Escherichia coli

6.0 Rôle des concentrations résiduelles de désinfectant dans le maintien de la qualité de l'eau potable

On traite l'eau potable afin d'offrir un produit dont la consommation ne pose aucun danger microbiologique et chimique. Dans tous les systèmes publics et semi-publics où l'on pratique la désinfection, il faut maintenir en tout temps une concentration résiduelle de désinfectant dans tout le réseau de distribution. Le maintien et la surveillance d'une concentration résiduelle de désinfectant offrent deux avantages. Premièrement, une concentration résiduelle limite la multiplication des organismes à l'intérieur du système et peut protéger contre la contamination de l'extérieur. Deuxièmement, la disparition de la concentration résiduelle de désinfectant constitue une indication immédiate de la pénétration de matières oxydables dans le réseau ou d'une défaillance du traitement. Il est donc recommandé de maintenir une concentration résiduelle de désinfectant dans tout le réseau et de la surveiller tous les jours. Les concentrations résiduelles minimales de désinfectant à maintenir sont déterminées par l'autorité compétente et peuvent varier selon les secteurs de compétence. On reconnaît toutefois qu'un excès de désinfectant peut causer des problèmes de goût et d'odeur. Dans de tels cas, l'autorité compétente peut donner des conseils sur le type et la concentration résiduelle de désinfectant nécessaires pour garantir l'innocuité microbiologique de l'eau. Lorsque la concentration résiduelle mesurée à un point d'échantillonnage est inférieure à celle qu'exige l'autorité compétente, il faut prélever un nouvel échantillon immédiatement. Si cet échantillon donne lui aussi un résultat insatisfaisant, il faut purger la conduite et poursuivre l'échantillonnage jusqu'à ce que l'on obtienne une concentration satisfaisante. Si l'on ne parvient pas à rétablir la concentration résiduelle à la valeur minimale admissible, il faut augmenter la dose de désinfectant. Si cette augmentation ne produit aucun résultat, ou si une désinfection excessive s'impose, il faut entreprendre, en collaboration avec l'autorité compétente, une enquête sanitaire pour déterminer les sources possibles de contamination et procéder à un échantillonnage spécial pour l'analyse des coliformes. Si toutes ces mesures s'avèrent inefficaces, il faut consulter à nouveau l'autorité compétente et prendre les mesures qui s'imposent.

7.0 Méthodes d'analyse pour la détection d'E. coli

On utilise actuellement trois méthodes différentes pour détecter la présence d'E. coli dans l'eau : la méthode présence-absence (P-A), qui est une méthode qualitative, ainsi que la filtration sur membrane (FM) et la fermentation multitube (FMT), qui sont des méthodes quantitatives. La 20^e édition de Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA et coll., 1998) présente une description détaillée de chacune de ces méthodes, brièvement présentées ci-dessous.

Les trois méthodes de détection reposent sur la culture pour détecter ou confirmer la présence d'E. coli. On peut classer les milieux de culture en deux catégories : les milieux contenant des enzymes bactériennes, destinés à détecter et à confirmer spécifiquement la présence de la bactérie en une seule étape (Feng et Hartman, 1982; Ley et coll., 1988) et les milieux de détection de la présence présumée de coliformes, qui exigent une deuxième étape pour confirmer la présence d'E. coli.

Les méthodes qui servent à détecter et à confirmer la présence d'E. coli en une seule étape utilisent la β-glucuronidase, enzyme constitutive particulière que l'on trouve dans E. coli, Shigella spp. et certaines Salmonella spp., mais rarement dans d'autres coliformes (Manafi et coll., 1991). Les méthodes les plus répandues utilisent l'activité de la β-glucuronidase provoquée par E. coli pour hydrolyser le 4-méthylumbelliféryl-β-D-glucuronide en 4-méthylumbelliférone, qui produit une fluorescence sous les rayons UV à ondes longues (Feng et Hartman, 1982). Les méthodes fondées sur les enzymes offrent un avantage particulier, puisqu'elles ne nécessitent pas une étape de confirmation. Certaines d'entre elles, telles que les méthodes qui utilisent des substrats définis, inhibent la croissance des bactéries non coliformes, qui ne peuvent donc pas nuire à la récupération des coliformes. Dans les méthodes à substrats définis, seul le micro-organisme cible, E. coli en l'occurrence, peut trouver des nutriments vitaux dans le milieu employé (Rompré et coll., 2002). Pour ces raisons, il faut en encourager l'utilisation. L'Environmental Protection Agency des États-Unis a approuvé diverses méthodes fondées sur les enzymes comme moyen acceptable de détecter la présence d'E. coli dans l'eau potable (EPA des États-Unis, 1992). On a également mis au point des méthodes fondées sur les enzymes pour le dénombrement simultané des coliformes totaux et d'E. coli (Edberg et coll., 1988).

