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1 C. Magdo, Altis Semiconductor (Corbeil-Essonne)

2 - JANVIER 2008 INTRODUCTION La fabrication de semi-conducteurs nécessite un environnement de production extrêmement stable en température et hygrométrie. Afin de produire l eau glacée nécessaire au maintien des conditions de climatisations des salles blanches, ainsi que la climatisation générale des bâtiments, l usine d Altis Semiconductor possède 19 Tours AéroRéfrigérantes (TAR) d une capacité de 115MW froid, toutes soumises à autorisation et réparties en 14 circuits situés sur 3 pôles géographiques du site de 55 Ha. Suite à l Arrêté du 13 décembre 2004, relatif aux installations de refroidissement par dispersion d eau dans un flux d air soumises à autorisation au titre de la rubrique n 2921, de nombreuses restrictions ont conduit à un renforcement du contrôle des installations. Au-delà du problème de santé publique, un arrêt des TAR, chez Altis, aurait également des conséquences dramatiques pour la production. 19 TAR, 14 circuits : 115 MW froid arrêts/démarrages selon conditions climatiques TAR B3 TAR CTF B6 TAR FS Site d Altis, Localisation des installations

3 De nombreuses actions ont été menées à la fois pour maîtriser le risque légionelles mais aussi pour réduire significativement les consommations d eau, de produits chimiques ainsi que l impact environnemental des traitements dans le cadre du processus ISO Ainsi en 2005 a été mis en place un programme de recyclage d eaux ultrapures qui constituent la majorité de l appoint des TAR, accompagné d un traitement centralisé et d un monitoring soutenu. Des procédures de traitement adaptées à chaque situation et bonnes pratiques d exploitation et de maintenance permettent de maîtriser des installations vieillissantes. Les opérations menées ont abouti à une économie de plusieurs tonnes de produits chimiques et de m 3 d eau par an (10 % de la consommation du site) dont ¼ n est plus prélevée dans le milieu naturel. Les nouveaux outils de monitoring mis en place (PCR, ATP) ont permis en tant qu autocontrôle de maîtriser un process dérivant. Les dépassements culture légionelle (entre 10 3 et 10 4 UFC/l) sont ainsi passés de 19.2 % en 2005 à 2.8 % en 2006 et 1.3 % à ce jour en Parmi les méthodes utilisées pour le suivi microbiologique des TAR, une nouvelle technologie est récemment apparue sur le marché : des kits destinés au contrôle microbiologique de tous les réseaux d eau, et basés sur une technique de seconde génération de mesure de l ATP (Adénosine Triphosphate) en tant qu indicateur de mesure des micro-organismes actifs. Dans un souci d optimisation du monitoring et dans le cadre de la recherche permanente d outils de contrôle du process, cette nouvelle technique d ATPmétrie a été testée sur le site d Altis durant 1 mois en tant que nouvel outil de suivi microbiologique des circuits TAR. Utilisation des kits Quench Gone Aqueous (QG ) et Total Control Microbiology (TCM ) L Adénosine Tri-Phosphate est une molécule essentielle à la vie cellulaire car c est la forme d énergie immédiatement utilisable pour les besoins de la cellule, la source d énergie la plus utilisée étant le glucose car c est la plus facilement mobilisable et répandue pour les organismes autotrophes et hétérotrophes. L A.T.P est donc une molécule que l on retrouve dans toutes les substances animales et végétales. On distingue : - ATP intracellulaire (catp) = organismes vivants - ATP extra-cellulaire (datp) = organismes morts ou mort programmée des bactéries - ATP total (tatp) = catp + datp Cette étude s effectue sur un système de seconde génération de mesure de l ATP. Ce système utilise la même réaction chimique qui, dans la nature, permet à la luciole de produire de la lumière. Le principe de la mesure repose sur le comptage de photons produit par l action d une enzyme, la luciférase, qui émet des photons en hydrolysant les molécules d ATP : c est la bioluminescence. L intensité lumineuse est ensuite mesurée grâce à un luminomètre. ATP + luciferine + O Mg ++ AMPP + PP i + oxyluciférine + lumière luciférase RLU tatp xxxxxx Le volume d eau analysé pour les TAR est de 50ml L ATP intracellulaire est obtenu en filtrant l échantillon (élimination du datp) et en procédant à une lyse des bactéries retenues sur le filtre pour libérer leur ATP.

