La principale cause du développement

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1 LES AUTRES thèmes LA MAÎTRISE DU RISQUE LEGIONELLES Gestion de la problématique Legionella dans les réseaux d eau chaude sanitaire : conception, maintenance et surveillance biologique Jacques Naitychia, Ingénieur conseil, Société Isagua Concept Veliana Todorova, Aqua-tools La lutte contre le développement des légionelles est un sujet récurrent. De multiples solutions curatives ont été ou sont proposées, non sans «dégâts collatéraux». Les maîtres d ouvrage exigent pour leur part des résultats probants et imposent parfois des solutions inédites. Le «retour aux fondamentaux» est indispensable : une bonne maîtrise de l hydraulique des réseaux et une surveillance efficace pour détecter rapidement les dérives. Cet article met en évidence les causes «cachées» à l origine de la problématique légionelles dans les réseaux bouclés. Abstract Managing the Legionellosis problem in domestic hot water networks: design, maintenance and biological monitoring. fending off the development of Legionellosis is an ongoing issue. Multiple remedial solutions have been or are still being proposed, but not all exempt from «collateral damage». On their side, clients demand convincing results and sometimes impose brand new solutions. It is absolutely necessary to «return to the fundamentals»: a proper mastery of network hydraulics and efficient monitoring to rapidly detect any variation from the standard. This paper highlights the «hidden» root causes of Legionellosis in loop networks. La principale cause du développement des légionelles dans les réseaux d ECS est la stagnation de l eau dans les canalisations de bouclage. À défaut de circulation dans une ou plusieurs boucles, l eau devient stagnante et l abaissement de température (28 C - 45 C) est favorable au développement des bactéries. Le biofilm représente 99 % des microorganismes présents dans une installation. Seulement 1 % sont planctoniques, c est-àdire véhiculés dans le fil de l eau. Le mécanisme est le suivant : les légionelles phagocytent l amibe, se développent à l intérieur, la font éclater. Libérées par millions, elles ensemencent le réseau pour reproduire le processus et s installer là où elles trouvent des conditions favorables. La présence de légionelles est souvent associée à une eau riche en nutriments, présentant une forte flore microbienne. Le biofilm nourrit en permanence le réseau et la production. L éradication du biofilm est une aberration, maintenir une température permanente proche de 60 C est une bonne solution pour éviter toute contamination. Dès lors qu il existe des zones stagnantes sans espoir d être irriguées par des températures supérieures à 55 C, il y a risque de développement. Toutes les actions curatives (chocs thermiques ou chlorés) n atteignent que partiellement les zones de noncirculation et n agissent que sur les bactéries libres dans l eau (et non dans le biofilm). Néanmoins, c est cette eau que nous utilisons pour nos besoins et particulièrement pour la douche. Dans le cadre de la lutte contre les brû- N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 59

2 Figure 1 : Équilibrage d un réseau - Diamètres, débits, pertes de charges. Position des réglages des OP (Kv d équilibrage). lures, les concepteurs installent des mitigeurs thermostatiques dans les gaines techniques pour alimenter les lavabos et douches à une température inférieure à 50 C. Si les réseaux mitigés ne sont pas à l origine de la contamination, ils sont des gîtes favorables au développement des bactéries. Actuellement, de nombreux équipements neufs sont modifiés tant il est difficile de venir à bout d une contamination. Les mitigeurs thermostatiques sont déposés, remplacés par des équilibreurs de pression dont le rôle est de couper l eau chaude en l absence d eau froide. La température est abaissée au niveau du robinet mono-commande équipé d une butée de limite de température. À chaque puisage, l antenne subit la température du réseau et la contamination disparaît. Prendre la problématique Legionella dès la conception, c est éviter un maximum de soucis par la suite. Une bonne conception doit prendre en compte la dimension maintenance pour garantir de bons résultats de façon pérenne. Les actions mises en place lors de la maintenance peuvent être validées par des outils