Les milieux qui servent à détecter la présence présumée de coliformes, comme le bouillon de lauryl tryptose, les milieux m-Endo ou EC (APHA et coll., 1998), ne peuvent distinguer les colonies d'E. coli de celles d'autres types de coliformes. C'est pourquoi une étape de confirmation s'impose. Il y a plusieurs façons de confirmer la présence d'E. coli (APHA et coll., 1998). L'épreuve classique de l'« IMViC », par exemple, utilise des réactions biochimiques pour distinguer les membres du groupe des coliformes. Pour effectuer le test, il faut divers milieux réactifs disponibles en préparations commerciales. On peut également confirmer la présence d'E. coli en soumettant l'échantillon positif révélant la présence de coliformes à une analyse fondée sur les enzymes (APHA et coll., 1998). Les principaux inconvénients des milieux de détection de la présence présumée de coliformes sont la nécessité de passer par une étape de confirmation, ce qui exige plus de temps pour terminer les analyses, et le fait que des bactéries non coliformes peuvent nuire à la récupération.

Toutes les analyses de détection d'E. coli doivent être effectuées conformément aux instructions des autorités compétentes. Dans de nombreux cas, celles-ci recommandent ou exigent le recours à des laboratoires accrédités. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'utiliser d'autres moyens, comme les laboratoires non accrédités ou les trousses d'essai commerciales, pour analyser les échantillons rapidement. À des fins de contrôle de qualité, des échantillons de validation doivent alors être envoyés à des laboratoires accrédités pour y être analysés; si cela n'est matériellement pas possible, il faut procéder à l'analyse d'échantillons supplémentaires à l'aide de la trousse d'essai. Les conditions de l'échantillonnage de validation doivent être définies par les autorités compétentes. De plus, toutes les trousses d'essai utilisées doivent remplir les conditions minimales de précision et de détection (sensibilité) requises; de même, l'opérateur doit s'assurer que le matériel est régulièrement étalonné et que les trousses d'essai sont utilisées avant leur date de péremption.

7.1 Méthode présence-absence

La méthode P-A a été conçue comme un moyen plus sensible, économique et efficace pour analyser des échantillons d'eau potable (Clark et Vlassoff, 1973) C'est une méthode que beaucoup de secteurs de compétence privilégient actuellement pour vérifier l'innocuité bactériologique (absence d'E. coli) des approvisionnements publics en eau potable. Il s'agit essentiellement d'une modification de la technique FMT (voir la section 7.3 ci-dessous) au cours de laquelle on utilise une seule bouteille d'analyse par échantillon. Cette méthode peut servir avec les milieux à base d'enzymes, tels que les milieux à substrat défini, ou avec les milieux de détection de la présence présumée de coliformes (p. ex., bouillon de lauryl tryptose), qui nécessitent une étape de confirmation. On a mis au point des trousses d'essai commerciales qui utilisent des méthodes à substrat défini. Les études effectuées sur l'efficacité des tests commerciaux comparativement aux méthodes FMT et FM classiques ont montré que les trousses commerciales étaient généralement aussi sensibles que la méthode FMT pour détecter la présence d'E. coli, et parfois plus sensibles pour détecter celle de coliformes totaux (Rompré et coll., 2002). De même, les données disponibles démontrent que les milieux à substrat défini peuvent détecter les coliformes ayant subi des lésions dans les 24 heures (Edberg et Edberg, 1988).

