Lutte efficace contre le bio-encrassement dans les tours de refroidissement industrielles : biocides non oxydants et oxydants

Les biocides oxydants constituent souvent la base pratique du contrôle microbiologique des tours de refroidissement industrielles, car ils agissent rapidement et leur efficacité peut être suivie au moyen de résiduels mesurables. Les biocides non oxydants sont utiles lorsque des organismes spécifiques, des conditions d’exploitation ou un encrassement persistant nécessitent un mécanisme de traitement différent. Toutefois, aucune de ces catégories ne compense une mauvaise circulation, l’accumulation de dépôts ou un biofilm établi que les produits chimiques ne peuvent atteindre suffisamment.

Le choix ne consiste donc pas simplement à déterminer quel produit chimique élimine les microorganismes le plus efficacement. Il s’agit de choisir le traitement capable de fournir une concentration efficace pendant une durée suffisante aux surfaces à protéger, sans entraîner de problèmes inacceptables de corrosion, de compatibilité, de rejet ou de sécurité.

Le biofilm change la définition d’un « contrôle efficace »

Dans l’eau de refroidissement, les microorganismes peuvent rester en suspension dans l’eau ou se fixer sur les échangeurs thermiques, le garnissage de la tour, les parois du bassin et les tuyauteries. Les communautés fixées produisent une matrice protectrice qui piège les nutriments et les solides en suspension. Ce biofilm réduit le transfert thermique et crée des conditions localisées susceptibles de contribuer à la corrosion influencée par les microorganismes.

Un faible nombre de microorganismes dans un échantillon d’eau de circulation ne prouve pas que ces surfaces sont propres. Un traitement peut inhiber les organismes en suspension tout en laissant subsister une population fixée capable de recoloniser le système. À l’inverse, une hausse temporaire du nombre de microorganismes dans l’eau après un nettoyage ou un traitement avec un biodispersant peut refléter la libération de matières présentes sur les surfaces plutôt qu’un simple échec du traitement.

Un contrôle efficace doit donc s’appuyer sur des données concernant à la fois l’eau et l’équipement : tendances microbiologiques, dépôts sur les surfaces, résultats d’inspection, performances de transfert thermique et suivi de la corrosion. Les résiduels chimiques attestent d’une exposition dans l’eau échantillonnée, mais pas de l’élimination du biofilm dans l’ensemble du circuit.

Biocides oxydants : action rapide, mais la chimie de l’eau est déterminante

Les produits à base de chlore, les traitements à base de brome et le dioxyde de chlore endommagent les composants cellulaires des microorganismes par oxydation. Leur action rapide et leurs résiduels mesurables les rendent utiles pour le contrôle courant, qu’ils soient appliqués en continu ou par intermittence dans le cadre d’un programme d’exploitation validé.

Ces produits chimiques ne sont pas interchangeables. Pour le chlore, l’équilibre entre l’acide hypochloreux et l’hypochlorite varie avec le pH ; lorsque le pH augmente, la proportion d’acide hypochloreux, plus efficace, diminue. En milieu modérément alcalin, la chimie du brome conserve une plus grande proportion de sa forme acide active. Le dioxyde de chlore se comporte différemment du chlore et est moins influencé par cet équilibre acido-basique, mais nécessite des dispositions spécifiques pour sa production, son suivi et sa sécurité.

La demande de l’eau peut être aussi importante que le débit d’injection nominal. La contamination organique, l’ammoniac, les métaux réduits et la biomasse accumulée peuvent consommer l’oxydant avant qu’il n’atteigne les surfaces éloignées ou fortement encrassées. Augmenter l’injection sans identifier la source de la demande peut accroître la consommation de produits chimiques sans corriger le problème sous-jacent.

La distinction entre dose et résiduel est essentielle. La dose désigne la quantité introduite dans le système ; le résiduel indique la quantité restante en un point de prélèvement et à un moment donné. Un résultat satisfaisant près du point d’injection ne prouve pas que le traitement est adéquat dans une branche mal irriguée ou sur un échangeur thermique éloigné.

Le potentiel d’oxydoréduction peut contribuer au contrôle du procédé, mais ne remplace pas universellement la mesure du résiduel propre à un oxydant donné. Sa réponse dépend du pH et de la composition globale de l’eau. Les limites de contrôle doivent être établies pour le système concerné et non reprises d’une installation sans rapport.

Biocides non oxydants : mécanismes alternatifs et exigences d’exposition

Les biocides non oxydants agissent par des mécanismes tels que la perturbation des membranes cellulaires ou l’interférence avec des processus cellulaires essentiels. Parmi les exemples utilisés dans le traitement des eaux industrielles figurent le glutaraldéhyde, les isothiazolinones, le DBNPA et certains composés d’ammonium quaternaire. Leur spectre d’action, leur stabilité, leurs exigences en matière de temps de contact et leur compatibilité varient considérablement.

