Brevet FR3080859A1 — publié le 20191108

Domaine de l'invention La présente invention a trait à une méthode de détection de l'activité électrique liée aux biofilms et aux bactéries dans l'eau, pour détecter une activité microbienne. Elle concerne également l'utilisation de cette technique et un procédé de mise en oeuvre pour la détermination de la présence d'une activité microbienne dans l'eau. Art antérieur On sait que : - dans la nature, la majorité des bactéries se développent en biofilms. Dans cette structure particulière, les microorganismes se développent en micro-colonies adhérentes les unes aux autres. Certaines bactéries, capables d'échanger des électrons avec un matériau conducteur, sans l'aide d'un médiateur, forment sur la surface conductrice des biofilms électro actifs. - tous les environnements naturels ou renfermant une flore microbienne complexe peuvent être une source potentielle de micro-organismes électro actifs. - une multitude de bactéries est capable d'échanger des électrons avec un métal - la surveillance de la qualité microbiologique de l'eau, notamment dans les réseaux d'eau potable, est basée sur une analyse microbiologique. Les analyses microbiologiques sont fondées sur la recherche des bactéries considérées comme des indicateurs de contamination fécale. Leur identification est difficile sur le terrain et demande des appareils spécifiques ou l'utilisation de la méthode de « filtration sur membrane ». - le délai d'obtention des résultats est long, 24 heures minimum pour les bactéries pathogènes les plus courantes et jusqu'à 72 heures pour les bactéries non pathogènes revivifiables, utilisées comme indicateur d'un développement microbien. - la flore bactérienne cultivable représentant entre 0.1% et 1% de la flore totale, ces résultats peuvent s'avérer incomplets. - la détection des bactéries en continu est difficilement réalisable. But de l'invention L'invention poursuit les objectifs suivants : - la détection de l'ensemble de l'activité biologique, pathogène et non pathogène, dans des échantillons d'eau prélevée ou en ligne sur un réseau, permettant une obtention rapide des résultats avec un coût limité permet une meilleure réactivité dans la mise en place de solutions palliatives ou curatives la surveillance des biofilms et de leurs conditions de développement - la surveillance de la qualité des eaux basée sur la sensibilité des systèmes biologiques, plutôt que sur les propriétés physicochimiques 2 On se propose de fournir une nouvelle solution technique pour répondre à cette problématique, basée sur les postulats suivants : - les bactéries regroupées en biofilms sont différentes des formes planctoniques habituellement mises en culture, et notamment leur résistance aux agents antimicrobiens et au stress est accrue - la présence d'un biofilm électroactif signifie la présence potentielle de bactéries pathogènes, si les conditions sont favorables au développement d'un biofilm qui ne contient pas forcément de pathogènes, elles sont également favorables au développement de pathogènes ayant les mêmes conditions de développement - le maintien d'une activité électrique est lié à la présence d'un substrat dégradable par le biofilm. Ces postulats permettent notamment de conclure que : - l'activité électrique est révélatrice d'une activité microbienne, - un changement brutal du biofilm ou des matières carbonées peut être détecté précocement. La vaccination de l'eau par un désinfectant n'est pas le seul moyen de lutte, une action sur les conditions favorables au développement des bactéries est nécessaire. Elle sera facilitée par la détection précoce de toute perturbation, permise par cette invention. Objet de l'invention La présente invention permet de satisfaire le besoin de résultats rapides et non caractérisants, pour l'ensemble des biofilms électroactifs. Selon le premier aspect de l'invention, on exploite la réaction d'oxydo-réduction suivante : Oxydation du substrat dans à l'anode par des bactéries Substrat CxHyOz + H20 -- > CO2+ + W + e- (le nombre d'électrons libérés dépendant du substrat dégradé) Réduction de réduction de l'oxygène sur la