Introduction à la contamination des circuits d'eau

Contexte

Le présent document a pour objet de préciser les mesures préventives qui peuvent être prises pour réduire les risques de la maladie du Légionnaire.
Ce guide précise l'écologie de Legionella dans un environnement hydrique, et les méthodes de contrôles utilisées. Il fournit des informations, des conseils de conception, de fonctionnement et d'entretien nécessaires pour minimiser les risques de contamination des circuits d'eau et systèmes, tels que les tours aéroréfrigérantes ou les réseaux de distribution d'eau chaude/froide.
Actuellement des procédures de décontaminations et de nettoyage sont pratiquées par les principaux pays sensibilisés par la maladie. Le document en fait la synthèse et il a aussi pour but d'éviter de réinventer des pratiques connues et acceptées dans le monde et de dépenser de l'argent dans des choix techniques inefficaces ou obsolètes.

Application

Ce document est destiné aux propriétaires et exploitants d'installations publiques et privées qui comportent des systèmes ou équipements particuliers susceptibles de favoriser la croissance de Legionella :

- Eau chaude sanitaire (l'eau chaude distribuée de manière collective pour une utilisation sanitaire (douches,..)

- Circuits de climatisation. La contamination avec de type d'équipement est faible en France et l'analyse technique en sera peu développée,

- Circuits de refroidissement avec des tours aéroréfrigérantes. La contamination est potentiellement forte et cette partie sera développée de manière significative.

Il ne s'agit pas d'une analyse "médicale" du risque lié à Legionella pneumophila mais plus d'une synthèse technique ayant pour but de comprendre par exemple:
- pourquoi la legionelle s'installe dans un réseau d'eau chaude sanitaire et pas dans un autre,
- pourquoi de nombreuses chorations échouent,
- pourquoi, alors que l'eau est à moins de 25 °C, l'on a un problème avec la legionelle,
- pourquoi le risque légionelle peut apparaître dans un réseau d'eau potable.

De nombreux pays ont signalé les débuts de la maladie du Légionnaire et ils ont mis en place très tôt des moyens de prévention et d'éradication de ces germes pathogènes.
Très rapidement, il a été acté par les principaux spécialistes mondiaux, que les risques épidémiologiques ne pouvaient diminuer significativement, que si des procédures, telles que celles décrites dans le présent document, étaient appliquées.

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Rappels sur certains aspects médicaux

Historique de la contamination

Des délégués, ayant assistés à la 58ième convention annuelle des anciens combattants de l'American Legion à Philadelphie aux USA courant juillet 1976, ont déclaré une grave maladie respiratoire.
Six mois après, il a été identifié la bactérie responsable nommée Legionnella pneumophila. La maladie est ainsi appelée depuis Maladie du Légionnaire.
Depuis cette période l'on rencontre, en France, les formes sporadiques et épidémiques de la maladie. Des cas sporadiques ont aussi été signalés un peu partout dans le monde (Royaume Uni, USA, Australie, Allemagne).
Bien que des personnes bien portantes puisent contracter la maladie, le risque augmente pour les malades cancéreux sous-traitement ou pour des patients immunodépressés ayant subit une transplantation rénale.

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Les autres facteurs de risques sont les suivants :

le tabagisme,
l'alcoolisme,
le diabète,
les affections respiratoires chroniques,
l'âge du patient, les risques augmentent en effet avec l'âge dès 50/55 ans
le sexe du patient. Le sexe masculin est touché en majorité.

En France, les investigations épidémiologiques n'ont pas établi, dans la majorité des cas, les sources de la contamination.

Cependant dans quelques cas, les tours aéroréfrigérantes et les réseaux de distribution des eaux ont été identifiés comme étant des sources potentielles. Une étude menée par le médecin d'EDF, lors d'un colloque du CSTB (décembre 1999) fait le point sur cette question.

Le document qui suit provient de la communication de J.M. HODGSON et B.J. CASEY et il analyse une enquête menée aux USA.

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La transmission de la maladie s'effectue par inhalation d'eau contaminée, diffusée en aérosols. Il n'y a pas de transmissions inter humaines rapportées. L'infection n'est pas provoquée par l'ingestion d'eau contaminée par la Legionnella.
La Legionella est une bactérie aérobie. Ceci veut dire qu'elle a besoin d'oxygène pour vivre.
Elle a été identifiée dans de nombreux milieux (lacs, étangs rivières, réseaux d'eau potable, forages, circuits de refroidissement) et l'on peut dire que cette famille de bactéries se retrouve tout autour de nous au quotidien.
Des expériences en laboratoire ont montré que la bactérie survivait à des pH aussi bas que 2 (ceci est déjà fortement acide), et à une température de 55 °C.
La température optimale de développement se situe vers les 40 °C.
un autre document provenant de l'étude de Hodgson et Casey (d'après G.W. BRUNDRETT) montre de manière simple la résistance à la température de Legionella pneumophila :

Cette destruction à plus de 50 °C de Legionella est exploitée en désinfection par le traitement thermique des réseaux. En général, les cellules ont une dimension totale (longueur) de 1 à 3 µm pour un diamètre de l'ordre de 0,5 - 1 µm.

document CDC Atlanta

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La croissance de ce microorganisme est beaucoup plus lente que la plupart des bactéries identifiées dans les eaux de surface et il a besoin pour se développer de nutriments et de minéraux.
Ainsi deux produits jouent un rôle majeur dans la croissance de cette bactérie:

- Un acide aminé appelé L-Cystéine,

- Le fer (fer ferreux Fe++ ou ferrique Fe+++) provenant de l'eau ou provenant de la corrosion des équipements.

