Junior, un appareil très compact qui se compose d’une pompe centrifuge et du
réacteur HP dans un boîtier fermé auquel doivent ensuite uniquement être
raccordées les conduites destinées à l’arrivée et à la sortie de l’eau. Les dimensions
extérieures de l’appareil K0-Junior sont les suivantes:
longueur 350 mm, largeur 480 mm, hauteur: 620 mm, poids: 40 kg.
4. Coefficient de débit
Cet appareil permet un coefficient de débit de 0,5 à 2,5 m3/h. Un coefficient de débit
de 1 m3/h a été choisi pour les tests afin d’éviter de trop grosses quantités d’eau.
5. Échantillons d’eau et spécimens
200 litres d’eau provenant du réseau de distribution d’eau de Barcelone ont été
prélevés pour les échantillons d’eau et ont été traités avec du thiosulfate de sodium
afin de neutraliser les effets du chlore.
Diverses bactéries et bactériophages ont été injectés dans les échantillons,
cependant, outre l’échantillon destiné à l’expérience, un échantillon de contrôle a
toujours également été préparé. Après l’homogénéisation, il résultait une fraction de
1 litre d’échantillon injecté qui était conservé en dehors du circuit et qui servait
d’échantillon de contrôle pendant l’expérience.
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200 litres d’eau injectée ont été introduits dans l’AQUA HP-SYSTEM en tenant
compte des programmes en fonction du temps décrits dans le protocole
d’expérimentation.
6. Circuit des tests
Le circuit d’eau dans les expériences contenait les éléments suivants:
 Un réservoir d’eau avec 200 litres d’eau.
 Un tuyau à eau flexible (faisant partie des accessoires) pour aspirer l’eau sur
la buse d’alimentation de l’appareil AQUA HP-SYSTEM.
 L’appareil AQUA HP-SYSTEM, de type K0 Junior, y compris une pompe à
haute pression.
 Un tuyau à eau flexible (faisant partie des accessoires) pour évacuer l’eau de
l’appareil.
 Un appareil de mesure pour le volume d’eau.
Le schéma suivant montre la composition des dispositifs lors de la réalisation des
expériences.
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7. Micro-organismes et microbes utilisés
Souches bactériennes, bactériophages et milieu de culture utilisés
7.1. Souches bactériennes
Un Gram positif et un Gram négatif de types de bactéries qui représentent les
souches les plus courantes ont été sélectionnés:
 Enterococcus faecalis ATCC 29212 ( Gram +)
 Escherichia coli WG5 (ATCC 700078) (Gravox Cobrough 1986) (Gram-)
7.2 Bactériophages
Deux bactériophages différents ont été sélectionnés:
 MS2 (ATCC 15597-B1) ISO 10805-1 (Anonymous 1995)
 B56-3 (ATCC 700786-B1) ISO 10705-4 (Anonymous 2002)
7.3 Milieux de culture
 mFC-Agar (Difco, Becton Dickinson, USA). Ref: 267720
 Chromocult Coliforme Agar (Merck Darmstadt, BRD). Ref: 1.10426
 m Enterococcus Agar (Difco, Becton Dickinson, USA ) Ref: 27462
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8. Protocole d’expérimentation
Les différentes expériences ont été effectuées dans l’ordre suivant:
a) Préparation de l’appareil en raccordant les tuyaux à eau flexibles destinés à
l’arrivée et à la sortie d’eau et en les raccordant au réservoir à eau.
b) Préparation d’un volume d’eau de 200 litres en y additionnant du thiosulfate de
sodium.
c) Mise en marche de la pompe et fixation du coefficient de débit de l’eau (1 m3/h).
Avec ce coefficient de débit et avec un volume de réserve d’eau de 200 litres, un
cycle de tests dure 12 minutes au maximum.
d) Stoppage d’un temps de planification de moins de 60 secondes destiné à la
stabilisation. Vérification du circuit d’écoulement de l’eau. Pendant ce temps, rejet de
l’eau traitée.
e) Ajout de la quantité de microbes adéquate pour l’expérience dans une proportion
de 1000 cfu ou de 1000 pfu par ml d’eau.
