« Une
étude démontre comment le recours à la pulvérisation affecte l'efficacité d'un désinfectant vis-à-vis Listeria sur
des surfaces en contact avec les aliments », source FSM.
•
Des chercheurs de l'Université
Cornell ont combiné des estimations de contraintes de cisaillement
issues de la modélisation informatique de la dynamique des fluides
avec des mesures expérimentales de réduction microbienne.
•
Des temps d'application plus longs,
des distances de pulvérisation plus courtes et des schémas de
pulvérisation exerçant une force physique suffisante sur les
surfaces peuvent contribuer à une meilleure réduction microbienne.
•
Les expériences mesurant l'efficacité
des désinfectants peuvent fausser les résultats de désinfection en
conditions réelles si les contraintes de cisaillement et le temps
d'application ne sont pas pris en compte.
•
Ces résultats remettent en question
l'hypothèse selon laquelle le nettoyage élimine physiquement la
contamination, tandis que la désinfection inactive principalement
chimiquement les micro-organismes restants.
•
La formation des opérateurs de
désinfection et la conception des équipements de pulvérisation
gagneraient à mieux prendre en compte l'impact du jet et les forces
de cisaillement.
Une
nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université Cornell a
démontré que la technique d'application des désinfectants et la
mécanique des fluides, notamment les contraintes de cisaillement,
peuvent influencer significativement la réduction microbienne sur
les surfaces en contact avec les aliments. Ceci suggère que les
tests d'efficacité statiques classiques peuvent ne pas refléter
fidèlement les performances des désinfectants en conditions
réelles.
Publiée
dans la revue Applied
and Environmental Microbiology,
l'étude, «Variable
fluid mechanics explain why static efficacy tests overestimate
sanitizer performance against Listeria»,
a
estimé la contrainte de cisaillement (c'est-à-dire la façon dont
un matériau réagit à une force s'exerçant sur sa surface) à
l'aide de la dynamique des fluides numérique*
(modélisation informatique permettant de simuler et d'analyser
l'écoulement des liquides). Ces estimations ont été couplées à
des mesures de réduction microbienne obtenues lors d'expériences
d'application d'hypochlorite de sodium à 100 ppm sur Listeria
innocua
présent
sur de l'acier inoxydable.
L'efficacité
du désinfectant a été analysée par pulvérisation manuelle à
l'échelle pilote, par pulvérisation contrôlée à l'échelle du
laboratoire et par immersion statique d'échantillons.
Les
chercheurs ont expliqué que les tests d'efficacité des
désinfectants ont traditionnellement mis l'accent sur l'inactivation
chimique dans des conditions statiques, par exemple par immersion de
surfaces inoculées dans du désinfectant. Or, la désinfection par
pulvérisation est un processus dynamique dans lequel des forces
physiques peuvent contribuer à l'élimination microbienne, et la
contrainte de cisaillement exercée sur une surface peut varier selon
le lieu et le mode d'application du désinfectant. La technique
d'application a eu un impact significatif sur la réduction de
Listeria.
Afin
d'évaluer la variabilité lors de l'application manuelle d'un
désinfectant, trois chercheurs spécialisés en désinfection
industrielle ont été chargés de traiter une surface en acier
inoxydable inoculée à l'aide d'un pulvérisateur sous pression
contenant 100 ppm d'hypochlorite de sodium. Les chercheurs ignoraient
l'emplacement des sites d'inoculation et n'ont reçu aucune
instruction concernant la technique d'application, hormis les
consignes de sécurité.
Chaque
opérateur a déterminé indépendamment le jet de pulvérisation, la
durée du traitement et la distance entre la buse et la surface.
Malgré une désinfection complète de la surface plane en acier
inoxydable par les trois opérateurs, les réductions microbiennes
ont varié significativement :
•
L’opérateur ayant pulvérisé
pendant six secondes à une distance de 150 cm a obtenu la plus
faible réduction, soit 1,9 ± 0,5 log UFC/surface.
•
L’opérateur ayant pulvérisé
pendant 15 secondes à 45 cm a obtenu la plus forte réduction, soit
3,7 ± 0,7 log UFC/surface.
•
Le troisième opérateur a pulvérisé
pendant 13 secondes à 75 cm et a obtenu une réduction de 2,1 ± 0,6
log UFC/surface.
À
noter que parmi les trois opérateurs,
•
La réduction moyenne était de 2,6 ±
0,4 log UFC/surface.
•
Aucun opérateur n’a atteint une
réduction de 5 log, malgré l’utilisation d’une surface plane en
acier inoxydable, facile à nettoyer et sans aspérités, et un temps
de contact du désinfectant de 120 secondes après pulvérisation.
Les résultats indiquent que des temps d'application plus longs, des
distances plus courtes entre les buses et les surfaces, ainsi que des
schémas de pulvérisation exerçant une force physique suffisante,
peuvent contribuer à une meilleure réduction microbienne.
Contribution
des contraintes de cisaillement à l'élimination physique de
Listeria
Afin
d'étudier l'influence de la mécanique des fluides sur l'efficacité
du désinfectant, les chercheurs ont mené des expériences
contrôlées à l'échelle du laboratoire à l'aide d'un
pulvérisateur fixe positionné à 38 cm de surfaces verticales en
acier inoxydable. Trois zones ont été évaluées : le point
d'impact direct du désinfectant sur la surface, une zone
immédiatement adjacente à ce point et une zone de « film de
liquide (fluid-film) » située sous le point d'impact, où le
désinfectant s'écoule le long de la surface.
La
modélisation CFD** a estimé les contraintes de cisaillement à 25
pascals (Pa) au point d'impact, à 75 Pa immédiatement adjacent et à
seulement 4 Pa au niveau du film liquide.
