Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
En Suisse, l'évaluation microbiologique de l'eau potable repose sur des paramètres basés sur la culture, conformément à l'ordonnance du Département fédéral de l'intérieur (DFI) sur l'eau potable et l'eau des bains et douches accessibles au public (OPBD; [1]). Ces méthodes sont reconnues à des fins de conformité réglementaire, mais ne fournissent des résultats qu’après plusieurs jours. Ce délai pose problème pour la surveillance de l’exploitation, car la qualité de l’eau brute peut évoluer rapidement, par exemple après des précipitations ou sous l’effet d’autres facteurs dans le bassin versant. Cela peut entraîner l’arrivée d’eau contaminée dans le réseau de distribution avant même que les résultats de laboratoire ne soient disponibles. C’est pourquoi des paramètres indicateurs complémentaires offrant un temps de réponse court présentent un intérêt particulier.
WWZ approvisionne environ 66'000 habitants dans le canton de Zoug ainsi qu’à Hochdorf, dans le canton de Lucerne. L’eau potable provenant des quelque 80 sources du Lorzentobel est acheminée vers la station de traitement par quatre conduites principales distinctes, où les flux sont surveillés et soumis au Traitement individuel avant que l’eau ne soit transférée vers le réservoir. Malgré les zones de protection des sources, des risques résiduels subsistent en raison des influences environnementales, du vieillissement des infrastructures et des projets de construction. Concrètement, WWZ ne disposait pas de la possibilité d’effectuer une surveillance microbiologique de la qualité spécifique à chaque source, en particulier après de fortes précipitations.
Afin d’assurer une surveillance microbiologique en temps réel, WWZ a mis en place le cytomètre en flux en ligne BactoSense (bNovate Technologies SA, Ecublens) afin de déterminer le nombre total de cellules (NTC). L’appareil mesure le NTC de manière entièrement automatique, sans étape de culture. Les résultats de mesure sont disponibles toutes les 30 minutes. La cytométrie en flux est utilisée dans la recherche et la pratique en matière d’eau potable depuis plus de 15 ans. La Suisse a d’ailleurs joué un rôle pionnier dans la mise en place et l’application de cette méthodologie [2]. La détermination du nombre total de cellules par cytométrie en flux est décrite dans le catalogue des méthodes de SVGW sous la référence MW102 et constitue ainsi une méthode reconnue à l’échelle nationale (voir encadré 1, [3]).
Depuis plusieurs années désormais, WWZ s'appuie sur une surveillance microbiologique moderne grâce à BactoSense. Au cours de la première phase, un seul bras de source dans le Lorzentobel a fait l’objet d’une surveillance continue. À cela s’est ajoutée une utilisation mobile pour le suivi des travaux sur les canalisations et des opérations de rinçage dans le réseau de distribution. La mesure rapide du NTC permet pour la première fois une évaluation objective et fondée sur des données de la qualité de l’eau lors de la remise en service.
À l’été 2025, dans le cadre d’un projet pilote, la station de captage a été équipée d’un BactoSense supplémentaire, précédé d’un module d’échantillonnage BactoSwitch: Ce module commute l’analyseur en alternance entre jusqu’à quatre conduites d’alimentation, de sorte que les quatre bras de source soient surveillées séquentiellement à l’aide d’un seul appareil de mesure (fig. 1). Les données sont transmises à la plateforme BactoCloud via une connexion mobile. Celle-ci visualise les séries chronologiques de mesures des quatre flux, envoie des alertes automatiques et permet l’accès à distance à l’appareil. De plus, le nouveau paramètre BactoScore, qui permet de détecter les variations de la composition microbienne, est actuellement testé (exemples dans fig. 2B/D) [4]. Pour ce faire, l’empreinte microbienne de chaque échantillon est comparée mathématiquement à un état de référence spécifique à la source, et un écart en pourcentage est calculé. Cela permet de détecter des variations anormales en complément du comptage global des cellules.
La surveillance en ligne dans le Lorzentobel a clairement montré que les quatre bras de source présentent des différences microbiennes considérables malgré leur proximité géographique (tab. 1). En conditions normales, le nombre de cellules du bras de source 1 était environ six fois supérieur à celui du bras de source 4. La stabilité des sources, exprimée par le coefficient de variation des nombres de cellules, présentait également de fortes disparités (entre 23 et 45%). Cela laisse supposer des caractéristiques hydrogéologiques différentes, en raison desquelles certaines sources réagissent nettement plus fortement aux précipitations ou à d’autres apports. Cette caractérisation des risques spécifique à chaque source permet au WWZ d’établir, sur la base des données, un ordre de priorité pour les inspections et les mesures de protection (encadré 2).
| Paramètre | Bras 1 | Bras 2 | Bras 3 | Bras 4 |
|
NTC moyen |
24'155/ml | 23'702/ml | 7406/ml | 3771/ml |
|
Coefficient de variation |
41% | 23% | 40% | 45% |
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À la mi-juillet 2025, une anomalie a été détectée sur le bras 1. Le cytomètre en flux a enregistré une forte augmentation du NTC (fig. 2A) à l’entrée de l’installation ainsi qu’une modification simultanée de l’empreinte microbienne (fig. 2B). La turbidité est toutefois restée inférieure au seuil de rejet de 0,6 FNU (fig. 2C). Si l’on s’était basé uniquement sur la turbidité, cet événement serait passé inaperçu. Quatre jours plus tard, des analyses en laboratoire ont confirmé une contamination de l’eau brute par E. coli, des entérocoques et des taux élevés de germes aérobies mésophiles (GAM). La désinfection par UV en amont de la sortie de l’installation s’est toutefois avérée efficace et l’eau traitée respectait les valeurs recommandées par les directives.