Des tests comparatifs fondés sur des milieux à base de lactose ont révélé que la méthode P-A était au moins aussi sensible que les techniques FM et FMT pour la récupération à la fois des coliformes totaux et d'E. coli (Clark, 1980; Jacobs et coll., 1986; Pipes et coll., 1986; Clark et El-Shaarawi, 1993) et qu'il fallait le même temps pour obtenir des résultats. Sur le plan technique, le test P-A est plus simple que les méthodes FM et FMT, car il faut moins d'une minute pour analyser chaque échantillon; de plus, puisque la concentration admise d'E. coli dans l'eau potable est d'aucun micro-organisme par 100 ml, les résultats qualitatifs suffisent pour protéger la santé publique.

7.2 Filtration sur membrane

On a adopté la technique FM pour l'analyse bactériologique de l'eau en 1951 après que l'on a démontré qu'elle pouvait donner des résultats comparables à ceux de la méthode FMT (Clark et coll., 1951; Goetz et Tsuneishi, 1951). Lorsqu'on utilise cette technique, on fait passer l'échantillon d'eau dans un filtre qui retient les bactéries. On dépose ensuite le filtre sur un milieu standard de détection de la présence présumée de coliformes ou sur un milieu contenant l'enzyme β-glucuronidase (Dufour et coll., 1981; Ciebin et coll., 1995) et l'on fait incuber. On a reconnu rapidement les avantages de cette technique, car elle permet d'analyser des volumes d'eau plus importants. Elle offre une sensibilité et une fiabilité plus grandes tout en réduisant considérablement le temps, la main-d'oe;uvre, le matériel, l'espace et les fournitures nécessaires. La technique FM demeure, dans certains secteurs de compétence, la méthode de choix pour le dénombrement régulier des coliformes dans l'eau potable. Utilisée avec un milieu contenant l'enzyme β-glucuronidase, cette méthode est un moyen efficace de dénombrer E. coli dans l'eau, mais elle ne règle pas de façon satisfaisante les problèmes reliés à la présence de bactéries non cultivables (dont il est question ci-dessous) (Rompré et coll., 2002). Une gélose commerciale est disponible pour les dénombrements réguliers.

La technique FM pose toutefois quelques problèmes. Le principal problème de cette méthode et des techniques fondées sur l'utilisation de milieux sélectifs qui engendrent un stress (c.-à-d. des milieux contenant des produits chimiques inhibiteurs des organismes non visés), c'est qu'elles ne permettent pas de dénombrer les coliformes qui ont subi des lésions sublétales (par chloration, p. ex.) à l'usine de traitement ou dans le réseau de distribution. De tels résultats faussement négatifs peuvent inciter à accepter de l'eau dont la qualité pourrait être dangereuse. Même s'il se peut que les organismes soumis à des stress ne se reproduisent pas dans certains milieux, ils peuvent se rétablir par revivification. Des milieux de récupération améliorée comme m-T7 (LeChevallier et coll., 1983) ou l'ajout de substances comme la catalase et le pyruvate de sodium à des milieux m-Endo ou m-FC (Calabrese et Bissonnette, 1990) ont amélioré la détection des coliformes soumis à des stress en général. Comme ces milieux ne sont pas spécifiques pour E. coli, des étapes supplémentaires de confirmation s'imposent toujours. Pour éviter le recours à une étape de confirmation, on peut ajouter des substrats tels que le 4-méthylumbelliféryl-β-D-glucuronide à des milieux, sélectifs ou non sélectifs, de détection des coliformes. Comme décrit plus haut, l'enzyme β-glucuronidase produite par E. coli agit sur le substrat, qui se scinde en donnant un produit fluorescent visible sous les rayons UV.