(cfu/ml= titre de bactéries = indication de concentration; pfu/ml= titre de bactériophages = indication
de concentration)
f) Homogénéisation
g) Prélèvement d’un échantillon d’eau de 1 litre en tant que quantité de contrôle.
h) Pour la réalisation d’expériences de contrôle, un réservoir d’eau de construction
identique de 200 litres a été mis en place et il y a été injecté la même quantité de
microbes afin de prouver que les microbes ne sont pas absorbés dans le circuit. Le
volume d’eau dans les tuyaux et dans le réacteur HP s’élevait à moins de 4 litres,
c'est-à-dire à 2 % maximum du volume total de l’échantillon.
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i) Prélèvement de la même quantité d’échantillon du circuit d’eau et de l’eau de
contrôle au début de l’expérience (« heure zéro ») et ensuite à de différentes heures.
j) Exécution d’analyses volumétriques / d’analyses de titre des différents microbes
conformément aux protocoles standardisés.
k) La température de l’eau a été continuellement contrôlée et est restée inférieure à
27° Celsius lors des expériences.
i) Les expériences ont été exécutées selon le programme journalier suivant: 8 heures
de traitement à partir de l’heure zéro puis 16 heures d’arrêt. Ce programme journalier
a été répété à plusieurs reprises.
9. Résultats
Les résultats ont été représentés sous forme de graphiques. Ces graphiques
montrent les concentrations de microbes au cours des tests, et ce non seulement
dans l’eau de contrôle mais aussi dans l’eau préparée.
La cinétique d’inactivation atteinte se rapproche, dans la plupart des cas, d’une ligne
droite avec R2 supérieur à 0,70.
Ce modèle sensible permet de définir un temps d’inactivation de T90. Ceci
correspond au temps pendant lequel 90 pour cent des microbes présents dans
l’échantillon sont inactivés. Cette valeur a pour but de mesurer l’inactivation des
divers microbes et est à chaque fois inférieure à 100 heures dans les expériences qui
ont été réalisées avec le réacteur HP.
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Une dégradation (naturelle) et une inactivation des microbes ont également été
constatées lors des expériences de contrôle (sans réacteur HP), mais cependant
avec un temps d’inactivation T90 supérieur à 100 heures. Ce qui signifie que
l’inactivation naturelle de micro-organismes était très inférieure à celle qui a été
déclenchée par le réacteur.
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10. Résultats
10.1. Inactivation des entérocoques
Expérience 1:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
Expérience 2:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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Expérience 3:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
Expérience 4:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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10.2. Inactivation de l’Escherichia coli
Expérience 1:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
Expérience 2:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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Expérience 3:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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10.3. Inactivation des bactériophages B56-3
Expérience 1:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
Expérience 2:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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Expérience 3:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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10.4. Inactivation des bactériophages MS2
Expérience 1:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
Expérience 2:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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Expérience 3:
Heures de traitement
♦ eau traitée avec le réacteur HP
■ eau de contrôle sans réacteur HP
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Résultats
Outre la « cinétique d’inactivation », les temps d’inactivation T90 et T99 des divers
microbes additionnés ont été calculés (en heures).
Résultats des temps d’inactivation T90 et T99:
Statistiques des temps d’inactivation T90 et T99 des micro-organismes et des
microbes utilisés:
Des.est.: déviation standard
I.C.: zone de confiance, intervalle de confiance
V. min: plus petite valeur (minimum)
V. max: plus grande valeur (maximum)
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Diagramme des temps d’inactivation T90 et T99 des micro-organismes et des
microbes utilisés:
Heures
Temps d’inactivation T90 et T99 des microbes expérimentaux
1: T90 de l‘Enterococcus faecalis ATCC 29212
2: T99 de l‘Enterococcus faecalis ATCC 29212
3: T90 de l‘Escherichia coli QTCC 7000078
4: T99 de l‘Escherichia coli QTCC 7000078
5: T90 du bactériophage MS2 ATCC 15597-B1
6: T99 du bactériophage MS2 ATCC 15597-B1
7: T90 du bactériophage B56-3 QTCC 700786-B1
8: T99 du bactériophage B56-3 QTCC 700786-B1
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11. Épilogue
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Dans le travail suivant, des expériences sur l’inactivation de micro-organismes ont
été effectuées. En l’occurrence, 200 litres d’eau provenant du réseau de distribution
d’eau ont été mélangés avec des micro-organismes divers dans un circuit d’eau
fermé et ont été conduits à travers l’appareil Aqua Hydro Physical System (AQUA
HP-SYSTEM). Deux types de bactéries ont été utilisés: l’Enterococcus faecalis et
l‘Escherichia coli ainsi que deux bactériophages différents: MS-2 et B56-3.