de surveillance biologique. Le maintien en température Le maintien de la température de l eau par le système de bouclage est une bonne solution pour lutter contre la prolifération de légionelles dès lors que l installation a été correctement dimensionnée et équilibrée. Avec ce principe, les avantages sont multiples. L eau est toujours en mouvement, la vitesse permet l entraînement des particules, l homogénéisation de la température est réalisée, une action mécanique et thermique agit sur les parois. À l inverse, une mauvaise conception ou un défaut de maintenance favorise la stagnation avec les inconvénients cités ci-dessus. Il faut noter que la longueur des canalisations de bouclage peut représenter 50 % du linéaire du réseau. Dans ces conditions, et en cas de dysfonctionnement, les bras morts, les antennes, ne représentent qu une infime partie de la problématique. Le dimensionnement des bouclages Actuellement, on constate que si le dimensionnement des canalisations qui assure le débit de puisage est généralement bien maîtrisé par le concepteur, il n en est pas de même pour celui des bouclages qui n est généralement pas calculé, mais dimensionné de manière empirique. Or, l application de la règle du différentiel de température (5 C en général) entre l aller et le retour ne suffit pas à garantir la circulation de l eau dans toutes les boucles et il est illusoire de «dessiner» et réaliser un réseau «propre à sa destination» si le dimensionnement n a pas été effectué dans les règles de l art. Un défaut de conception entraîne : l excès de bridage des organes de réglage (quelques dixièmes de mm de passage) ; des vitesses trop faibles ou nulles dans les bouclages éloignés ; le colmatage des canalisations et une température favorable au développement des bactéries. L équilibrage du réseau Qui n a pas constaté, au niveau des extrémités des robinets, la présence de particules de quelques dixièmes à 1 mm, voire plus? Ces particules, inévitables, ont des origines diverses : sable, corrosion, tartre La présence d une filtration sur l eau froide permet de s affranchir au moins des particules issues de la livraison. Les vannes d équilibrage mal dimensionnées piègent les particules, diminuent la vitesse et sont à l origine du colmatage des canalisations et par conséquent du développement des légionelles. Le choix de ces matériels par le diamètre du tuyau ou la couleur du volant doit être proscrit. Le Kv, ou coefficient de vanne, caractérise un orifice de très petite taille qui permet d absorber l excédent de pression nécessaire à la répartition des débits dans chaque boucle. Il est égal au débit rapporté à la racine carrée de la pression. Pour un même Kv, la distance siège-clapet (orifice) varie en fonction de la conception du matériel. Le choix de l organe de réglage est donc primordial (figure 1). Par analogie : pour le chauffage, un radiateur froid ou tiède pose un problème d inconfort que l on règle rapidement ; pour l eau chaude sanitaire, lorsqu un bouclage est stagnant ou tiède, l eau coule tout de même au robinet. Le problème n est pas mis en évidence alors que le risque de distribuer des légionelles est majeur. Les organes de réglage dans les réseaux d eau chaude sanitaire se comportent comme des filtres. Ces matériels sont issus des technologies du chauffage et sont, dans la majorité des cas, non adaptés à la problématique de l eau chaude sanitaire. Pour un besoin identique et en fonction du choix du modèle, les distances de passage varient de 1 à 4. Il est urgent que les fabricants indiquent ce paramètre dans les notices techniques. Un espoir cependant : on voit arriver sur le marché un système d organe de réglage auto nettoyant 1 qui prend en compte la maintenance de l équilibrage. Les particules de tailles supérieures à l orifice de passage sont, dans le système automatisé, évacuées à l égout deux fois par semaine. Une solution aussi pour la rénovation, car il faut bien admettre que l accès aux organes d équilibrage n est pas toujours facile. Système auto nettoyant ; nouveautés L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 328