4 La quantité de lumière produite est directement proportionnelle à la biomasse active : en effet, le principal intérêt de cette seconde génération de kits est la possibilité de convertir les résultats RLU (Relative Light Unit) en pg ATP/ml et en Équivalent microbien/ml puisqu il a été établi que 1 pg d ATP équivaut à micro-organismes. Un ajout dosé d ATP (Ultracheck ), stable dans le temps, permet également de pouvoir comparer avec confiance les résultats dans le temps en concentration d ATP au lieu des RLU utilisés dans l ATPmétrie de première génération. Deux kits d ATPmétrie ont été testés au cours de l étude : -Le kit Quench-Gone Aqueous (QGA aqua-tools. com) : outil de suivi de la biomasse active par mesure de l ATP intracellulaire ; - Le kit Total Control (TCM aqua-tools.com) : outil ponctuel d évaluation du stress de la biomasse (BSI) par mesure de l ATP total (tatp) et extracellulaire (datp), utilisé lors du changement de process.(bsi = datp/tatp) de vérifier qu il n y avait pas d interférence avec les résiduels en biocides. RÉSULTATS Trois stratégies de traitement continu en biocide oxydant ont été comparées : - l acide hypobromeux, traitement initial démarré en 2005 ; - l eau oxygénée stabilisée aux ions argent, testée pendant 3 mois pour des raisons environnementales ; - une solution comportant 90 % d acide hypochloreux et 10 % de dioxyde de chlore, générée par électrolyse (système OVIPUR technologie BIO-DES, mis au point par Marin Développement dépt.07)), testée sur 4 circuits puis généralisée sur toutes les TAR. La qualité physico-chimique et microbiologique de l eau d appoint avant traitement était strictement identique dans les 3 cas. La qualification de la mesure sur les circuits TAR a été réalisée de la manière suivante : - suivi de l ATP intracellulaire sur 10 circuits avec 3 traitements en continu différents en biocide oxydant - évaluation du Biomass Stress Index lors du changement de traitement continu - suivi de l ATP intracellulaire sur un circuit traité par des chocs de biocide oxydant - évaluation de l efficacité de différents chocs biocide dans les circuits - parallèle entre l ATP intracellulaire et la PCR L.spp - cartographie du process TAR des eaux d appoint aux circuits - évaluation en laboratoire de l abattement en biomasse par différents biocides selon les concentrations et temps de contact 300 analyses ont ainsi été effectuées pendant un mois. Toutes les mesures d ATP sont réalisées dans les 2h qui suivent le prélèvement. Des analyses sur plusieurs échantillons neutralisés et non neutralisés ont permis

5 Biomasse active par ATP : GF CTF et FS Figure 1 : Suivi de l ATP intracellulaire sur 10 circuits de refroidissement traités successivement à l H 2 O 2 /Ag puis au HOBr La figure 1 montre une teneur en biomasse active comprise entre 10 4 et 10 6 équivalent microbien/ml lors du traitement à l eau oxygénée stabilisée aux ions argent, pour des concentrations en H résiduel comprises entre 1 et 200 mg/l. Un début de chute de la biomasse active est observé lors de la phase de purge effectuée avant le changement de traitement. Après quelques jours de traitement à l acide hypobromeux, les teneurs en biomasse active mesurées vont de 10 2 à 10 4 équivalent microbien/ml pour des concentrations comprises entre 0,5 et 10 mg/l. Procédé Param. Bonne qualité Eau potable Eau TAR (biocides non-oxydant) Eau TAR (biocides oxydant)* Eau de surface ou recyclée catp (pg/ml) catp (pg/ml) catp (pg/ml) catp (pg/ml) < 0,5 <100 <10 Action préventive 0,5 à à à 100 Action corrective > 10 > >100 < 5 5 à 100 > 100 * Inclut le chlore, le brome, le péroxyde, etc.

6 Suivi Biomass Stress Index lors changement traitement Figure 2 : Suivi du BSI lors du changement de traitement biocide Le kit TCM, nous a permis d évaluer le stress de la biomasse à l aide des valeurs obtenues, à savoir le ratio du datp (d ATP = extra-cellulaire) sur tatp (tatp = ATP total présent dans l échantillon) La figure 2 montre que l indice de stress de la biomasse en fonction des circuits était entre 20 à 40 % avec l H 2 O 2 /Ag démontrant ainsi un indice stress faible. Le stress normal des micro-organismes en dehors de tout traitement biocide, est évalué à 25 %. Lors de l étape de purge des circuits, l indice est passé à un niveau de 60 %, pour atteindre 100 % avec le traitement du brome libre. Paramètre Bonne Activité Action activité préventive corrective BSI* (%) > à 75 < 50 *Stress Index Biomasse

7 Biomasse active GF11 Figure 3 : suivi de l ATP intracellulaire sur un circuit traité en continu successivement à l H 2 O 2 /Ag, au HOBr et par un mélange HOCl/ClO 2 L ATPmétrie a également été utilisée au cours d une étude de mise en place de postes locaux biocide avec injection directe dans les circuits afin de définir la concentration minimale d oxydant nécessaire pour chaque installation (selon son état, emplacement, historique, mode de fonctionnement ) L injection du mélange HOCl/ClO 2 généré par électrolyse (système OVIPUR) est asservie à la mesure du potentiel redox dans chaque circuit. biocides. Il a ensuite chuté lors de la remise en service de celles-ci. Pour l un des circuits pour lequel les facteurs de risque sont plus importants, une consigne de 700mv a été fixée à partir des résultats obtenus par ATPmétrie. Les essais (figure 3) ont montré qu une consigne de 600mV était nécessaire sur 3 des circuits pour maintenir les valeurs ATP intracellulaire et PCR L.spp conformes aux valeurs guides. Une augmentation importante de l ATP a bien été constatée lors du désamorçage des pompes doseuses