Après
une application de trois secondes d'hypochlorite de sodium à 100
ppm, les réductions de L. innocua variaient considérablement
selon la zone d'application. Les chercheurs ont observé des
réductions de :
•
7,5 ± 0,5 log UFC/surface au point
d’impact
•
6,4 ± 0,7 log UFC/surface
immédiatement adjacente au point d’impact
•
0,4 ± 0,1 log UFC/surface à
l’emplacement du film liquide à faible cisaillement.
La
différence entre la zone du film liquide et les deux zones proches
du point d'impact du jet était statistiquement significative.
Rôle
significatif de l'élimination physique dans la réduction
microbienne
Des
expériences utilisant uniquement de l'eau ont confirmé le rôle de
l'élimination physique. La pulvérisation d'eau a entraîné des
réductions de :
•
3,4 ± 0,6 log UFC/surface au point
d'impact
•
3,2 ± 0,5 log UFC/surface
immédiatement à côté du point d'impact
•
0,4 ± 0,8 log UFC/surface au niveau
de la zone du film de liquide.
Bien
que les différences entre les traitements à l'eau n'aient pas été
statistiquement significatives, les chercheurs ont indiqué que des
réductions supérieures à 3 log UFC dans les zones directement
exposées au jet démontraient qu'une part importante de la réduction
microbienne pouvait être attribuée à l'élimination physique
plutôt qu'à l'inactivation chimique.
Les
chercheurs ont suggéré que les écarts importants entre les zones
directement pulvérisées et celles recouvertes d'un film liquide
pourraient expliquer en partie les réductions relativement faibles
obtenues lors d'une application manuelle. Des schémas de
pulvérisation variables peuvent laisser certaines parties de la
surface sans impact direct du désinfectant, entraînant une
contrainte de cisaillement moindre et une élimination physique
réduite des cellules microbiennes.
L'application
et le temps de contact ont influencé l'efficacité du désinfectant
Une
exposition prolongée au désinfectant a amélioré la réduction
microbienne, y compris dans les zones soumises à une contrainte de
cisaillement relativement faible.
Au niveau de la
zone du film liquide :
•
Une pulvérisation de désinfectant de
trois secondes sans temps de contact supplémentaire a entraîné une
réduction de 0,4 ± 0,1 log UFC/surface
•
L'ajout d'un temps de contact de 120
secondes après la pulvérisation de trois secondes a porté la
réduction à 2,0 ± 0,1 log UFC/surface
•
La prolongation de la durée de
pulvérisation à 120 secondes, sans période de contact
supplémentaire, a porté la réduction à 6,3 ± 0,3 log
UFC/surface.
L'immersion
statique a donné des résultats différents :
•
L'immersion de coupons en acier
inoxydable inoculés dans le désinfectant pendant trois secondes a
entraîné une réduction de 2,3 ± 0,1 log UFC/surface
•
Une immersion de trois secondes suivie
d'un temps de contact de 120 secondes a entraîné une réduction de
4,4 ± 0,6 log UFC/surface
•
Une immersion de 120 secondes a
entraîné une réduction de 6,0 ± 0,1 log UFC/surface.
Les
chercheurs ont constaté que l'immersion garantissait un contact
complet et uniforme avec le désinfectant, tandis que la
pulvérisation entraînait une dynamique des fluides et une
couverture de désinfectant variables spatialement. Par conséquent,
l'efficacité mesurée à l'aide d'échantillons immergés ou de
zones exposées directement au jet peut ne pas refléter les
réductions obtenues sur l'ensemble d'une surface lors d'une
désinfection manuelle.
Principaux
enseignements et implications pour la recherche et l'industrie
Globalement,
les chercheurs ont conclu que les expériences mesurant l'efficacité
des désinfectants pouvaient surestimer ou sous-estimer les résultats
réels de la désinfection si les contraintes de cisaillement et la
durée d'application ne sont pas prises en compte.
L'étude
a également remis en question la distinction simpliste selon
laquelle le nettoyage élimine physiquement la contamination tandis
que la désinfection inactive principalement chimiquement les
micro-organismes restants. D'après les chercheurs, le détachement
physique des cellules causé par le flux de désinfectant représente
un élément important des réductions microbiennes obtenues lors de
la pulvérisation.
Les
résultats suggèrent que la formation des opérateurs de
désinfection et la conception des équipements de pulvérisation
pourraient bénéficier d'une meilleure prise en compte de l'impact
du jet et des forces de cisaillement. L'augmentation de la durée
d'application de la pulvérisation et un temps de contact suffisant
avec le désinfectant ont également été identifiés comme des
facteurs importants pour maximiser la réduction microbienne. Les
chercheurs ont souligné que l'écart entre les tests d'efficacité
contrôlés et l'application pratique a des conséquences sur
l'estimation de la réduction des risques apportée par les
programmes d'assainissement. Selon eux, une surestimation de la
réduction microbienne due au traitement désinfectant pourrait
conduire à des politiques de sécurité des aliments ne tenant pas
suffisamment compte d'autres sources de réduction microbienne au
sein des programmes de nettoyage-désinfection.
*
La dynamique des fluides numérique est une branche de la physique
qui utilise l'informatique et des méthodes mathématiques pour
simuler et analyser le le mouvement des liquides et des gaz, ainsi
que leurs interactions avec des surfaces.
**
La modélisation CFD
(Computational
Fluid Dynamics,
ou mécanique des fluides numérique) est une méthode de simulation
par ordinateur qui permet d'étudier le mouvement des fluides
(liquides et gaz) et leurs transferts de chaleur ou de masse en
résolvant les équations mathématiques de la physique.