Une bactérie à haut risque sanitaire : Legionella

La légionellose est une infection provoquée par les bactéries Legionella. Le germe responsable est un bacille présent dans les milieux aquatiques. Il a été démontré que l'espèce Legionella pneumophila peut être présente, tant dans l’eau potable circulant dans le réseau de distribution que dans le biofilm qui se forme sur les parois internes des canalisations. La contamination de L. pneumophila aux humains survient principalement par l’inhalation de particules et d’aérosols de moins de 5 micromètres, lesquelles peuvent être formées par les tours aéroréfrigérantes, les bains tourbillons, les humidificateurs, les pommeaux de douche et les appareils de thérapie respiratoire



Plusieurs facteurs favorisent la prolifération de ces bactéries : une température de 25 à 45°C, la présence de dépôts organiques et de sédiments, la stagnation de l’eau, la nature des matériaux et l'absence de biocide résiduel circulant.

La prolifération des légionelles dans les réseaux intérieurs de distribution d’eau des établissements recevant du public (hôtels et surtout établissements de santé) et des immeubles d’habitation, représente un risque sanitaire, en particulier pour les personnes les plus fragiles.

La légionellose est une infection pulmonaire bilatérale. La forme bénigne ou fièvre de Pontiac s'apparente à une grippe et guérit sans traitement en 2 à 5 jours, souvent sans que le diagnostic de la présence de légionelles n'ait été effectué.

La forme grave, appelée "Maladie des légionnaires", touche surtout des personnes fragilisées (tabagiques, malades pulmonaires chroniques, sujets âgés,...). La durée d'incubation est de 2 à 18 jours. Les premiers symptômes ressemblent à une grippe, puis la fièvre augmente (39,5°C) ; le malade éprouve des malaises et des douleurs abdominales (nausées, vomissements).

Deux complications peuvent être fatales : une insuffisance respiratoire majeure et une insuffisance rénale aiguë. Dans plus de 10% des cas, la maladie des légionnaires est mortelle; dans les autres cas, les malades présentent parfois des séquelles de la maladie 5 ans après l'avoir contractée.

Les personnes immunodéprimées sont reconnues pour constituer un groupe particulièrement à risque, notamment celles vivant dans certaines institutions (résidences communautaires ou institutions hospitalières par exemple).

En effet, selon le Bulletin Epidémiologique Hebdomadaire sur les légionelloses survenues en France en 2005, un ou plusieurs facteurs favorisants la légionellose ont été retrouvés dans 1 084 cas (71%) : 9% présentaient un cancer ou une hémopathie, 8% étaient sous corticoïdes ou autres traitements immunosuppresseurs, 14% étaient diabétiques et 44% étaient des fumeurs. Le tabagisme était rapporté comme seul facteur favorisant pour 444 cas (29%).

L’âge médian des cas était de 61 ans (extrêmes 5-100 ans). Le sexe ratio H/F était de 3,0. L’incidence la plus élevée était retrouvée chez les hommes de plus de 80 ans (11,9.10⁵) :



De récents travaux ont permis de démontrer que les canalisations en cuivre limitent le développement de Legionella pneumophila.

En 2003 le Kiwa, institut néerlandais de recherche en qualité de l’eau, réalise une étude sur l’effet des matériaux de canalisation sur la croissance de Legionella avec un pilote simulant un réseau de distribution d'eau chaude sanitaire alimenté par de l'eau de distribution publique (voir partie Cuivre et Biofilms). L’un des objectifs de cette expérience est de déterminer si la croissance de Legionella peut se produire dans un tube d’environ 5 mètres de long quand de l'eau chaude (37°C) circule comme selon un usage domestique.

Simulant pendant près d’un an un usage domestique dans différents systèmes de distribution d’eau chaude, l’étude a analysé la prolifération bactérienne de Legionella pneumophila, responsable de 90% des cas de légionellose. Dans la phase de démarrage du réseau pilote de canalisations sans stagnation la concentration en ATP dans l’eau augmente brusquement. La biomasse circulante exprimée en mesure d'ATP de l’eau dans les tubes en PEX est plus élevée que dans l’eau provenant des tubes en acier inoxydable et en cuivre. Dans les tubes en cuivre, la concentration en ATP est la plus faible.