Cette catégorie ne doit pas être considérée comme intrinsèquement lente à agir. Certains produits peuvent agir rapidement, tandis que d’autres nécessitent une exposition plus longue. La question pratique est de savoir si le principe actif choisi reste efficace dans les conditions de température, de pH, de charge contaminante et d’hydraulique de la tour.

Ces traitements peuvent être utiles lorsqu’un programme oxydant contrôle l’activité microbiologique dans l’eau, mais ne maîtrise pas suffisamment une population microbienne persistante. Ils peuvent également constituer une solution de remplacement lorsqu’il est incompatible avec les matériaux ou les exigences du procédé de maintenir une exposition efficace à un oxydant.

Non oxydant ne signifie ni non corrosif, ni sans impact environnemental, ni automatiquement efficace contre le biofilm. Certains principes actifs interagissent avec des produits de traitement anioniques ; certaines formulations peuvent accroître la formation de mousse ; d’autres perdent rapidement leur activité dans certaines conditions de l’eau. Le choix doit s’appuyer sur le principe actif et la formulation concernés, et non sur le nom de la catégorie.

Le temps d’exposition est particulièrement important lors d’un dosage intermittent. La purge, les fuites et les autres pertes d’eau peuvent diluer ou éliminer le traitement avant que le temps de contact requis soit atteint. Toute modification temporaire de la purge doit rester dans les limites approuvées concernant les cycles de concentration, l’entartrage, la corrosion et le contrôle des rejets.

Quelles conditions d’exploitation favorisent chaque approche ?

Un traitement combiné n’est efficace que si la séquence est adaptée

Un traitement de base oxydant associé à un traitement périodique non oxydant peut assurer un contrôle complémentaire. L’oxydant limite l’activité microbienne courante, tandis que le traitement complémentaire répond à une insuffisance de performance identifiée. Cette approche est plus justifiée que l’ajout d’un second produit au seul motif qu’un encrassement est présent.

La compatibilité doit être vérifiée avant d’établir la séquence de dosage. Un oxydant peut dégrader certains principes actifs non oxydants, réduisant ainsi la durée d’exposition utile de l’un ou des deux traitements. Des points d’injection distincts, un délai suffisant entre les ajouts ou une autre séquence validée peuvent être nécessaires. Les produits concentrés ne doivent jamais être mélangés, sauf autorisation explicite du fournisseur.

Un biodispersant peut contribuer à détacher les dépôts et à améliorer l’accès, mais il ne s’agit pas nécessairement d’un biocide. Les matières libérées doivent ensuite être éliminées par une filtration appropriée, un nettoyage ou un rejet contrôlé. Des dépôts importants et déjà établis peuvent nécessiter un nettoyage physique avant qu’un traitement chimique puisse maintenir le contrôle.

La même distinction s’applique aux polymères de contrôle de l’entartrage : disperser des particules minérales ne revient pas à contrôler l’adhésion microbienne. La compatibilité doit être vérifiée pour l’ensemble du programme, notamment les phosphonates, les dispersants polymériques, les inhibiteurs de corrosion et les antimousses. Les performances d’un produit dans une autre application ne prouvent pas qu’il convient au contrôle du biofilm dans une eau de refroidissement.

Évaluer le programme en fonction de l’exposition et de la réponse du système

Une comparaison pertinente ne peut se limiter à un résultat d’élimination obtenu en laboratoire. Les essais doivent reproduire les caractéristiques de l’eau de tour, le pH et la température de fonctionnement, les niveaux de contamination ainsi que le temps de contact réalisable. Lorsque l’encrassement des surfaces est en cause, l’évaluation doit inclure une mesure appropriée de la croissance fixée, et non se fonder exclusivement sur les organismes en suspension.

Les relevés d’exploitation doivent mettre en relation les ajouts de produits chimiques et les résiduels mesurés avec les tendances microbiologiques, les observations de dépôts et les performances de l’équipement. Les mesures d’ATP peuvent fournir un indicateur rapide de l’activité, mais les résultats dépendent des méthodes de prélèvement et d’analyse. Les méthodes de culture présentent également des limites. Des lieux et des procédures de prélèvement cohérents rendent les tendances plus utiles que des mesures isolées.

Les dénombrements bactériens généraux ne remplacent pas un programme de gestion de l’eau relatif à Legionella. L’exposition aux aérosols des tours, l’inspection, le nettoyage, le suivi et les mesures d’intervention doivent respecter les exigences locales applicables et l’évaluation des risques du site.

Les comparaisons de coûts doivent prendre en compte la concentration en principe actif, la consommation réelle, le suivi, l’équipement de dosage, la manutention, le nettoyage et les obligations relatives aux rejets, et pas seulement le prix au kilogramme. Le traitement à privilégier est celui qui maintient le contrôle sur les surfaces vulnérables dans des conditions réelles d’exploitation. Si l’exposition ne peut être maintenue ou si les dépôts restent inaccessibles, le simple remplacement des biocides ne résoudra probablement pas le problème.