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Aérosols et risques sanitairesComment maîtriser le risque par la conception des

installations et des équipements susceptiblesde générer des aérosols

Professeur Jean-Louis ROUBATYUniversité Paris-Diderot

Victoria University (Melbourne)Haut Conseil de la Santé Publique

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mécanisme de la contamination

eau contaminée

aérosols

contamination si 102-103 colonies/l dans l’ECS ??

104-106 dans les TAR ??

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il faut donc

une eau contaminée ou susceptible de se contaminer par le biofilm, des amibes….

présence d'un aérosol.

absence d'aérosolpas de contamination

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Mécanismedu réservoir à l’homme

Chaque fois que l’on coupe un lien entre 2 étapes, on bloque le risque de contamination

On peut donc agir• Sur la bactérie (approche

microbiologique)• Sur les aérosols (approche

mécanique)• Sur l’hydraulique des réseaux

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2 types de buses de pulvérisation

L’une présente un risque plus

important

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Importantes recherches sur les gouttelettes et l’aérosolisation Armée (bio aérosolisation, armes chimiques: toxines, lewisite,

Tabun, ..) Traitements agricoles (épandage pesticides)

• Selon le cas (traitements systémiques ou traitements par contact ) on recherchera à privilégier les gouttes ou les aérosols

Industrie • Refroidissement direct• Nettoyage• Lavage de gaz

Eau potable• Économie d’eau• Économie d’énergie

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Il y a des aérosols dans des endroits pas suspectés.Les diapositives suivantes font un tour incomplet de la situation.Il faut identifier les sources d’aérosols.Il n’y a pas que les tours aéroréfrigérantes et l’eau chaude sanitairequelques exemples

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Usages sanitaires de l’eau

Bien connuProduction d’aérosols par l’équipement ou

suite à l’impact sur une surface

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Pulvérisation d’eau sous pression (usages domestiques)

Bien connu

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Lavage voiture haute-pression

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mais aussi les aérosols diffus

Les productions d’aérosols (usages privés ou publics),

refroidissement et lavage avec systèmes H.P. (lavages camions, wagons, traitement des boues sur filtre à bande par exemple..)

Les STEP (systèmes aérobies)… Les fontaines décoratives ,,,,,

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SYSTEMES EMISSIFS ET SYSTEMES DISPERSIFS

Définitions• Les systèmes émissifs sont des dispositifs capables de produire des aérosols à partir

d’un liquide et d’énergie mécanique Les buses et les pommeaux de douche en représentent des exemples typiques. Les systèmes émissifs ont tous aussi un potentiel dispersif et sont capables de disperser des aérosols, au moins dans leur environnement immédiat.

• Les systèmes exclusivement dispersifs sont typiquement représentés par les ventilateurs tels que ceux utilisés dans les TAR pour l’évacuation de la chaleur sous forme de vapeur d’eau intégrant des aérosols

• Ce peut être aussi toute forme de ventilation naturelle ou artificielle dans une pièce (salle de bain, chambre…)

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Les systèmes dispersifs avec des systèmes émissifs

Comme déjà dit plus haut, les systèmes émissifs sont tous aussi « dispersifs », capables d’émettre des aérosols à une distance variable. Par ailleurs, des systèmes purement dispersifs peuvent jouer le rôle de vecteur et disséminer, parfois sur de grandes distances, les aérosols produits par les systèmes émissifs au voisinage desquels ils sont situés.

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Systèmes émissifs

• Buses, douches et douchettes• Le type même de système émissif est représenté par les buses utilisées pour

distribuer l’eau, sous pression. Il en existe des centaines de types, de performances et d’usages très différents. L’université du Dakota du Sud a publié un document page suivante faisant autorité dans le domaine de l’irrigation, dans le but de promouvoir l’utilisation de buses non émissives et peu dispersives

• Selon la pression de l’eau et le type de buse, la production d’aérosols –et donc le potentiel émissif- peut être très importante ou au contraire insignifiante. Le Tableau donne, pour une buse dite « plate », les performances de création d’aérosols pour 2 pressions différentes montre que plus la pression est élevée plus les gouttelettes émises sont petites, et donc plus le potentiel d’émission est élevé.

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taille des gouttelettes produites par une buse dite plate selon la pression du liquide projeté

% de l’ensemble des gouttelettes

émises

% du volume total d’eau

émis

Pression de l’eau 1,4 bar 2,8 bar 1,4 bar 2,8 bar

Taille des gouttelettes (µm)

0-21 22,4 44,6 0,1 0,4

21-63 37,6 39,5 3 10,4

63-105 21,2 10 10,7 20,1

105-147 9,2 3,8 16,2 25,4

147-210 7,2 1,9 36,7 35,3

210-294 2,3 0,2 27,5 7,7

> 294 0,2 0,0006 5,8 0 ,7

http://www.agmachinery.okstate.edu/ApplicationSystems/Spray%20Equipment%20and%20Calibration.pdf

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• Les douches, douchettes et brise-jets utilisés dans les cuisines et les salles de bains sont un autre exemple de système dont la capacité émissive dépend beaucoup de la conception. Certains types de douchettes sont conçus pour économiser l’eau et ne produire pratiquement pas d’aérosols.

