L'ATPmétrie : de nombreuses applications dans le domaine du contrôle des eaux

Lors d’un précédent article (voir E.I.N. N° 293) nous avions abordé trois points essentiels dans le cadre de la maîtrise des risques sanitaires et entre autres du risque legionella.

• le diagnostic microbiologique, à l'aide d’outils de mesure adaptés à la surveillance du risque Legionella sur tour aéro-réfrigérante,
• l’analyse du risque dépendant des résultats obtenus avec pour objectif d’estimer le risque réel de développement des Legionella
• la mise en place d’un plan de surveillance afin de conduire et d’optimiser les actions correctives ou préventives adéquates.

Au niveau du diagnostic microbiologique, l’un des outils de mesure précédemment décrit est l’utilisation de l’ATP (Adénosine Triphosphate) dans l’eau. Cette mesure permet d’évaluer instantanément la charge des microorganismes appelée couramment biomasse, dans l’eau analysée et de déterminer sa concentration à différents points de prélèvement dans une installation.

La mesure régulière de la biomasse totale, dans un réseau d’eau par ATP-métrie, est à

Considérée comme un signal d’alarme précoce d’une prolifération de micro-organismes dans une installation, la mesure de l’ATP permet de réagir immédiatement.

Qu’est-ce que l’ATP ?

L’Adénosine Triphosphate (ATP) est la première source d’énergie de tout organisme vivant sur terre. L’ATP constitue le « carburant » de toute cellule vivante en fournissant l’énergie nécessaire à toutes les fonctions biologiques telles que l’entretien de la cellule et son adaptation aux changements environnementaux, la consommation de nourriture ou la fonction de reproduction. Comme tous les organismes vivants, les micro-organismes ont besoin d’ATP pour survivre et sans cette molécule il n’y aurait aucune vie possible. Ainsi, l’ATP est une molécule indispensable à la vie microbienne et sa mesure est directement liée à la biomasse.

Pourquoi l’ATP est-il important ?

Pour fonctionner, une cellule biologique a besoin de transformer ses nutriments (par exemple des molécules contenant des chaînes carbonées) en une forme d’énergie utilisable, l’ATP. L’énergie nécessaire aux différentes réactions chimiques qui se produisent dans la cellule est en fait libérée lorsque l’ATP est réduit en molécules plus petites et moins riches en énergie, telles que l’ADP (Adénosine Diphosphate) et l’AMP (Adénosine Monophosphate). Ces molécules sont ensuite recyclées en ATP avec l’apport de nouveaux nutriments. Ce processus est la voie métabolique centrale de toute cellule et s’applique à tous les organismes vivants, y compris les bactéries.

Comment mesure-t-on l’ATP ?

L’énergie contenue dans l’ATP est convertie en lumière en présence de Luciférine et de Luciférase. Ces deux molécules sont produites naturellement dans l’abdomen de la luciole. L’exploitation de ce phénomène naturel fournit un indicateur instantané du taux de micro-organismes dans n’importe quel type d’eau. La mesure de l’ATP, du prélèvement de l’échantillon jusqu’à l’analyse, nécessite seulement quelques minutes pour être réalisée.

L’ATP est extrait à partir des cellules vivantes et préparé pour la mesure selon le protocole simplifié ci-dessous. L’extrait est dilué dans le but de minimiser l’effet éventuellement inhibiteur de l’échantillon. L’intensité lumineuse est mesurée grâce à un luminomètre. La quantité de lumière produite est directement proportionnelle à la biomasse active présente dans l’échantillon. Cette réaction est linéaire sur un large domaine d’étalonnage et permet donc de quantifier une vaste gamme de concentrations de micro-organismes.

Surveiller les installations grâce à l’ATP-métrie

Les kits Quench Gone™ Aqueous et Quench Gone™ Organic développés par LuminUltra™

et commercialisés par Aqua-tools™ sont conçus spécifiquement pour la mesure de la biomasse active dans les eaux potables, les eaux chaudes sanitaires, les eaux des tours aéro-réfrigérantes, les eaux de process de l'industrie, les eaux de rejet, etc. Les kits sont optimisés pour chaque type d’eau et pour chaque niveau de contamination.

La technique de mesure de la biomasse active est simple d'utilisation et fournit un résultat instantané. La mesure est précise grâce à un luminomètre portable et performant. La mesure de la biomasse active est ainsi un outil de surveillance en continu de l’évolution de l’état microbiologique de l’installation. La surveillance de la biomasse active permet :

• • D’évaluer le risque de contamination d'une installation et le contrôler : l’ATP est spécifique des organismes vivants, le suivi de la mesure de l’ATP peut jouer un rôle essentiel dans l’analyse de risque de contamination d’une installation ; ce suivi peut ainsi assurer une meilleure maîtrise de l’outil industriel et permettre de mieux protéger la santé humaine.
• • De diminuer les coûts de charge (entretien) d’une installation : le suivi de la biomasse active permet d’optimiser le coût des biocides injectés jusqu’au traitement des eaux de rejet.
• • D’être proactif : le résultat instantané permet une réactivité inestimable ; détecter la contamination au moment où elle se produit, avant qu’il ne soit trop tard. Cette réactivité permet également de répéter les résultats incohérents, ce que ne permet aucune mesure biologique.
• • De réduire les impacts sur l’environnement : détecter la biomasse résiduaire qui s’échappe des effluents des usines, et optimiser l’utilisation des biocides.

Un prétraitement du prélèvement par filtration est réalisé sur le terrain, permettant ainsi de minimiser l'effet des inhibiteurs sur la mesure, de prévenir tout artefact d’ATP libre extracellulaire provenant de bactéries déjà mortes. Par la suite, la mesure doit être faite dans les 2 heures, ou l’échantillon peut être conservé plusieurs jours.