cathode 02 + + e- > H20 pour détecter la présence d'un biofilm électroactif et de bactéries présents dans l'eau, quelle que soit son origine. Ladite utilisation étant caractérisée en ce qu'elle met en oeuvre la mesure de tension et de l'intensité entre l'anode et la cathode. Le présent procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: 1. Prélever l'échantillon à analyser, d'un volume connu (contenant gradué), soit manuellement, soit mécaniquement pour une mesure en continu et en ligne. Le prélèvement se fait par pompage, en circuit fermé pour éviter une exposition à l'air, après agitation du milieu pour remettre en suspension les bactéries 2. Introduire la cathode dans l'échantillon 3 3. Brancher le dispositif incluant une anode plongée dans un électrolyte 4. Mesurer la tension et l'intensité entre l'anode et la cathode en mesure instantanée et mesurer son évolution dans le temps au moyen d'un dispositif d'enregistrement et de traçage de courbe 5. Interprétation sur la base d'abaques Description détaillée de l'invention L'échantillon (1) qui est un liquide dont on connait le volume, dans lequel on veut identifier la présence de vie microbienne et de matières carbonées favorisant le développement de cette vie, provient d'un prélèvement manuel ou mécanique (pour une analyse en continu en ligne, sur un réseau par exemple). La réaction précitée permet de créer un courant électrique entre l'anode (2) plongée dans l'échantillon (1) et la cathode (5) par la libération d'électrons par les biofilms électro-actifs décomposant le substrat en présence. Les électrons parcourent le circuit électrique conducteur (8), sur lequel un multimètre (7) permet de mesurer la tension et l'intensité. Une membrane échangeuse d'ions (3) permet les échanges d'ions entre le compartiment de l'anode (1) et le compartiment de la cathode (4), et finalise ainsi la réaction d'oxydo réduction. La valeur de la tension et de l'intensité électrique est mesurée. Un dispositif d'enregistrement facultatif permet de suivre l'évolution de la tension et de l'intensité. Plus les valeurs sont élevées et plus elles perdurent dans le temps, plus les conditions sont favorables au biofilm électroactif. Le dispositif comporte un compartiment anodique, constitué par un flacon de prélèvement d'échantillon, dans lequel est plongée une anode. Une membrane permettant le mélange des ions sans mélange des électrolytes sépare le compartiment anodique du compartiment cathodique dans lequel une cathode est plongée dans un électrolyte, qui reste cependant en contact avec l'oxygène. La différence de potentiel entre l'anode et la cathode est mesurée grâce à un voltmètre branché en dérivation du circuit conducteur. Le dispositif selon l'invention REVENDICATIONS1. Procédé de détection de présence d' un biofilm électro actif et de cellules vivantes, notamment des bactéries, dans un échantillon liquide prélevé manuellement ou mécaniquement, à analyser, notamment de l' eau, caractérisé en ce qu' il comprend la mesure de la tension et de l' intensité entre une anode (2) et une cathode (5), dans un dispositif de mesure, ladite anode (2) étant plongée dans l' échantillon à analyser et ladite cathode (5) étant plongée dans l' électrolyte, le compartiment anodique (1) et le compartiment cathodique (4) étant séparés par une membrane échangeuse d' ions (3). 2. Procédé selon la revendication n° 1, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes : 1. Prélever l' échantillon à analyser, d' un volume connu, soit manuellement soit mécaniquement pour une mesure en continu et en ligne, ledit prélèvement étant effectué par pompage, en circuit fermé, sans exposition à l' air, après agitation du milieu pour remettre en suspension les bactéries 2. Introduire l' anode (2) du dispositif de mesure dans l' échantillon 3. Brancher le dispositif de mesure incluant la cathode (5) plongée dans un électrolyte 4. Mesurer la tension et l' intensité entre l' anode (2) et la cathode (5) en mesure instantanée et mesurer leur évolution dans le temps au moyen d' un dispositif d' enregistrement et de traçage de courbes 5. Interprétation sur la base d' abaques