Après inoculation de légionelles, au 42ème jour, le nombre atteint des valeurs maximales d’environ 10⁵ UFC/L (cuivre et acier inoxydable) à 2. 10⁶ UFC/L (PEX). Les Legionella qui se sont développées dans ce réseau pilote sont des Legionella pneumophila sérogroupe 1 et 6.

Les auteurs démontrent que l’utilisation de canalisations en cuivre réduit la croissance et la prolifération des légionelles car le nombre de bactéries Legionella dans le biofilm sur les canalisations en acier inoxydable, en polyéthylène réticulé (PEX) et en cuivre est le plus élevé sur le PEX et le plus faible sur le cuivre. Selon cette étude, le tube de cuivre s’affirme comme le matériau de canalisation le mieux placé pour lutter contre la prolifération des légionelles.



Dans le test de mesure du potentiel de production de biomasse (BPP) (voir partie Cuivre et Biofilms), les résultats montrent que l’acier inoxydable, le cuivre et le polyéthylène réticulé (PEX) permettent la croissance de Legionella. La plus forte multiplication est observée sur l’acier inoxydable. Viennent ensuite le PEX, le silicone et le cuivre. Le verre et l’acier inoxydable préalablement chauffé à 550°C, qui servent de témoins, n’entraînent aucune croissance de Legionella.

La forte croissance de Legionella en présence des matériaux étudiés est reliée à la formation importante de biomasse au début de la période d’incubation (BP_max).





Au terme de l’expérimentation, l’eau transportée par les tubes en cuivre présentait un taux de concentration 10 fois moins important que celle présente dans les tubes en polyéthylène réticulé (PEX).





L’étude montre qu'avec un rinçage avec de l’eau à 60°C le nombre de Legionella est réduit (en unités log) de 0,9 pour le cuivre, de 1,7 pour l'acier inoxydable et 2,6 pour le PEX.

Au second rinçage du 99ème jour, la réduction va de 1,5 (PEX) à plus de 2,6 (acier inoxydable et cuivre) en 5 minutes.

Cependant, le rinçage des canalisations avec de l’eau chaude à une température moyenne (60°C) n’est pas suffisant pour le PEX et le cuivre pour réduire le nombre de Legionella dans le biofilm, car le nombre de Legionella dans l’eau reste élevé (100 UFC/L).

Les auteurs J. Rogers, J.T. Walker et C.W. Keevil du PHLS (Public Health laboratory service), center for applied microbiology ont publié de 1993 à 1995 plusieurs rapports et articles avec le l'International Copper Association et la société anglaise de distribution d'eau Thames Water Authority à partir des résultats obtenus sur leur réseau pilote.

Walker et al. (18) présentent des cinétiques de colonisation de Legionella sur trois matériaux dans des eaux de duretés différentes.

Température	20°C	40°C	50°C	60°C
Cuivre	0	1,4	0	0
cPVC	6,6	210	0,26	0
Polybutylène	2,2	328	3,75	0
EAU DURE Colonisation des surfaces par L. pneumophila, (× 103 UFC par cm²) sur les matériaux. nt = non testé

Température	20°C	40°C	50°C	60°C
Cuivre	0,5	0,1	0	nt
cPVC	0,4	420	0,05	nt
Polybutylène	0,8	8650	0,35	nt
EAU MODEREMENT DURE Colonisation des surfaces par L. pneumophila, (× 103 UFC par cm²) sur les matériaux. nt = non testé

Température	20°C	40°C	50°C	60°C
Cuivre	nt	80		0
cPVC	nt	224		0
Polybutylène	nt	1050	nt	0
EAU DOUCE Colonisation des surfaces par L. pneumophila, (× 103 UFC par cm²) sur les matériaux. nt = non testé

A 40°C dans l’eau modérément dure, la colonisation du cuivre par les légionelles se produit respectivement 100 et 1000 fois moins que pour le cPVC et le polybutylène. Par comparaison avec la colonisation à 20°C, il se produit une multiplication du nombre de légionelles par 10 sur le cPVC, par 100 pour le polybutylène à 40°C mais pour le cuivre elle est abaissée d'un facteur 10.





Cette étude démontre que le cuivre est moins sujet au « biofouling » que les deux matières plastiques testées et qu’il tend à supprimer la colonisation par L. pneumophila.

