18e Note - International Institute of Refrigeration

INSTITUT INTERNATIONAL
DU FROID
Organisation intergouvernementale
pour le développement du froid
INTERNATIONAL INSTITUTE
OF REFRIGERATION
Intergovernmental organization
for the development of refrigeration
177, boulevard Malesherbes, 75017 PARIS, France - Tél. 33-(0)1 42 27 32 35 - Fax 33-(0)1 47 63 17 98 - E-mail : [email protected] - Web : www.iifiir.org
Février 2006
18e Note d’information sur les technologies du froid
Refroidissement évaporatif et Legionella
Un risque maîtrisable grâce à de bonnes pratiques
Legionella pneumophila, l’agent responsable de la légionellose, est présent dans certains milieux aqueux. Les sources de
contamination sont les systèmes de distribution d’eau chaude (douches, etc.), les systèmes de refroidissement évaporatif tels que les
tours de refroidissement humides et les condenseurs évaporatifs, ainsi que tous les systèmes qui génèrent des gouttelettes d’eau
chaude inhalables. Les secteurs concernés sont l’industrie, le secteur commercial (hôtels, immeubles de bureaux, centres
commerciaux, etc.), la santé (hôpitaux) et le secteur résidentiel. Les conditionneurs d’air monoblocs, et plus généralement tous les
types d’équipements qui fonctionnent avec des condenseurs à air, ne peuvent en aucun cas constituer une cause de légionellose.
Legionella et légionellose
Legionella est une famille de bactéries, fréquemment présente à faible concentration dans les milieux aqueux, naturels ou créés par
l’homme. La plupart de ces bactéries ne sont pas virulentes ; toutefois, Legionella pneumophila est responsable de la légionellose, qui
se manifeste sous deux formes cliniques distinctes : la maladie du légionnaire – une forme de pneumonie (mortelle dans 10 à 20 % des
cas) – et la fièvre de Pontiac – une maladie facile à traiter, comparable à la grippe.
Prolifération
Les bactéries Legionella sont présentes dans l’eau de surface ou souterraine et dans la vase. Elles se développent dans les boues ou
dans les biofilms ; ceux-ci sont des groupes de populations microbiennes disposées en couches qui protègent les bactéries des agents
d’inactivation et constituent une source de nutriments. Sous certaines conditions, leur concentration peut augmenter de manière
significative. Les principaux paramètres physicochimiques et environnementaux qui favorisent la prolifération de Legionella sont la
stagnation de l’eau, les températures entre 25 et 45°C et certaines caractéristiques telles qu’un pH entre 5,5 et 8,5, une turbidité élevée
et une forte concentration de matières organiques. 1 Certains matériaux constituent des facteurs aggravants : par exemple les matières
plastiques, le bois et certains métaux constituent un support favorisant le développement de biofilms et donc de Legionella. 2
Transmission
La plupart des données sur la transmission de Legionella sont obtenues suite à des épidémies, ce qui laisse penser que, dans la
majorité des cas, la transmission à l’homme se produit lorsque l’eau qui contient l’organisme est fragmentée en gouttelettes
respirables (de 1 à 5 μm), qui sont ensuite inhalées par un sujet prédisposé. 3 Les facteurs qui prédisposent à cette maladie sont l’âge et
l’état de santé : les personnes âgées et les fumeurs, les personnes atteintes de maladies respiratoires chroniques ou les personnes sous
traitement immunodépresseur sont les plus exposées. La contamination se produit normalement dans un rayon de 1 à 1,5 km. L’eau
est essentielle pour la survie des bactéries ; si l’air est sec, l’eau s’évaporera et Legionella ne survivra pas. 4 Dans les poumons, les
légionelles transmises sont absorbées par les cellules du système immunitaire (macrophages), mais réussissent à se développer au sein
de ces derniers, avant de réussir à déborder les défenses du système immunitaire de la personne atteinte. La période d’incubation est
de 2 à 10 jours et un traitement aux antibiotiques se révèle généralement efficace si la maladie est diagnostiquée suffisamment tôt. Il
est difficile de distinguer la maladie du légionnaire d’autres types de pneumonie en se basant uniquement sur les symptômes.