Le volume analysé peut être adapté afin de maximiser la sensibilité de la mesure ; cette flexibilité permet ainsi de réaliser les analyses sur tous les types d’eaux.

Par comparaison, l’ATP-métrie de première génération utilise un “stylo”. Le résultat est identifié de manière triviale sur le principe du “Tout Ou Rien”, c’est-à-dire que l’échantillon est “contaminé” ou “n’est pas contaminé”, et son application trouve son intérêt dans l'hygiène alimentaire ou dans le cadre du contrôle de nettoyage des surfaces de travail. La technique élémentaire mesure la précision de la mesure bien supérieure à celle de l’ATP-métrie de première génération.

La précision de la mesure commence par la qualité de l’échantillon et la manière dont il est intégré dans l’analyse.

Le volume de l’échantillon à analyser est assez grand pour fournir une indication représentative du niveau de contamination.

Georges Bourgeois, Service Environnement, Arcelor :

« Les résultats obtenus permettent d’obtenir une meilleure compréhension des circuits »

Marc Raymond :

M.R. : Cela fait quelques semaines que vous testez le kit QGA pour la mesure de la biomasse à raison de 15 à 20 analyses par semaine, pourquoi avez-vous fait ce choix ?

G.B. : C'est une technique de 2e génération, par rapport aux méthodes d’ATP classiques, dans le sens que l’étape de filtration me permet de ne prendre en compte que l'ATP intracellulaire des microorganismes viables. Cette approche me semble plus fiable et plus précise.

M.R. : Sur quels types d’installations faites-vous vos analyses ?

G.B. : Sur des circuits de refroidissement et les circuits sanitaires.

M.R. : À quel moment faites-vous vos prélèvements par rapport aux traitements réalisés ?

G.B. : Je prélève à un rythme régulier, à une période déterminée entre deux injections.

M.R. : En combien de temps faites-vous vos analyses ?

G.B. : On compte environ une heure pour une dizaine d'échantillons incluant les témoins que j’ajoute, mais cette durée peut être raccourcie à une demi-heure.

M.R. : La manipulation vous semble-t-elle compliquée ?

G.B. : Elle reste très conviviale et pratique.

M.R. : Que vous apportent ces résultats ?

G.B. : Ils permettent d'obtenir une meilleure compréhension des circuits, de réaliser une cartographie des réseaux afin de définir les zones sensibles et d’en tirer des enseignements, de stabiliser la biomasse avec des traitements plus adaptés en concentration et en rythme.

M.R. : Comment les interprétez-vous ?

G.B. : J'obtiens des RLU que je convertis en concentration d’ATP à l’aide de mon témoin positif Ultracheck (1 pg d'ATP équivalent à 1 000 microorganismes). Je soustrais la valeur de mes témoins blancs aux valeurs que j’obtiens avec mes prélèvements.

M.R. : Quels changements quotidiens vous ont-ils apportés ?

G.B. : Ces résultats sont des contrôles internes, de suivi de mes installations, en complément des analyses réglementaires et traditionnelles. Je les vois comme un nouveau support pour mon exploitant.

La quantité d’ATP totale de l’échantillon (ATP extracellulaire, provenant de bactéries mortes, et intracellulaire, provenant de bactéries vivantes) n’est pas représentative de la biomasse active mais également sur un faible volume, encore moins représentatif de l'état de contamination.

L’étape d’extraction de l'ATP est optimisée grâce à l’efficacité de l'Ultralyse™, au moins trois fois supérieure aux autres agents extractants couramment utilisés (voir figure 3).

• • Une meilleure stabilité : la luciférine est l'enzyme qui réagit avec l'ATP pour émettre la lumière qui sera mesurée par le luminomètre.

Les réactifs LuminUltra™ sont stables pendant des mois alors que les réactifs de la concurrence ont une durée de vie de quelques semaines. Avec les réactifs LuminUltra™, les pertes sont réduites au minimum (voir figure 4).

En outre, la plupart des autres tests fournissent des mesures en Unité Relative de Lumière (RLU). Cette valeur dépend du rendement arbitraire du luminomètre et ne garantit pas l’exactitude de la mesure de l’ATP. Afin de réduire cette dépendance et de maximiser l’exactitude de la mesure, LuminUltra™ a développé la gamme UltraCheck™. Il s'agit d'un ajout dosé stable dans le temps pendant des mois même à température ambiante. Ainsi les résultats en concentration d’ATP peuvent être comparés dans le temps, ce qui est difficile avec les mesures en RLU utilisées dans l’ATP-métrie de première génération (voir figure 5).

La mesure de la biomasse active : un screening haut débit, en temps réel

La mesure de la biomasse active (MBA) – ATP-métrie de seconde génération – est une valeur relative, un indicateur permettant le suivi de la biomasse dans une installation. Le logiciel d’interprétation développé conjointement par AQUA-tools et LuminUltra permet un suivi dans le temps d’une installation et, pour un suivi routinier, les résultats peuvent être interprétés en concentration de micro-organismes relative (voir tableau 6).

La MBA est un outil moderne permettant d'évaluer et de comprendre l’évolution de l’écosystème microbien dans une installation (TAR, eau chaude sanitaire, etc.). L’objectif est de réaliser en continu un suivi de l’installation soit :

• • sur un point unique pour les installations où le risque est maîtrisé afin d’y adapter les actions préventives ;
• • par la réalisation d'un plan d’échantillonnage sur les installations moins bien maîtrisées afin de déterminer les points critiques et d’y apporter les actions correctives nécessaires.

Tableau 6 : Guide de sélection des kits en fonction du type d’eaux à analyser