Cette même équipe a publié des résultats sous une forme plus rigoureuse confirmant la colonisation plus importante à 40°C pour tous les matériaux et plus faible sur le cuivre à toutes températures pour les légionelles.

Dans leur publication de 1995, Rogers et Keevil ont étudié la croissance de Legionella sur divers matériaux et à différentes températures. Pour cela, un modèle continu à deux étages de culture a été développé pour simuler un système d'eau potable avec l'eau du robinet stérilisée par filtration comme source unique d'alimentation. Des échantillons de matériaux de canalisations stérilisés sont suspendus dans la culture, leur biomasse analysée et examinée au microscope. Le système a été inoculé avec un consortium de micro-organismes concentrés par filtration d'eau en provenance d'un ballon d’eau chaude responsable d'une contamination ayant provoqué des cas de légionellose. Le consortium bactérien contient diverses espèces de micro-organismes Gram négatif incluant Pseudomonas, Acinetobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Methylobacterium et Klebsiella sp. Quelques organismes Gram positif, plusieurs espèces d’amibes et des protozoaires ont également été isolés.

Température	Matériaux	Nombre total	L. pneumophila
20°C	cuivre polybutylène cPVC	3,50 x 105 9,50 x 105 5,90 x 106	0 2,2 x 102 6,6 x 102
40°C	cuivre polybutylène cPVC	3,20 x 105 3,25 x 106 7,40 x 105	9 x 103 3,78 x 105 2,60 x 105
50°C	cuivre polybutylène cPVC	5,50 x 104 4,64 x 106 2,90 x 105	0 3,75 x 103 2,6 x 102
60°C	cuivre polybutylène cPVC	2,75 x 102 7,95 x 104 1,33 x 104	0 0 0
Comparaison du maximum de colonisation des matériaux et du nombre de L. pneumophila à différentes températures ; cPVC = Chlorinated polyvinyl chloride

Legionella pneumophila ne représente qu’une petite proportion de la population bactérienne qui colonise les surfaces à 20°C. A cette température où la croissance de L.pneumophila est sous-optimale, les auteurs indiquent que la combinaison d’une croissance lente et de la toxicité des ions cuivre fait que les légionelles ne sont pas détectables sur les surfaces de cuivre sur une période de 21 jours. A toutes les températures, les surfaces en cuivre sont moins colonisées que les autres matériaux.

A 40°C, tous les matériaux testés présentent des biofilms qui contiennent L. pneumophila. Les biofilms les plus abondants se sont produits sur les surfaces en polybutylène et ceux-ci contiennent jusqu’à 3,8 x 10⁵ UFC de L. pneumophila/cm². Le cuivre est le matériau qui génère le biofilm le plus faible et les légionelles représentent la moitié des bactéries totales dénombrées. A 50°C, les matériaux plastiques supportent des populations de microorganismes qui incluent L. pneumophila comme une composante mineure de la communauté. Le cuivre forme moins de biofilm (5,5 x 10⁴) et L. pneumophila est exclue, probablement dû à la combinaison de la toxicité du cuivre et du stress de la chaleur.

A 60°C, la biomasse totale est plus faible et les légionelles sont exclues dans les 3 matériaux. Dans cette étude, le cuivre se comporte comme inhibiteur de croissance de L. pneumophila à l’intérieur des biofilms. Les auteurs précisent que les tubes en cuivre peuvent être utilisés pour prévenir la croissance dans des situations où les températures élevées ne peuvent être utilisées pour contrôler L. pneumophila.

Bezanson et al. ont utilisé un dispositif de 48 coupons en ligne dans un circuit (appareil de Robbins) pour exposer des surfaces de laiton, de cuivre et de PVC à de l’eau potable contaminée par Legionella pneumophila sérogroupe 1.

Les surfaces d'essai sont adaptées dans le dispositif de sorte qu'elles soient affleurantes à la surface intérieure de l’appareil. Ceci réduit au minimum les perturbations pendant que l'eau traverse l'incubateur et réduit les anfractuosités qui pourraient emprisonner des microorganismes.

