LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
Ouvrages en commandePhotovoltaïque autonome
Photovoltaïque raccordé au réseau
Facteurs contrôlant la Reviviscence Bactériennee > Les nutriments
Un des facteurs clés qui détermine la reviviscence bactérienne dans les réseaux de distribution d’eau potable est la biodisponibilité des nutriments. En effet, la présence de matière organique peut promouvoir la reviviscence bactérienne et ainsi conduire à la détérioration de la qualité de l’eau. Les substrats organiques en eau potable sont les premiers facteurs de la reviviscence des bactéries hétérotrophes dans les systèmes de distribution.
Les nutriments carbonés
Source nutritive essentielle pour la prolifération bactérienne, le contenu en éléments organiques carbonés est aujourd’hui considéré comme un facteur primordial dans la maîtrise de la qualité microbiologique de l’eau dans le réseau, une consommation de la matière organique s’accompagne d’un accroissement de la densité bactérienne présente au niveau du biofilm, tout comme dans l’eau circulante.
Composition de la matière organique des eaux de distribution
La matière organique présente dans l’eau potable, est constituée d’une fraction particulaire et d’une fraction dissoute. Cette dernière est composée :
- des molécules organiques provenant de la décomposition d’organismes morts et/ou de végétaux,
- de microorganismes, comme les bactéries, constitués de polymères organiques.
- Les substances humiques, généralement réfractaires à la biodégradation.
- Les substances non-humiques, représentées, pour la moitié, par des acides hydrophiles. Mal caractérisées, elles seraient composées de sucres, d’acides aromatiques simples et polymérisés, et d'acides aminés totaux libres ou combinés. Ces derniers présentent une forte biodégradabilité. Ils sont donc facilement assimilables, après hydrolyse, par les organismes.
Caractère de biodégradabilité de la matière organique
Le terme de biodégradabilité représente les propriétés de certaines molécules à être métabolisées en éléments plus simples, notamment par les microorganismes. Les mesures de carbone organique dissous biodégradable (CODB) et de carbone organique assimilable (COA) permettent de savoir si une eau peut favoriser le développement de microorganismes (Sibille, 1998) :
- Le carbone organique dissous biodégradable (CODB) représente la fraction de carbone organique dissous (COD) qui est à la fois minéralisée et assimilée par les bactéries hétérotrophes. Il est déterminé par différence entre la concentration initiale en COD et la concentration minimale en COD observée pendant une période d'incubation de 28 jours (Joret et al., 1986 ; Servais et al., 1987). Le CDOB représente de 10 à 30% du CODB contenu dans l'eau potable (Joret et al., 1991). La stabilité biologique est associée à une non-consommation du CODB au cours de la distribution.
- Le COA représente la fraction de carbone organique total (0,1 à 0,9%) facilement assimilable par les bactéries et convertie en biomasse cellulaire (Van der Kooij, 1990). La méthode de mesure du COA utilise Pseudomonas fluorescens et Spirillum, bactéries indigènes des réseaux de distribution. La concentration en COA est calculée par comparaison du nombre de cellules incubées dans un milieu contenant des composés organiques à des concentrations standard (acétate) et le nombre de cellules incubes dans les échantillons d'eau potable (Van der Kooij, 1982 ; Kaplan et al., 1993).
Des études réalisées sur l’utilisation microbienne de la matière organique dissoute ont permis de distinguer deux pools de composés organiques :
- Un pool qualifié de labile (20% du COD) qui présente une vitesse d’élimination rapide, de l’ordre de l’heure ou du jour ; il serait principalement composé de sucre, d'acides aminés, de protéines ou de molécules de faible masse moléculaire apparente (Matsumoto, 1983 ; Meyer et al., 1987).
- un pool réfractaire à la biodégradation (Meyer et al., 1987), dont l’élimination est plus lente (de l’ordre de la semaine, du mois, ou plus). Les composés formant ce pool sont assimilés aux substances humiques. Seule une faible fraction de ces composés influerait sur le développement des microorganismes en réseau.
