PRECODD - Ecotechnologies et Développement Durable

Décontamination Bactérienne des Eaux par Impulsions Electromagnétiques Ultra courtes – DEBACIEM

Décontamination bactérienne de l’eau par impulsions électromagnétiques ultrabrèves

Décontamination bactérienne de l’eau par impulsions électromagnétiques ultrabrèves, une méthode physique pour décontaminer un élément très présent dans l’environnement

UN PROCEDE DE DECONTAMINATION PUREMENT PHYSIQUE

DEBACIEM vise à disposer à moyen terme d’un matériel de décontamination bactérienne basé sur l’application d’impulsions électriques ultrabrèves (« ultracourtes », à l’échelle des nanosecondes). Cet équipement doit être fiable, de faible coût en fabrication et exploitation et doit anticiper sur les futures directives pour la qualité de l’eau. L’aspect purement physique du procédé est une réponse adaptée aux mesures qui viseront les produits chimiques : en effet, les directives européennes BIOCIDES et REACH vont plus strictement réglementer l’emploi des additifs chimiques afin de mieux protéger les utilisateurs et l’environnement. Les alternatives thermiques ou radiatives (UV) de décontamination de l’eau, bien que physiques, sont coûteuses en énergie ou en entretien, aussi le principe de DEBACIEM pallie ces divers inconvénients.

Des épidémies de légionellose ont fait ressortir le risque sanitaire de bactéries contenues dans la vapeur d’eau émise par un processus thermique industriel (climatisation par exemple). Les tours aéro-réfrigérantes (TAR) sont des émetteurs importants de vapeur d’eau tiède, vecteur potentiel de Legionella. Aussi, la destruction des bactéries pathogènes de l’eau alimentant ces tours a été le sujet retenu pour DEBACIEM, en raison de son incidence importante sur l’environnement, notamment urbain. Les risques sanitaires présentés par une telle étude ont conduit à travailler d’abord sur Escherichia coli dont les caractéristiques morphologiques et membranaires sont très proches de celles de Legionella. Les résultats obtenus sur E. coli ont ensuite été soumis à VERI, autre partenaire de DEBACIEM, pour leur transposition à Legionella.

En vue de faciliter l’expérimentation, le CERPEM a d’abord retenu des essais en cellule fermée, appliquant des impulsions de champ électrique sur des solutions bactériennes à température ad hoc. Les mêmes essais ont ensuite été effectués sur une solution circulant en circuit fermé, soumise aux mêmes impulsions à chaque passage dans la cellule. Ce protocole simule une situation aisément transposable à des circuits de réfrigération industriels.

Des essais de destruction bactérienne par des impulsions de champ électrique semblaient indiquer une meilleure efficacité avec le raccourcissement des impulsions. Il était donc naturel d’utiliser les générateurs récents de la gamme des nanosecondes pour valider cette hypothèse, d’autant que la bibliographie effectuée par le CERPEM donnait peu de résultats. Un champ expérimental neuf était donc ouvert à DEBACIEM, portant sur l’amplitude et la durée des impulsions dans les conditions de température d’une TAR, pour des Legionella (modélisées par E. coli en première approche). Nos travaux ont montré que des impulsions très brèves (<10ns) n’ont pas montré une décontamination plus efficace sur les souches étudiées, remettant ainsi en cause une publication américaine (cf. infra).

Puisque l’efficacité en décontamination ne semble pas suivre le raccourcissement des impulsions, au moins pour les souches étudiées, il ne semble pas utile de recourir à de coûteux générateurs nanosecondes pour les applications industrielles. Bien que Legionella soit la principale souche pathogène, on pourrait appliquer notre protocole à d’autres bactéries, avec un objectif académique qui ne paraît pas prioritaire devant les développements industriels à l’origine de DEBACIEM.

Le programme DEBACIEM a fait l’objet de deux publications internes au consortium :
- Effect of nsPEF according to several experimental conditions for the decontamination of Escherichia coli,
- Bacteria disinfection of water by nanosecond pulse

L’objectif du projet DEBACIEM est de disposer à moyen terme d’un équipement de décontamination microbienne, basé sur l’application d’impulsions électromagnétiques ultracourtes; cet équipement doit être fiable, de coût d’exploitation faible, et répondant aux directives en cours de mise en place. Il convient d’insister sur l’aspect purement physique du procédé et sur sa possible substitution aux produits chimiques ou biologiques. En effet, dans le cadre des directives européennes BIOCIDES et REACH, l’utilisation des produits chimiques va devenir très réglementée. Les aspects d’impacts environnementaux liés aux rejets sont également à prendre en compte et obligeront à limiter sélectivement l'utilisation des biocides dans le cas d’un durcissement de la législation. Pour leur part, les procédés thermiques risquent d’être d’un coût prohibitif. Les procédés de traitement UV sont jusqu’à présent les plus écologiques mais imposent des suivis de maintenance coûteux. Le principe de base retenu pour le projet DEBACIEM consiste en l'application d'impulsions électromagnétiques ultracourtes, à l'échelle de la nanoseconde. Il a été montré scientifiquement tant pour les cellules biologiques que pour les bactéries que ce type de forme d'ondes permet une action directe du champ électromagnétique sur les éléments intra-membranaires sans que la membrane externe ne soit affectée comme c'est le cas pour les impulsions plus lentes. Des expériences récentes ont ainsi mis en évidence des taux de destruction particulièrement importants. Le projet sera réalisé par une équipe pluridisciplinaire réunissant des biologistes, des spécialistes de l'électromagnétisme et des électroniciens de la haute tension pulsée. Au cours du projet, une maquette de laboratoire sera réalisée. Elle permettra l'établissement des caractéristiques optimales de fonctionnement du système de
décontamination. Un prototype préindustriel sera ensuite intégré puis testé sur une installation pilote de tour aéroréfrigérante.
On recherchera des taux de décontamination de l'ordre de 4 à 5 log. En cas de succès du projet DEBACIEM, il est envisagé la création d'une entreprise innovante capable d'industrialiser et de commercialiser le dispositif étudié.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean-Pierre GARNIER (CENTRE D'ETUDE ET DE RECHERCHE EN PROTECTION ELECTROMAGNTIQUE C.E.R.P.E.M.)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CENTRE D'ETUDE ET DE RECHERCHE EN PROTECTION ELECTROMAGNTIQUE C.E.R.P.E.M.
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE MIDI-PYRENEES
UNIVERSITE DU MAINE
OFFICE NATIONAL D'ETUDES ET DE RECHERCHES AEROSPATIALES (O.N.E.R.A.) CENTRE CHATILLON

Aide de l'ANR 667 069 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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