Des études en laboratoire et des contaminations récentes en France ont montrés que de nombreuses espèces de Legionella se développaient de manière intracellulaire dans des protozoaires comme les amibes.
Le cliché qui suit montre une bactérie du Légionnaire en présence d'une amibe :

d'après un document CDC Atlanta

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En complément au couple Legionella-protozoaire les algues et les autres espèces de bactéries jouent un rôle majeur.
Ainsi les algues stimulent la croissance de la Legionella en lui fournissant certaines substances.
Il en est de même des autres bactéries source pour la Legionella de L-Cystéine.
Par ailleurs la bactérie va trouver refuge dans un dépôt associant d'autres bactéries, des polymères naturels, des sels minéraux et appelé biofilm.
La figure suivante décrit de manière simplifiée la formation du biofilm.

Le biofilm fait l'objet d'une page spécifique.
Le groupe de travail européen sur la mesure des biomasses fixées (coordinateur Professeur Y. LEVI Faculté de Pharmacie Université de Paris XI Laboratoire " Santé Publique Environnement " 92 Chatenay-Malabry) regroupe de nombreux spécialistes universitaires et d'exploitants publics et privés français, espagnols et allemands.
Le numéro 11 (1999) de la revue TSM publie plusieurs articles du groupe de travail et le présent paragraphe s'inspire longuement de ces travaux.

Comme le signal Y . LEVI, " les biomasses colonisent les réseaux intérieurs des hôpitaux, des grands immeubles, des avions, des stations thermales et sont à l'origine de proliférations bactériennes pouvant induire des pathologies surtout vis à vis de populations fragilisées ".
" Elles consomment le chlore résiduel dans les canalisations et peuvent induire des contaminations de l'eau en provoquant des dépassements de normes. Elles peuvent aussi protéger de l'action du chlore, des micro-organismes introduits accidentellement dans les canalisations ".

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Selon COSTERTON et coll. (Microbiol. biofilms, Ann. Rev. Microbiol, 49, 711-745, 1995) et repris par Y. LEVI (TSM, 11 34-37 1999) il faut pour que le biofilm s'installe, survive et se développe :

- Un " support acceptable " . Quasiment tous les matériaux classiques utilisés dans les réseaux d'eau chaude sanitaire (ECS), l'eau potable et les circuits d'eau industrielle sont dans ce cas.

Le guide abordera ce volet de manière détaillée dans le chapitre concernant les stratégies de lutte contre la Legionella.

- Des " conditions physico-chimiques acceptables ". Elles existent souvent dans ce type de circuit. Le rôle MAJEUR du comportement hydraulique de l'eau est fondamental avec:

un écoulement turbulent ou non. La connaissance des critères classiques d'appréciation des modes d'écoulement de l'eau est fondamental (nombre de Reynolds..)

l'existence d'une couche limite dans les canalisations importante ou non (la fameuse boundary layer des anglo-saxons..),

- Des éléments nutritifs, dans l'eau, la légionelle demande plus particulièrement de la L. Cystéine et du fer. Le fer pourra provenir d'une eau naturellement ferrugineuse ou de la corrosion.

Les traitements biocides (chlore, ozone) corrodent les matériaux. Ainsi il y aura toujours de petites quantités de fer libéré dans l'eau.
La L. cystéine proviendra d'autres micro-organismes susceptibles de synthétiser cet acide aminé.

- L'absence de biocide.

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L'on pourra aussi y associer la présence de sédiments formant des dépôts. Ceux-ci comme supports favorisent la formation du biofilm.
Les autres éléments nutritifs (matières organiques que l'on peut mesurer avec la concentration du carbone organique dissous bio éliminable, manganèse,…) jouent un rôle important.
La publication de Y. LEVI met aussi l'accent sur les performances limitées du chlore contre le biofilm.
En effet le chlore est consommé par les matières organiques dissoutes et le pH relativement élevé de l'eau (situation que l'on rencontre dans les réseaux d'eaux chaudes et les tours de refroidissement, avec très souvent, suite au départ de gaz carbonique, un pH de l'ordre de 7,7-8), perturbe fortement la chloration, et la corrosion.
Il en est de même pour l'hydraulique (stagnation de l'eau dans certaines branches du réseau)
Il y a à ce jour environ 30 espèces reconnues de Legionella et ce nombre évolue régulièrement.
Parmi celles-ci, 11, à ce jour, ont été identifiées comme susceptibles de contaminer l'homme.
L'espèce Legionella pneumophila, l'une de ces 11 espèces dangereuses est responsable, au niveau mondial, d'environ 85 % des cas identifiés de légionellose.
La même espèce peut aussi bien conduire à la forme pneumonie qu'à la fièvre de Pontiac sans que cela soit bien expliqué.
Chaque espèce de Legionella est divisée en sous catégories appelées sérogroupes.
Le tableau qui suit donne, pour les 11 espèces identifiées comme dangereuses à ce jour le nombre de sérogroupes connus:

Pour Legionella pneumophila, les sérogroupes 1 et 6 sont considérés comme les plus dangereux.
En utilisant des techniques biologiques évoluées l'on peut encore diviser les sérogroupes.
Ainsi pour Legionella pneumophila, ces techniques ont mis en évidence plus de 60 variations génétiques du seul sérogroupe 1.
Vouloir ainsi contrôler sélectivement tel ou tel sérogroupe, ou même Legionella pneumophila, relève de l'utopie.
La seule présence dans l'eau de Legionella montre qu'il y a un risque. La recherche de l'espèce n'apporte pas grand chose dans la politique de lutte contre le risque associé aux bactéries.

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Mise à jour juillet 2001- Révision 1-
copyright IRH Environnement et Jean-Louis ROUBATY 2001