Caractérisations par microscopie, spectroscopie et électrochimie d'un biofilm à partir d'une eau potable sur acier inoxydable
Résumé
Microscopic, spectroscopic and electrochemical methods to investigate
development of potable water biofilms on stainless substrate. We studied biofilm
formation on stainless steel occurring in a drinking water distribution system which operated
at two different temperature (20 ◦C and 37 ◦C at pH = 8.25 – 8.5), in order to isolate
the effect of temperature from water quality and operational parameters. A surface conditioning
step found to occur on this material was monitored as a function of time until adhesion
of bacterial colonies using microscopic methods: SEM (scanning electron microscopy),
AFM (atomic force microscopy); spectroscopic methods: PM-IRAS (polarization modulation
infrared reflection absorption spectroscopy), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), EDX
(Energy dispersive X-ray spectroscopy) and an electrochemical method: RDE (rotating disk
electrode). Correlation between surface analyses, the age of the sample and the influence
of temperature have been observed before bacterial adhesion. An initial conditioning step
of surface has been observed in cold water. During a period varying from 1 to 8 days, superficial
acidic functions are grafted on surface until proteins adsorption. After this period,
independent microcolonies of bacteria were attached on the substrate, reaching a 2–3 μm
in length which has been estimated after 12 days. On the other hand, the first step was
reduced down to 2 days in tepid water, during which carbonates, acidic functions, proteins
and polymers were detected. A greater richness of bacteria was imaged in the biofilm and
a limited spatial variation was deduced from the determination of its thickness. This latter
was found to be constant over a 3-month period and equals to 4 μm at 20 ◦C. The combination
of these different techniques allows to describe the successive steps in biofilms
formation on stainless steel in drinking water.
Nous avons suivi la formation d’un biofilm sur l’acier inoxydable (AISI 316) immergé
dans un circuit d’eau potable pour deux températures (20 ◦C et 37 ◦C à pH = 8,25 –
8,5), à l’aide de techniques de caractérisation par spectroscopies : PM-IRAS (infrarouge de
surface), XPS (spectroscopie des photons électrons X) ; par une analyse élémentaire : EDX
(les rayons X à dispersion d’énergie) ; par microscopies : MEB (microscopie électronique à
balayage) et AFM (microscopie à force atomique) ; et enfin, par électrochimie : RDE (voltammétrie
sur électrode à disque tournant). Une étape de conditionnement de la surface
de l’acier inoxydable a été mise en évidence, que nous avons suivie en fonction de la durée
d’immersion et de l’influence de la température, et ce jusqu’à l’adhésion des premières colonies
de bactéries. En eau froide (20 ◦C), l’étape de conditionnement varie de 1 à 8 jours,
durant lesquels on détecte la présence de fonctions acides organiques superficielles adsorbées
et ensuite viennent les liaisons peptidiques. À partir d’une dizaine de jours, on dénote
la présence de polymères à la surface, et enfin des bactéries dont les longueurs sont comprises
entre 2–3 μm, au bout de 12 jours. En revanche, cette étape de conditionnement se
réduit à 2 jours en eau tiède (37 ◦C), durant lesquels des carbonates, des fonctions acides
superficielles et des fonctions peptidiques sont détectables. Une grande variété de bactéries
a été imagée dans le biofilm, incluant vraisemblablement des légionelles. Une épaisseur
limite de 4 μm a aussi été estimée pour une durée de 3 mois dans une eau froide. La combinaison
de ces différentes techniques permet de mettre en évidence une succession d’étapes
avant l’adhésion bactérienne sur l’acier en eau potable.
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