3 organes de réglage ; Intégrer dans l étude (en amont du DCE) les conditions de maintenance (photos ci après-figure 3) de l équilibrage, les temps nécessaires et les coûts. Il est courant de trouver des installations avec 500 voire organes de réglage (bouclage intégral jusqu aux robinets ou chambres), le mieux étant l ennemi du bien, de nombreuses installations sont corrigées car contaminées. L audit hydraulique met en évidence les limites de ce schéma. Figure 2 : Principe de distribution. Autant les automatiser plutôt que de projeter une maintenance illusoire! Une solution et un investissement qu il faut encourager car l avenir ne va pas dans le sens de l augmentation des personnels techniques dans les établissements de santé. Le colmatage et le défaut d équilibrage sont les principales causes de la stagnation de l eau dans les canalisations de bouclage. Vérifier leur fonctionnement et maintenir les débits initiaux, c est prévenir tout risque de contamination. Les règles de l art, les circulaires et les audits insistent généralement sur la nécessité d améliorer la circulation dans les bouclages. On constate que si les productions et les points terminaux sont bien pris en compte, la distribution reste un grand mystère pour les gens de la conception et de la maintenance. Régler le problème de la circulation dans les bouclages, c est s affranchir des légionelles dans la majorité des cas. Afin de prévenir le risque de légionelles, il est impératif de calculer les pertes de charge, simuler l équilibrage et, pour limiter la longueur des antennes, réaliser une architecture permettant le passage de la canalisation «aller» le plus près possible du point de puisage ; 5 à 6 mètres d antenne semblent raisonnables et réalistes. Il vaut mieux des antennes de plusieurs mètres alimentées par une eau à 57 C que des antennes courtes alimentées à 30 C. Les installations les plus simples réalisées suivant ce schéma n ont aucun problème de contamination (figure 2). La longueur des antennes n est pas un critère de risque légionelles mais elles doivent être la plus courte possible pour des raisons de confort et d économie La maintenance commence à la conception Les établissements de santé n ayant pas le monopole des légionelloses, les maîtres d ouvrage et concepteurs doivent avoir une attention particulière au niveau de la prescription et du contrôle : Limiter le nombre des bouclages (hydraulique et maintenance) ; Éviter les réseaux mitigés ; Exiger le plan d architecture des réseaux ; Exiger les notes de calcul des bouclages qui intègrent la position de réglage des Figure 3: Difficultés d accès aux organes de réglage. Surveillance biologique de l installation et diagnostic des dérives via l ATP quantitative Outre les paramètres de température et débits utilisés pour la maintenance des réseaux sanitaires, il est intéressant de disposer d indicateurs microbiologiques pour suivre l évolution de la prolifération microbienne dans le temps : Legionella pour les eaux chaudes et Pseudomonas Aeruginosa pour les eaux froides Véritable outil de diagnostic et de surveillance des installations, l ATP-métrie quantitative 2 permet d effectuer des cartographies biologiques avec résultats immédiats pour détecter les dérives microbiennes, évaluer toute action corrective mise en place et surveiller dans le temps les zones critiques. Ces outils permettent la Kits QGA, société Aqua-tools. N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 61

4 Figure 4 : L ATP intracellulaire en tant qu indicateur de l ensemble de la biomasse vivante. mesure de la totalité de la flore microbiologique vivante dans l échantillon d eau via la quantification de la molécule d ATP (Adénosine Triphosphate) intracellulaire (catp), marqueur énergétique de toutes les cellules vivantes (figure 4). Malgré une mesure non spécifique, la quantification des microorganismes via le catp permet de prévenir le risque légionelles par la démarche d identification de la présence de facteurs de risque de prolifération de la bactérie. De tels facteurs, comme indiqué en début de l article, sont le biofilm et la présence d une forte flore interférente. Le maître mot : prévenir une dérive, mettre en place des actions correctives et mesurer en temps réel la pertinence des actions. Dans une démarche d investigation, la première étape consiste à effectuer une cartographie biologique pour localiser les zones Mesures de l ATP intracellulaire (catp) via le kit QGA Le principe de la mesure de l ATP repose sur la bioluminescence. Cette mesure est effectuée grâce à l enzyme Luciférase qui catalyse la réaction entre la Luciférine (substrat), l ATP (cofacteur) et l oxygène, ce qui entraîne une émission de lumière. Chaque molécule d ATP consommée dans la réaction produit un photon de lumière. La quantité de lumière produite est directement proportionnelle à la quantité d énergie biologique présente dans l échantillon. Le kit QGA mesure uniquement l ATP intracellulaire (catp), contenu dans les microorganismes vivants. L ATP extracellulaire, libéré par des microorganismes morts et qui pourrait être encore intact dans l eau, est éliminé par une étape préalable de filtration. La mesure d ATP-métrie peut être mise en œuvre in situ : le filtrat d un échantillon d eau (50 ml), dont les bactéries filtrées ont été lysées afin de libérer leur ATP intracellulaire, est mis en solution avec la Luciférase. La quantité de photons émis est alors mesurée avec un Luminomètre. Grâce à une solution étalon d ATP, cette mesure est convertie en concentration et exprimée en pg/ml ou Equivalents microorganismes/ml. La totalité de l analyse nécessite 4 minutes. Il est recommandé pour les eaux sanitaires de présenter un niveau de catp d environ 0,5pg/ml (recommandation Aqua-tools). de prolifération microbienne. Des prélèvements seront réalisés au niveau de tout le réseau d eau concerné de l eau de ville jusqu au point d usage. Les analyses quantitatives par le QGA vont montrer clairement les points critiques de développement d une biomasse importante, véritable nid potentiel à légionelles. Cette cartographie permet de répondre à la question principale que se posent les services d hygiène : faut-il désinfecter la totalité du réseau, seulement les parties terminales concernées ou une partie spécifique de l installation. Les résultats d une cartographie biologique avec cette méthode sont disponibles dans l heure qui suit les prélèvements et permettent de déclencher immédiatement les mesures adéquates. Ces actions (désinfections thermo-chimiques, nettoyages des adoucisseurs, des ballons d eau chaude etc) pourront être immédiatement évaluées après par la même technique et reconduites si nécessaire afin d obtenir une efficacité optimale. Les points critiques de l installation identifiés dans cette démarche pourront être surveillés dans le temps afin de pouvoir adapter un niveau de maintenance garantissant une maîtrise des risques microbiologiques. Mise en application de l outil de surveillance (cas concret) Un établissement hospitalier de 200 lits, présentant une forte contamination par la légionelle sur l ensemble du réseau, a été cartographié par la méthode ATP-métrie QGA dans le but de connaître la biologie de l installation et orienter les actions de désinfection. Ce réseau, alimenté par une production, comprend quatre bâtiments. Dans le cadre de la protection contre les brûlures, toutes les chambres sont équipées d un module thermostatique en gaine technique. Les antennes terminales sont alimentées par un réseau d eau chaude mitigé à des températures de l ordre de 45 C. L investigation a été effectuée au niveau de la production et 3 chambres témoins de bâtiments différents afin de caractériser l ensemble des réseaux. La cartographie a permis d identifier la présence d une biomasse très importante au niveau de l adoucisseur et des antennes terminales alimentant les douches et lavabos des chambres quelque soit le bâtiment. Les analyses traditionnelles de légionelles sur milieu gélosé réalisées sur les mêmes points que l ATP ont montré une contamination massive des points terminaux. Suite à cette première investigation, une chloration proportionnelle à 1 mg/l a été mise en place sur l ensemble du réseau sanitaire, suivie par une désinfection thermo-chimique à 60 C, 3 mg/l de chlore pendant 1 heure sur les points terminaux quinze jours après. L adoucisseur a également subit une désinfection. Suite à ces actions curatives, une deuxième cartographie ATP et culture met en évidence un abaissement de la biomasse de l ordre de 10 à 50 et des résultats légionelles négatifs sur l ensemble des points. La surveillance et le suivi de l adoucisseur indiquent une élévation anormale de la biomasse après un mois de fonctionnement. Les points mesurés en amont de l adoucisseur sont qualifiés de bon (tableau 1). Cause probable de la contamination terminale et améliorations prévues L adoucisseur (10,58pg/ml en catp et 7500 UFC/l en culture légionelle) (et probablement une