Reviviscence microbienne
La présence de matière organique peut favoriser la reviviscence bactérienne et ainsi induire la détérioration de la qualité de l’eau potable. Les substrats organiques en eau potable constituent le premier facteur de la reviviscence des bactéries hétérotrophes dans les réseaux de distribution. En effet, la croissance bactérienne en réseau se réalise au détriment de la matière organique dissoute (cf. figure 9).
Figure 9 : Fluctuations des concentrations en COD et CODB (en orange sur la figure), et des abondances en bactéries en suspension (dénombrement par épifluorescence), en fonction du temps de résidence hydraulique dans un réseau de distribution d’eau potable de la ville de Toulouse (France) (Servais et al., 1995)
Cela se traduit par une relation linéaire : plus la concentration en CODB augmente, plus le nombre de bactéries libres et fixes augmente (cf. figure ci-dessous).
Figure 10 : Relation entre la teneur en CODB (mg C.L-1) et les cellules bactériennes fixées (log cellules.cm-2) ou planctoniques (log cellules.mL-1) (Mathieu et al., 1992).
Cette corrélation a également été mise en évidence entre la concentration en COA et la densité de bactéries hétérotrophes dans les réseaux de distribution (Van der Kooij, 1982 ; LeChevallier et al., 1987).
Plusieurs mesures de potentiel nutritif carboné ont été effectuées, afin de déterminer des valeurs guides indicatives pour assurer une croissance bactérienne limitée dans le réseau. Les valeurs minimales théoriques de nutriments, communément admises, pour limiter le développement d’un biofilm sont présentées dans le tableau VI. A titre de comparaison, les eaux traitées contiennent de 1 à 5 mg.L-1 de COD, dont 30% sont biodégradables. Cependant, pratiquement, des concentrations aussi faible que 100 µg.L-1 ou 40 µg.L-1 peuvent permettre la croissance cellulaire.
| Paramètres | Valeur guide estimée |
|---|---|
| COA | < 10 µg.L-1 |
| CODB pour biofilm | < 0,2 mg.L-1 |
| CODB pour bactéries en suspe | < 0,16 mg.L-1 |
| Tableau VI : Valeurs guides indicatives pour minimiser le potentiel nutritif (Levi, 1995) | |
Autres nutriments
Des facteurs, autres que la biodisponibilité du carbone, affectent la croissance bactérienne dans les eaux potables, le ratio molaire du carbone, de l’azote et de phosphore nécessaire pour la croissance bactérienne étant d’environ 100C/10N/1P. Ainsi, l’addition de phosphore à l’eau potable augmente fortement la croissance des bactéries hétérotrophes pour les eaux produites à partir d’eau superficielle ou souterraine (Chandy et al., 2001). Le phosphore (sous forme de phosphate) peut donc également être considéré comme un facteur limitant.
Cependant, alors que le phosphore est limitant à des concentrations inférieures à 2µg.L-1 pour la croissance bactérienne en phase aqueuse, ce n’est pas le cas pour les biofilms où un turnover du phosphore semble avoir lieu, depuis les cellules lysées ou depuis une accumulation de phosphore au sein de la matrice du biofilm.
L’addition d’autres nutriments tels que l’azote, le potassium, le magnésium et le calcium ont des effets négligeables sur la croissance bactérienne. La croissance bactérienne est la somme de plusieurs facteurs tels que la concentration en différents nutriments et en agents oxydants.
Si plusieurs études ont montré que la matière organique contribue au maintien dans le réseau d’une population bactérienne vivante et stable, même en présence de chlore, il reste très délicat de faire une prévision des numérations de bactéries sur cette seule indication. Le désinfectant résiduel, l’état du réseau et d’autres conditions environnementales sont aussi des facteurs tout aussi déterminants.