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Un traitement plasma à pression atmosphérique pour décontaminer les surfaces

La qualité et la sécurité microbiologique des aliments restent des enjeux majeurs tant sur le plan de la santé publique que sur le plan économique. A l’heure actuelle, pour éliminer et/ou inactiver la flore pathogène et d’altération, les industriels ont recours à des actions curatives souvent coûteuses et parfois agressives envers les matériaux ou équipements. Dans ce contexte, les scientifiques de l’unité Bioadhésion et hygiène des matériaux (Massy) en collaboration avec les universités de Rouen et de Yaoundé I ont cherché à optimiser un procédé physique simple, "propre", économique et utilisable en continu notamment sur des matériaux thermosensibles : une décharge électrique glissante, le "glidarc", fournissant un plasma trempé à pression atmosphérique et opérant dans l’air humide à pression atmosphérique.

ATTENTION !!! Droits d'utilisation de l'ensemble du reportage jusqu'en 06/2014.
Halle technologique de l'UMR 0782, GMPA Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires du site de Grignon, centre de Versailles-Grignon.. © ©, BEAUCARDET William
Mis à jour le 05/09/2013
Publié le 14/11/2007
Mots-clés :

Les traitements par gaz ionisés (plasma) sont actuellement très étudiés dans différents domaines d’applications (santé, industrie, matériaux…). Ils peuvent agir de manière positive en hygiène des matériaux selon deux axes : l’axe curatif, en détruisant ces microorganismes et l’axe préventif, en modifiant le matériau solide et en limitant ainsi éventuellement l’adhésion des microorganismes. La première voie est actuellement en pleine expansion notamment pour la décontamination de matériaux thermosensibles. Les chercheurs de l’Inra ont orienté leurs travaux sur l’utilisation d’un traitement plasma à pression atmosphérique pour décontaminer les surfaces.

Le glidarc : un procédé plasma simple et peu coûteux

 © Import
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L’appareil utilisé ("glidarc") est à décharge glissante ou arc rampant. Il fonctionne à pression atmosphérique et utilise l’air humide comme gaz plasmagène. La décharge glissante s’obtient en appliquant une différence de potentielle très élevée (5-10 kV) entre deux électrodes divergentes disposées symétriquement autour d’un jet gazeux d’air humide.

Un arc s’amorce au minimum d’écartement des électrodes et glisse le long de celles-ci en s’allongeant sous l’effet du flux gazeux avant qu’il n’éclate en panache et qu’un nouvel arc ne se forme. Ce panache est très riche en espèces fortement réactives qui, au contact d’une surface inerte ou biologique, peuvent la modifier. Ce sont ces espèces réactives qui sont responsables en partie des propriétés chimiques et de l’effet létal du "glidarc".

Un effet létal sur les cellules planctoniques, adhérentes et en biofilm

Si de précédentes études avaient mis en évidence l’effet létal du glidarc sur des bactéries à gram Gram négatif, c’est la première fois qu’un tel effet est démontré sur des bactéries à gram Gram positif. Appliqué à la destruction de cellules de Staphylococcus epidermidis, le traitement plasma a généré une réduction bactérienne de 6 Log en 15, 30 et 70 minutes respectivement pour les cellules planctoniques, adhérentes et en biofilm et ceci pour une distance entre la cible et les électrodes, permettant de s’affranchir de tout effet thermique. Les chercheurs ont montré que la destruction des cellules ne dépendait pas de la surface d’adhésion mais était gouvernée par l’espace entre la cible et le jet de plasma.

 

Un effet rémanent sur les cellules libres

Des études complémentaires réalisées sur une suspension bactérienne de Hafnia Alvei, (entérobactérie principalement retrouvées dans les produits carnés et laitiers et qui peut provoquer des perturbations intestinales chez l’homme), ont mis en évidence un effet rémanent du traitement sur les cellules « libres », analogue à celui qui a été préalablement observé en traitement de composés chimiques. Après arrêt de la source énergétique, l’inactivation des cellules se poursuit, même si les cellules n’ont pas été en contact direct avec le jet de plasma. Ce phénomène fait probablement intervenir des espèces chimiques réactives à longue durée de vie. Cet effet pourrait permettre de limiter les coûts énergétiques et conduire à de nouvelles perspectives dans le traitement des liquides (effluents) et des surfaces.

Une technique d’avenir

Si l’aspect non agressif (et en conséquence, non corrosif) de ce traitement sur des surfaces d’acier inoxydable est confirmé, cette technologie viendra élargir le panel d’outils utilisables pour la décontamination des matériaux.
 

*pour ioniser un gaz on utilise une source électrique qui grâce à un apport d’énergie adapté permet d’engendrer dans un gaz des électrons, des ions et surtout des espèces activées. Le gaz ionisé qui apparaît entre deux électrodes reliées à une alimentation électrique résulte de l’énergie apportée au gaz et de la pression de travail : il constitue soit un plasma thermique (ex. une torche, un pistolet, un arc) soit un plasma non thermique (ex : lampe à décharge, décharge couronne des photocopieurs). Le plasma trempé d’arc rampant possède des propriétés intermédiaires entre ces deux cas limites. Les plasmas non thermiques ou « plasmas froids » sont économiquement préférables.

Contacts scientifiques :

Murielle Naïtali – murielle.naitali@agroparistech.fr - tél. :01 69 53 64 73
Jean-Marie Herry – jean-marie.herry@jouy.inra.fr - tél. :01 69 53 64 79

UMR763 Bioadhésion et hygiène des matériaux
INRA, AgroParisTech
25, Avenue de la république
91300 Massy

En savoir plus :

  • Kamgang, J.O., Briandet, R., Herry, J.M., Brisset, J.L., and Naïtali, M. Destruction of planktonic, adherent and biofilm cells of Staphylococcus epidermidis using gliding discharge in humid air. In Journal of Applied Microbiology. 103 (2007) 621-628
  • Kamgang Youbi, G., Herry, J.M., Bellon-Fontaine, M.N., Brisset, J.L., Doubla, A., and Naïtali, M. Evidence of temporal postdischarge decontamination of bacteria by gliding electric discharges : application to Hafnia alvei. In Applied and Environmental Microbiology, vol. 73, N°15 (2007), 4791-4796
  • Ces résultats de recherche ont fait l’objet d’un travail de thèse financé par le « service de la coopération et d’action culturelle (SCAC) » de l’ambassade de France au Cameroun et réalisé par Jean-Omer Kamgang Noubissi dans le cadre d’une collaboration avec Jean-Louis Brisset (Université de Rouen) et Avali Doubla (Université Yaoundé I). Il est poursuivi dans le même cadre par le travail de thèse Georges Kamgang Youbi.