Les expériences menées jusqu'à présent avec la cytométrie en flux en ligne chez le distributeur d'eau WWZ montrent que les mesures entièrement automatisées et spécifiques à chaque source peuvent offrir une valeur ajoutée significative par rapport à la surveillance conventionnelle par échantillonnage. Quatre bras de source voisins se sont révélés fondamentalement différents sur le plan microbien – une information qui ne pouvait être quantifiée à l’aide d’échantillons de laboratoire périodiques et qui est importante pour la mise en œuvre de mesures de protection fondées sur les risques. L’épisode de contamination par et des entérocoques est passé totalement inaperçu lors de la mesure de la turbidité, mais a été détecté à un stade précoce grâce à la cytométrie en flux en continu – NTC et à l’empreinte microbienne , ce qui met clairement en évidence les limites d’une surveillance purement physico-chimique.
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« Grâce à la cytométrie en flux en ligne, nous avons à tout moment une vue d’ensemble de la qualité microbiologique de toutes les eaux de source. Les mesures révèlent non seulement des différences entre les différents affluents, mais aussi des changements inattendus. Nous pouvons ainsi détecter les évolutions à un stade précoce et réagir de manière ciblée.»
Karl Zimmermann, responsable des sources chez WWZ
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La cytométrie en flux en ligne répond directement aux défis décrits au début: elle permet pour la première fois une différenciation automatisée et quantitative de la qualité microbiologique, accélère la réaction face à des variations anormales (de plusieurs jours à quelques heures) et accompagne désormais tous les grands projets de construction de canalisations au sein du réseau de distribution. En tant que méthode reconnue par SVGW, elle comble ainsi une lacune importante dans le concept de surveillance existant. WWZ évalue actuellement l’intégration des résultats et des alertes dans son système de contrôle des processus, afin de renforcer encore la surveillance et de mieux garantir la protection de la qualité de l’eau potable en cas d’incident.
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[1] Eidgenössisches Departement des Innern (EDI) (2017): Verordnung über Trinkwasser sowie Wasser in öffentlich zugänglichen Bädern und Duschanlagen (TBDV, SR 817.022.11). Bern
[2] Hammes, F. et al. (2008): Flow-cytometric total bacterial cell counts as a descriptive microbiological parameter for drinking water treatment processes. Water Research 42(1–2): 269–277.
[3] SVGW (2023): Bestimmung der Gesamtzellzahl in Wasserproben mittels Durchflusszytometrie. MW102 d. Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches (SVGW). ZĂĽrich
[4] Egli, T. et al. (2024):Â Domestic hot-water boilers harbour active thermophilic bacterial communities distinctly different from those in the cold-water supply. Water Research 253: 121109.
BactoSense permet de mesurer les microbes par cytométrie en flux. Pour ce faire, les cellules présentes dans l’échantillon d’eau sont marquées à l’aide d’un colorant fluorescent, puis acheminées à travers un capillaire où elles sont excitées par un laser. L’analyse des signaux lumineux émis permet de les compter avec précision. Les signatures lumineuses de toutes les cellules mesurées forment en outre une «empreinte» qui reflète la composition microbienne de l’échantillon (voir fig. 2B/D).
La détermination du nombre total de cellules par cytométrie en flux est inscrite dans le catalogue des méthodes de SVGW sous la référence MW102 et constitue une méthode de référence reconnue dans le secteur suisse de l’approvisionnement en eau [3].
En Suisse, on utilise généralement des méthodes de culture pour déterminer la qualité microbiologique de l’eau potable. Celles-ci permettent de détecter les micro-organismes capables de se multiplier dans les conditions de culture données. La méthode GAM (germes aérobies mésophiles) en est un exemple bien connu. Cette méthode nécessite une incubation pouvant aller jusqu’à 72 heures et ne détecte que moins de 1% de l’ensemble des bactéries présentes [2].
La cytométrie en flux, en revanche, détecte l’ensemble des cellules, qu’elles soient cultivables ou non, et fournit les résultats 20 minutes après le prélèvement. Ces deux méthodes sont complémentaires: les méthodes de culture fournissent la preuve requise par la réglementation; la cytométrie en flux permet une surveillance rapide et entièrement automatisée de la charge microbienne totale.
L'expérience acquise à WWZ suggère que même des bras de source voisins peuvent présenter des différences microbiologiques marquées. Une surveillance continue par cytométrie en flux permet de détecter précocement les changements de qualité de l’eau brute et facilite l’évaluation de l’exploitation en cas d’incident. Elle complète la surveillance microbiologique existante par un paramètre indicateur numérique disponible en temps réel.
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