autre source à l origine) alimente le réseau d eau chaude à 60 C, la température de production chute pendant les périodes de pointes à une température inférieure à 50 C, le réseau contaminé distribue les légionelles aux points terminaux mitigés. Rappelons qu un puisage systématique dans ces conditions ne règle pas le problème. Le biofilm s installe dans les zones où la température est favorable. Dans le cas où les clapets qui équipent les mitigeurs thermostatiques sont fuyards, on retrouve des légionelles sur l eau froide en amont des mitigeurs. Dans ce cas, il est important de surveiller les pressions entre 62 - L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 328

5 Tableau 1 : Résultats de la cartographie ATP QGA dans un hôpital avant et après les actions de désinfection Cartographie initiale Cartographie après désinfection (adoucisseur + réseau terminal) Zone Nom Echantillon catp (pg/ml) Equivalents Microorganismes/ ml Legionella pneumophila (UFC/L) catp (pg/ml) Equivalents Microorganismes/ ml Legionella pneumophila (UFC/L) Production Avant adoucisseur 0, Production Après Adoucisseur 10, , < 250 nd Production Retour ECS 9, , < 250 nd Chambre 1 EF avant mitigeur 2, Chambre 1 EF Lavabo 2, , < 250 nd Chambre 1 EC avant mitigeur 41, < 250 nd Chambre 1 EC douche 45, , < 250 nd Chambre 2 EF avant mitigeur 3, , < 250 nd Chambre 2 EF lavabo 1, , < 250 nd Chambre 2 EC avant mitigeur 6, , < 250 nd Chambre 2 EC douche 11, < 250 nd Chambre 3 EF avant mitigeur 2, , Chambre 3 EF lavabo 0, Chambre 3 EC avant mitigeur 80, , Chambre 3 EC douche 73, , < 250 nd les réseaux ECS et EFS. Le traitement filmogène composé de matières organiques ne facilite pas le règlement du problème. Sa présence est néanmoins nécessaire car le réseau est composé d une mixité des canalisations (Cuivre et acier galvanisé). Les améliorations projetées sont : Surveillance de l adoucisseur par la méthode catp - si la contamination est persistante envisager son remplacement ; Règlement du problème de chute de température de la production ; Suppression des 200 éléments thermostatiques en gaine, remplacement de la robinetterie par des robinets mono-commandes à butée et un équilibreur de pression dans le cas où le risque de brûlure est avéré. La suppression de la chloration et des filtres terminaux sera conditionnée par des résultats bactériologiques par culture. Intérêt de la méthode d ATP-métrie quantitative L intérêt principal de cette technique pour les établissements de santé est la réactivité qu elle apporte pour anticiper les dérives de l installation (avant même que des légionelles soient dénombrées dans l eau), mais aussi la possibilité de vérifier l efficacité des actions de désinfection de l eau, et ceci sur tous les micro-organismes, aussi bien cultivables que non cultivables. Ainsi, les mesures correctives sont mises en place et validées plusieurs jours avant qu une méthode de culture classique des microorganismes ait pu donner le résultat, et la population fragilisée de ces établissements est ainsi mieux protégée. Conclusion La maîtrise de la température en tout point du réseau est conditionnée par la conception, la réalisation et les conditions de maintenance. Les dérives sont mises en évidence par les contrôles biologiques. Traiter chimiquement un réseau de manière permanente est un constat d échec au niveau de la maîtrise de son réseau. Le meilleur moyen de lutte contre la légionellose est l absence de légionelles dans les réseaux ECS. Leur présence n est pas une fatalité. n MAÎTRISER LE RISQUE LEGIONELLES par James CHERON Cet ouvrage fait le point sur l ensemble de la problématique légionelles en couvrant tout à la fois l aspect réglementaire lié à l exploitation d équipements susceptibles de contribuer à propager Legionella, sans oublier les aspects analyses et traitements. Il intéressera donc tout à la fois les exploitants de tours aéroréfrigérantes, de réseaux ECS au sein des établissements susceptibles de recevoir du public, mais aussi les collectivités locales et territoriales soucieuses de bien comprendre la problématique légionelles pour mieux protéger les populations exposées à ce risque. 325 pages - Format 16 x 24 cm - ISBN Prix public : 72 e TTC Renseignements et commandes : Editions JOHANET 60, rue du Dessous des Berges Paris - Tél. : (0) Fax : (0) N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 63