8 Biomasse active par ATP : Cartographie Process TAR Figure 4 : cartographie du process TAR du site d Altis par ATP intracellulaire Les résultats catp et PCR L.spp sur les circuits TAR d ALTIS ont montré une efficacité biocide limitée de l H 2 O 2 /Ag en comparaison au HOBr, malgré des concentrations résiduelles dix fois supérieures. La cartographie du process (figure 4) a mis en évidence que déjà à la base l eau d appoint traitée avec 100 ppm d H 2 O 2 /Ag était plus chargée en biomasse active : cette eau d appoint traitée distribuée dans les TAR était donc une source de contamination. La faible performance biocide de l H 2 O 2 /Ag peut être en partie due à la capacité de certains microorganismes à catalyser la dismutation du peroxyde d hydrogène en dioxygène et eau grâce à la catalase. Cette enzyme existe chez tous les organismes aérobies chez lesquels elle participe, comme la peroxydase, à la défense contre les dérivés toxiques de l oxygène. Elle agit pour des concentrations plus élevées en peroxyde que la peroxydase. Les micro-organismes possédant ces enzymes (catalase et péroxydase), y compris la légionelle, pourraient alors être résistants à un traitement continu à base d H 2 O 2. La cartographie par ATPmétrie a également mis en évidence des résultats similaires entre le traitement au HOBr et celui au mélange HOCL/ClO 2 généré par électrolyse (système OVIPUR). Le second présentant plus d avantages en terme de coût, d exploitation (pas de dépotage) et du point de vue environnemental (suppression des bromates).

9 GF12 : legionella spp (UG/L) - Biomasse active (eq microbien/l) Figure 5 : suivi de l ATPintracellulaire et de la PCR L.spp sur le circuit de refroidissement GF12 Les mesures en parallèle PCR L.spp et catp (figure 5) ont montré une tendance identique entre les deux méthodes. L évolution des courbes lors des changements de traitement est identique pour les 10 circuits de refroidissement de l étude.

10 INTERPRÉTATION La campagne de mesure sur les TAR a montré que l ATPmétrie était un outil fiable et rapide. Les résultats obtenus sont en concordance avec les constats de terrain, d exploitation ainsi que la connaissance qu avait ALTIS de ses réseaux. Ils sont également concordants avec le mode d action et l efficacité connue des différents biocides. Pour cet indicateur, des valeurs guides et seuils d action ont donc été définis : leur interprétation journalière en complément aux autres analyses physico-chimiques permet de définir les actions à mener. L objectif pour les TAR est un résultat inférieur à 10 4 équivalent microbien/ml (10 pg ATP/ml), témoin d une population microbienne sous contrôle et d un traitement efficace. Un seuil d alarme à 10 5 equivalent microbien/ml (100 pg ATP/ml) a été instauré comme signe d une dérive du process présentant un risque de dépassement en culture légionelle. Suite à la mise en place d un suivi par ATPmétrie, en complément à la PCR L.spp, les analyses de flore aérobie revivifiable (lame gélosée) ont été stoppées. CONCLUSION La mesure d ATP présente plusieurs avantages pour un site industriel. Tout d abord c est un indicateur instantané du taux de micro-organismes qui peut donc être utilisé comme outil de suivi régulier process. La quantification de la biomasse par ATPmétrie est le seul et vrai indicateur de suivi de la flore totale puisque nous quantifions aussi bien, les bactéries viables cultivables que les bactéries viables non cultivables dans nos installations. Ensuite, la mesure est réalisable en laboratoire sur le site et ne prend que 10 minutes par échantillon. Enfin, le coût de cette mesure est faible en regard des autres techniques analytiques disponibles. Les objectifs de ce suivi sont nombreux : Autocontrôle > réactivité : résultats en 10mn (vs 10j culture et 48h PCR) > Anticipation des dérives Vérifier l efficacité des biocides sur les microorganismes viables cultivables et viables non cultivables, en complément de la PCR L.spp pour cibler la légionelle > Améliorer l efficacité des traitements > Optimiser la concentration de biocide > Valider l efficacité des désinfections Identifier les pollutions, les foyers bactériens Gain économique, optimiser le budget analyses en utilisant les indicateurs les plus pertinents pour réduire le budget produits chimiques. L ATPmétrie a permis sur le site d Altis Semiconductor la qualification d un nouveau traitement (génération d HOCl et ClO 2 par électrolyse - système OVIPUR) sur un groupe de TAR. Celui-ci va ensuite être généralisé sur l ensemble du site conduisant ainsi à d importantes économies de produits chimiques (6T/an) et une amélioration de l impact environnemental des rejets en supprimant les bromates. Les mesures d ATP intracellulaire ont par ailleurs validé les concentrations en biocide et temps de contact utilisés pour les désinfections chocs ; ainsi que conforté Altis dans la décision de supprimer certains biocides (isothiazolone, H 2 O 2 /Ag). L ATPmétrie répond aujourd hui aux exigences du mode industriel : fiabilité, réactivité, faible coût. Dans un but permanent d augmentation de la productivité, la possibilité de réaliser une mesure d ATP en ligne constitue également un axe d optimisation indispensable pour répondre aux exigences de ce mode industriel.

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