• La mise en œuvre de dispositifs de distribution d’eau qui produisent peu d’aérosols pour les douches, l’irrigation agricole, le lavage de voiture,…permet de réduire considérablement le risque de contamination humaine par les légionelles. C’est le choix de prévention fait en priorité dans les pays anglo-saxons.

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exemples de différents systèmes émissifs / dispersifs, industriels ou domestiques

Système Pouvoir émissif Pouvoir dispersif Principales

références

Douches+ / ++ selon

design+/- Bollin1

Fontaines décoratives ++/+++ +Hlady, Den

Boer2,3

Irrigation agricole

Dispersion de l’eau par

des rampes ou buses à

forte pression.

++ ++ HCSP4

North Dakota

State

University 5,6

Dispersion de l’eau par

des rampes et buses à

faible pression (« goutte à

goutte »).

-/+ non

STEP

avec aérateurs de

surface à turbine+++ ++/+++ Brandi7

Sanchez

Monedero8

avec système à

microbullesnon non

TAR dites « ouvertes » ou « humides » +++ +++

Une centaine

de

publications

[1] Bollin, Plouffe, Para, Hackmann ; aerosols Containing Legionella pneumophila Generated by Shower Heads and Hot-Water Faucets applied and Environmental Microbiology Nov 1985cp 1128-1131[2] Hlady, W.G., R.C. Mullen, C.S. Mintz, B.G Shelton, R.S. Hopkins, and G.L. Daikos. 1993. Outbreak of Legionnaires’ Disease Linked to a Decorative Fountain by Molecular Epidemiology. American Journal of Epidemiology 138:555-562[3] Den Boer JW, Yzerman EP, Schellekens J, Lettinga KD, Boshuizen HC, Van Steenbergen JE, Bosman A, Van den Hof S, Van Vliet HA, Peeters MF, Van Ketel RJ, Speelman P, Kool JL, Conyn-Van Spaendonck MA. A large outbreak of Legionnaires' disease at a flower show, the Netherlands, 1999. Em Infect Dis. 2002 Jan;8(1):37-43.[4] Haut Conseil de la Santé Publique. Commission Spécialisée Maladies Transmissibles Commission spécialisée Risques Liés à l’Environnement Commission Spécialisée Sécurité des Patients. Le risque lié aux légionelles. Guide d’investigation et d’aide à la gestion. Rapport 11 juillet 2013.[5] http://www.ag.ndsu.edu/pubs/ageng/machine/fs919.pdf[6]

http://www.agmachinery.okstate.edu/ApplicationSystems/Spray%20Equipment%20and%20Calibration.pdf[7] Brandi, G., Sisti, M., Amagliani, G., 2000. Evaluation of the environmental impact of microbial aerosols generated by wastewater treatment plants utilizing differentaeration systems. J. Appl. Microbiol. 88, 845–852[8] M.A. Sanchez-Monedero, M.I. Aguilar, R. Fenoll, A. Roig. Effect of the aeration system on the levels of airborne microorganisms generated at wastewater treatment plants water research 42 (2008) 3739 – 3744

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Principaux paramètres favorisant les aérosols sur une douchette ou un robinet

Design des équipements Pression de l’eau Vitesse de l’eau dans un équipement Température de l’eau et viscosité Encrassement du matériel et perturbation de l’écoulement par

rapport au design initial• Entartrage (stripping du CO2 après la filtration et modification de l’équilibre calco-

carbonique)

Dégazage de l’eau avant et après le filtre => atomisation de gouttes et indirectement arrachage d’un biofilm exterieur au média filtrant

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Les travaux de R/D portent dans plusieurs directions

La modélisation par CFD (computational fluid dynamics) des écoulement dans un équipement (pour une douche ou un robinet en amont ou en aval du filtre

Le design global du système associé à du CFD intégrant aussi bien

• le mode de fonctionnement nominal (souvent spécifié dans le cahier des charges (pression du réseau, débit d’eau)

• Les altérations du fonctionnement (pression instable ou faible ou forte, colmatage..), choc hydraulique avec P >> pression nominale durant quelques fractions de secondes (coup de bélier .. Ou autres évènements transitoires)

• Le comportement en cas d’incident majeur(mon équipement réduit-il mécaniquement le risque?)

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Essai CFD sur une douche (température et aérosols)

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3 niveaux de transfert d’aérosols dans l’atmosphère

3 équipements, 3 comportements très différents. Le papier de gauche montre une forte production d’aérosols

étude avec papier à impact

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Étude rapide (screening) avec du papier à impact

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MERCI POUR VOTRE PATIENCE