En ce qui concerne les conditions de test, il était possible de déterminer le temps
d’inactivation T90, c’est-à-dire le temps nécessaire à l’inactivation de 90 % de la
population microbienne ou bien – ce qui revient au même – de déterminer la
réduction de la contamination présente conformément à une unité logarithmique.
Les temps d’inactivation T90 dépendent des caractéristiques des microbes utilisés
dans les tests. Ainsi, la valeur moyenne de T90 est de 20 heures dans le cas de
l’Enterococcus faecalis, de 23 heures dans le cas de l‘Escherichia coli, de 6 heures
dans le cas des bactériophages MS2 et de 51 heures dans le cas des
bactériophages B56-3. Les résultats de l’inactivation des bactériophages utilisés en
tant qu’indicateurs de virus montrent que les virus sont également inactivés
par l’AQUA HP-SYSTEM.
Ces résultats prouvent l’inactivation des microbes grâce à l’activité du réacteur HP
sous les conditions de test décrites étant donné que des expériences de contrôle
parallèles y ont montré que certains temps d’inactivation T90 s’élevaient à plus de
100 heures. Par conséquent, l’inactivation par le réacteur est nettement plus élevée
que l’inactivation naturelle des microbes analysés dans l’eau.
Les taux de survie calculés dans les expériences décrites engendrent, dans chacun
des cas, une ligne droite de régression, ce qui indique de façon simplifiée un modèle
de cinétique du premier ordre. Cette cinétique permet de déterminer les temps
d’inactivation T90 et T99. Cependant, nous ne pouvons pas exclure la possibilité
qu’une cinétique différente de l’inactivation puisse se révéler dans une autre étude
plus approfondie.
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Les temps d’inactivation T90 des bactéries utilisées dans l’expérience sont, avec des
valeurs de 20 à 23 heures, très rapprochées, de même qu’en ce qui concerne les
temps d’inactivation T99 qui se trouvent être entre 35 et 37 heures pour les
Entérocoques1 et les E. coli. Étant donné que ces derniers sont des microorganismes qui sont typiques pour l’eau, ils sont représentatifs pour une inactivation
d’un large spectre de bactéries par l’utilisation du réacteur HP. Le type de bactéries
Legionella se trouve également à l’intérieur de ce spectre.
Par conséquent, les indications du fabricant en ce qui concerne l’inactivation
de bactéries et l’utilisation de l’AQUA HP-SYSTEM dans différents domaines
d’utilisation de l’eau sont prouvées.
Le résultat n’était pas le même en ce qui concerne les bactériophages analysés, dont
les deux étaient des modèles – des virus. Dans ce cas, le temps d’inactivation T90
du bactériophage MS2 d’une durée de 6 heures était en contraste avec le temps
d’inactivation T90 du bactériophage B56-3 d’une durée de 51 heures. Ces différents
résultats peuvent non seulement être attribués aux différentes caractéristiques de
bactéries et de bactériophages, mais encore aux différences existantes entre les
deux bactériophages analysés en eux-mêmes.
En résumé, il est possible de dire que les résultats mentionnés démontrent l’efficacité
de l’AQUA HP-System en ce qui concerne l’élimination des bactéries et des virus
sous les conditions de l’expérience menée. En outre, il est possible de partir du
principe que le dispositif AQUA HP-System minimise, dans des conditions
semblables, la croissance de bactéries dans des circuits d’eau fermés et maintienne
à un faible niveau la concentration de tout type de micro-organismes, tout comme le
décrit le fabricant de l’AQUA HP-Systems dans son information sur le produit.
12. Références
Anonymous (1995) ISO 10705-1: Water quality. Detection and enumeration of bacteriophages. Part 1:
Enumeration of F-specific RNA bacteriophages. Genf, Schweiz, International Standardisation Organisation.
Anonymous (2000) ISO 10705-2: Water quality. Detection and enumeration of bacteriophages. Part 2:
Enumeration of somatic coliphages. Genf, Schweiz, International Standardisation Organisation.
Anonymous (2002) ISO 10705-4: Water quality. Detection and enumeration of bacteriophages. Part 4:
Enumeration of bacteriophages infecting Bacteroides fragilis. Genf, Schweiz, International Standardisation Organisation.
Grabow WO & Cobrough P (1988): Practical direct plaque assay for coliphages in 100 ml samples of
drinking water. Appl. Environ. Microbiol. 52: 430-433.
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