Matériau testé	Nombre de coupons exposés	Nombre de coupons positifs pour L. pneumophila	% positif
PVC	17	12	70,5
Cuivre	16	5	31,2
Laiton	24	6	025,0
Résultats des dénombrements effectués sur des surfaces de PVC, cuivre et laiton

Les coupons ont été retirés à des intervalles d’environ 1 semaine. Le tableau précédent montre que le PVC est plus systématiquement colonisé que le cuivre ou le laiton. Le plus grand nombre de L. pneumophila (62 UFC/cm²) est retrouvé sur la surface des bouchons en PVC retirés au 59ème jour. Le nombre maximal sur le cuivre est de 30 UFC/cm² au 52ème jour et il est de 12 UFC/cm² au 32ème jour sur le laiton.

Le PVC devient rapidement colonisé et le reste pendant toute la durée de l’étude. Tandis que la colonisation du cuivre et du laiton tend à se produire plus tard qu’avec le PVC et ne persiste pas durant le temps de l’étude. Borella et al. ont étudié la contamination par Legionella de l'eau chaude dans une enquête multicentrique en Italie. Des échantillons d’eau ont été collectés dans des maisons privées de six villes italiennes, représentatives des différentes régions du pays. Des eaux chaudes ont été échantillonnées dans les salles de bains (têtes de douche ou robinet de salle de bains) dans des bouteilles en verre stérile après un bref temps d'écoulement pour éliminer l'eau froide stagnante.

Les résultats montrent que la présence de Legionella n’est pas influencée par l’origine de l’eau, les matériaux de canalisation, la température de l’eau, ou la concentration de chlore.

Les faibles niveaux en fer (< 20 µg/L), en zinc (< 100 µg/L) et en manganèse, mais riches en cuivre (> 50 µg/L), sont prédicteurs de l’absence de colonisation par Legionella, confirmant, selon les auteurs, leurs rôles en tant que promoteurs ou inhibiteurs de croissance.

Dans l’eau examinée, le risque de contamination par Legionella est approximativement six fois plus faible quand les niveaux de cuivre excèdent 50 µg/L. Ainsi pour limiter la colonisation par Legionella au niveau domestiquedomestique, Borella et al. suggèrent, entre autre, de produire une eau contenant un niveau de cuivre supérieur à 50 µg/L.

Van der Kooij et al. du KIWA aux Pays bas réalisent une croissance de Legionella pneumophila dans leur réseau pilote d’eau chaude de 25 à 35°C comportant des canalisations en cuivre, acier inoxydable et polyéthylène réticulé (PEX). Les eaux comportent une faible teneur en carbone organique assimilable (COA) défavorable à la croissance des biomasses en réseaux (< 10 µg C/L). Deux fois par semaine la température de l'eau dans les réchauffeurs électriques (pas dans les canalisations) a été élevée à 70°C pendant 30 min. Les valeurs moyennes de concentration de biofilm étaient similaires pour le cuivre et l’acier inoxydable (environ 630 pg ATP/cm²) et de 1870 pg ATP/cm² sur le PEX. Legionella s’est multipliée dans ces biofilms et les dénombrements moyens de Legionella dans l’eau étaient de 1500 UFC/L (cuivre) et environ 4300 CFU/L pour l’acier inoxydable et le PEX. Les concentrations de Legionella dans l’eau et les biofilms étaient au même niveau pour tous les matériaux après 2 ans. Par conséquent, le cuivre a temporairement légèrement limité la croissance de Legionella.



Avant 250 jours le cuivre montre un effet limiteur de colonisation. Après environ 2 ans, les concentrations en Legionella dans l’eau des canalisations en cuivre étaient au même niveau que celles dans les canalisations en acier inoxydable et en PEX (Figure précédente). De plus, des concentrations relativement élevées de Legionella ont été observées sur des échantillons prélevés dans les canalisations en cuivre au 857ème jour. Ces observations suggèrent que l’effet inhibiteur du cuivre sur Legionella a disparu du fait de l’accumulation des produits de corrosion (carbonates de cuivre et hydroxydes) couvrant la surface métallique.

Les concentrations en Legionella observées sur les segments de cuivre pendant 250 jours d’exposition ne reflètent pas les concentrations dans les canalisations en cuivre sur un long temps d’exposition, parce que le remplacement de segments propres amplifie les effets du cuivre sur Legionella.