La turbidité élevée de l'eau peut également nuire à la technique FM. La rétention de particules par le filtre peut nuire à l'apparition de colonies et à la production de brillance ou de fluorescence en surface produite par la présence présumée de coliformes ou d'E. coli. De même, des concentrations de bactéries hétérotrophes qui dépassent 500 unités formant colonies (ufc) par millilitre peuvent nuire à la récupération des coliformes lorsqu'on utilise des milieux standard pour la détection de la présence présumée de coliformes (Geldreich et coll., 1972; Clark, 1980; Burlingame et coll., 1984), même si l'on ajoute l'enzyme β-glucuronidase. Dans la plupart des sources d'approvisionnement en eau où l'on maintient une concentration résiduelle de chlore total de 0,2 mg/L, la concentration des bactéries hétérotrophes n'atteint pas 500 ufc/ml. Traditionnellement, dans certains secteurs de compétence, on a utilisé le dénombrement des colonies secondaires sur membrane filtrante pour coliformes totaux comme substitut commode et peu coûteux de la numération des bactéries hétérotrophes. Le dénombrement des colonies secondaires ne doit plus être employé comme substitut de la numération des bactéries hétérotrophes, mais peut être utile pour déterminer l'existence d'interférences nuisant à la récupération des coliformes lors de l'utilisation de milieux de détection de la présence présumée de coliformes. Le document Recommandations pour la qualité de l'eau potable au Canada : document technique - Les bactéries hétérotrophes (Santé Canada, 2006b) contient d'autres renseignements sur la numération des bactéries hétérotrophes et des colonies secondaires, ainsi que sur l'importance pour la santé publique de leur présence dans l'eau potable. Il convient aussi de signaler que même si cette méthode est quantitative, l'agglutination d'E. coli peut faire sous-estimer les concentrations. Comme il ne devrait pas y avoir d'E. coli dans l'eau potable traitée, les sous-estimations des concentrations ne sont pas aussi préoccupantes que les résultats faussement négatifs.

7.3 Fermentation multitube

Dans la technique FMT, on ajoute de l'eau à analyser, diluée à un coefficient de 10, dans des éprouvettes contenant les milieux appropriés (5 ou 10 éprouvettes par dilution) et l'on fait incuber. On peut utiliser aussi bien des milieux à base d'enzymes que des milieux de détection de la présence présumée de coliformes. Il ne devrait pas être nécessaire de diluer l'eau potable parce qu'on s'attend à ce que les valeurs de dénombrement soient faibles. On a mis au point des trousses commerciales utilisant des méthodes enzymatiques pour la technique de fermentation multitube (Rompré et coll., 2002). Les résultats sont exprimés sous forme de nombre le plus probable (NPP). Le NPP représente une estimation statistique seulement du nombre de bactéries qui, plus probablement qu'un autre, donnerait les résultats observés. Il ne s'agit pas du nombre réel de bactéries présentes. Les études réalisées sur l'efficacité des tests commerciaux comparativement aux méthodes FMT et FM classiques ont montré que les trousses commerciales étaient généralement aussi sensibles que la méthode FMT pour détecter la présence d'E. coli, et parfois plus sensibles pour détecter celle de coliformes totaux (Rompré et coll., 2002).

Comme dans le cas de la méthode FM, les densités élevées de non-coliformes et la nature inhibitrice de certains milieux de détection de la présence présumée de coliformes par la méthode FMT peuvent avoir un effet indésirable sur la détection d'E. coli. On a démontré, par exemple, que beaucoup de bactéries hétérotrophes inhibaient la détection d'E. coli (Waksman, 1941; Hutchison et coll., 1943; Means et Olson, 1981). La récupération de coliformes à partir d'éprouvettes FMT où il n'y a pas de production de gaz a démontré la présence de composés inhibiteurs dans les milieux FMT (Evans et coll., 1981; McFeters et coll., 1982). C'est pourquoi l'on recommande, dans l'édition actuelle des Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA et coll., 1998), de considérer que tous les tubes présentant une turbidité, qu'il y ait ou non production de gaz, indiquent la présence présumée de coliformes. Dans les deux cas, l'agglutination des coliformes peut entraîner une sous-estimation de leur concentration.

Contrairement à la méthode FM, la méthode FMT manque de précision et il faut plus de temps pour obtenir des résultats. C'est pourquoi la méthode FM l'a en grande partie remplacée pour les analyses régulières de l'eau potable effectuées au moyen de milieux de détection de la présence présumée de coliformes. La technique FMT est toutefois utilisée davantage avec des tests à base d'enzymes lorsque les conditions rendent la technique FM inutilisable - par exemple, lorsque l'eau est trouble, colorée ou très contaminée.