Quelques méthodes classiques d'évaluation des biomasses fixées sur les parois des matériaux en contact avec l'eau potable

Various methods for the assessment of biofilms on construction products in contact with drinking water

CRECEP, Ville de Paris 144 avenue Paul Vaillant Couturier 75014 Paris

Résumé

Tous les matériaux au contact de l'eau destinée à la consommation humaine sont colonisés à des degrés divers par les micro-organismes. Les biofilms ainsi créés à l'interface entre les phases liquide et solide, possèdent une structure complexe. Ils sont constitués de cellules microbiennes uniques ou de micro-colonies enchevêtrées au sein d'un réseau d'exopolymères hautement hydraté. Le réseau peut être fortement mélangé à des composés minéraux ayant précipité ou à des produits de corrosion. Cette structure leur permet de s'accrocher au support, de se protéger contre les agressions extérieures, de constituer des réserves nutritives ou encore d'éliminer des déchets. Ce système n'est pas figé et évolue en fonction de très nombreux paramètres tels que la température, les éléments nutritifs, les mouvements hydrauliques, le type de matériau utilisé. La formation excessive de ces biomasses sur les parois des systèmes de distribution provoque une détérioration de la qualité de l'eau, d'une part d'un point de vue organoleptique (goût, odeur), et d'autre part, au niveau microbiologique (développement de micro-organismes pathogènes ou pathogènes opportunistes). Ces micro-organismes représentent, alors, un risque pour la santé du consommateur, essentiellement vis-à-vis des populations fragilisées. Afin de pouvoir estimer ce risque, la mise au point d'une méthode de caractérisation des biomasses fixées s'avère indispensable.

Les méthodes analytiques employées sont très variables, exigent parfois du matériel coûteux et sont souvent peu reproductibles. Les techniques que nous décrirons font appel soit à une analyse in situ, soit à une mesure des biomasses après détachement de leur support. Les analyses in situ correspondent à une observation microscopique des biofilms après coloration. Si les mesures sont effectuées après décrochage des biofilms, les protocoles de détachement sont basés sur le grattage à l'aide d'écouvillons, sur l'emploi des ultrasons ou sur l'activité de molécules chimiques (détergents, protéases, carbohydrases...). L'analyse de l'extrait obtenu peut être réalisée grâce à des méthodes bactériologiques classiques (dénombrement sur milieux gélosés et identification des espèces présentes), des mesures biochimiques (dosage des protéines totales, de l'ATP), des techniques de biologie moléculaire (quantification de l'ADNr 16s par PCR). Chacune de ces méthodes donne des informations sur les biofilms mais n 'aboutit pas à une caractérisation complète de ce dernier.

Seul le développement d'une méthodologie regroupant plusieurs des méthodes précédemment décrites permettra la connaissance approfondie des biomasses fixées sur les matériaux en contact avec l'eau potable.

Abstract

Drinking water contains low numbers of microorganisms which colonise inner surface of any material and develop into biofilms, often leading to a condition known as regrowth. In drinking water systems, a mature biofilm is very complex. It consists of single cells and microcolonies of sister cells all embedded in a highly hydrated matrix of bacterial exopolymers. This matrix can be mixed up with precipitates of mineral compounds or with corrosion products. This structure offers several benefits for the microbial community : protection against biocides or heat, concentration of nutrients and cometabolism, microbial adaptation... Changes in this dynamic system occur in function of many parameters such as water temperature, water quality, hydraulic conditions, selected type of material. A high biofilm development can be associated with an increased possibility of waterborne disease, taste and odour problems, accelerated corrosion. The release of opportunistic pathogens or pathogens might represent a public health risk, especially for weakly population.

In order to evaluate this risk, the set up of a method to characterize these water biofilms is required. Most of the methods usually proposed for the assessment of biofilms appear to have a low reproducibility and to give an incomplete view of the structure. Moreover, some of them are known to be expensive. Biofilm analysis implies, on the one hand, direct microscopic observations, and on the other hand, indirect estimation after the removal of microorganisms from the colonised surfaces. The release of bacteria is mostly achieved using ultrasonic treatment, mechanical action or chemical products (enzymes, detergent...). The resulting extracts can be analysed with standard bacteriological techniques (plate count methods, microbial identification), with biochemical measurements (total protein determination, ATP content calculation), with methods of molecular biology (quantification of 16S rDNA by polymerase chain reaction). Each of these methods gives some information but does not lead to a complete characterization of biofilms. To obtain a deeper knowledge about water biofilms, the development of a new methodology should be conducted using several of the methods that have been described above.