Légionellose : cas et épidémies
Les épidémies de légionellose attirent souvent l’attention des médias ; pourtant, la maladie se manifeste très souvent au travers de cas
isolés. La première grande épidémie de légionellose, qui donna lieu à la découverte de la bactérie, est survenue en 1976 à
Philadelphie, aux États-Unis, lors d’une convention de légionnaires américains, pendant laquelle 200 personnes contractèrent une
forme de pneumonie inconnue jusque là ; 40 congressistes en décédèrent. Depuis, de nombreuses épidémies ont été enregistrées : en
2005, 734 cas ont étés signalés dans 31 pays européens, avec d’importantes fluctuations d’un pays à l’autre, selon le Groupe de travail
européen sur Legionella.5 Par exemple, l’Allemagne n’a déclaré aucun cas tandis que l’Espagne en a déclaré 26, les Pays-Bas ont
déclaré 133 cas, la France 156 et le Royaume-Uni 170. Il existe très peu de statistiques pour le Japon et l’Asie du Sud-Est, mais en
2000 il y avait 65 cas rapportés à Singapour.6 Aux Etats-Unis, les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) estiment que
10 000 à 15 000 personnes sont atteintes chaque année de la maladie du légionnaire ; cependant, seulement environ 10 % des cas sont
déclarés.7 A l’évidence, l’homogénéisation des règles gouvernant l’enregistrement et le recouvrement des cas de légionellose
constituent des questions importantes à définir.
Un enchaînement de circonstances et d’erreurs doivent se conjuguer pour qu’une épidémie de légionellose puisse avoir lieu : il faut
qu’une source de Legionella soit présente et que celle-ci soit amplifiée, disséminée et transmise à une personne prédisposée. Ces
dernières conditions peuvent être facilitées par une conception d’installation défectueuse et des pratiques d’entretien inadaptées.
Cette note se concentre sur les principaux équipements faisant appel au refroidissement évaporatif, qui est le seul type de processus
frigorifique susceptible d’être à l’origine de cas de légionellose : les tours de refroidissement et les condenseurs évaporatifs.
Tours de refroidissement et condenseurs évaporatifs
Principes de fonctionnement
Le cycle frigorifique à compression de vapeur est souvent utilisé dans les processus industriels, le conditionnement d’air ou la
production du froid afin de refroidir de l’air ou de l’eau et de traiter des fluides. Il génère également de la chaleur par les condenseurs,
et cette chaleur est rejetée dans l’environnement soit par de l’eau, soit par de l’air. Plus la température de rejet est basse, moins
l’installation consomme d’énergie. La température de l’eau ou de l’air permettant de refroidir le condenseur doit donc être la plus
basse possible. Le refroidissement évaporatif est un procédé qui permet de refroidir l’eau, utilisée comme agent de refroidissement
dans le condenseur, à une température plus basse. Ce mode de refroidissement est donc, de par son principe, plus performant. Il existe
3 catégories principales de dispositifs de refroidissement évaporatifs :
• les tours de refroidissement à circuit ouvert (Figure 1) sont des systèmes permettant le transfert de chaleur par évaporation dans
lesquels l’air atmosphérique refroidit l’eau chaude par contact direct entre l’eau et l’air permettant l’évaporation d’une partie de
l’eau ;
• les tours de refroidissement à circuit fermé (Figure 2) sont très similaires aux tours de refroidissement classiques à circuit ouvert.
La différence entre les deux réside dans le fait que l’eau destinée au refroidissement circule à l’intérieur de serpentins. L’eau
chaude à l’intérieur des serpentins est refroidie par de l’eau pulvérisée au-dessus des serpentins, pendant que de l’air est soufflé
ou aspiré par des ventilateurs. Ici encore, une partie de l’eau pulvérisée est vaporisée, ce qui amplifie le phénomène de
refroidissement.
Il existe également des tours hybrides qui combinent les deux technologies (refroidissement à circuit fermé et ouvert).
On appelle ces 3 types de tours (circuit ouvert, circuit fermé et hybride) des tours de refroidissement humides.
Figure 1. Tour de refroidissement à circuit ouvert
Figure 2. Tour de refroidissement à circuit fermé
Figure 3. Condenseur évaporatif
•
les condenseurs évaporatifs (Figure 3) s’apparentent aux tours de refroidissement à circuit fermé. La différence est, qu’au lieu de
l’eau, c’est le frigorigène à l’intérieur des serpentins qui est refroidi directement et se condense.
Il existe encore un autre type de tour de refroidissement (non évaporatif) – appelé tour de refroidissement sèche – qui fonctionne
avec un condenseur refroidi à l’air. Etant donné qu’il n’y a pas de pulvérisation d’eau dans l’air, il n’existe pas de risque de
transmission de Legionella avec ce type de tour. Cependant, les tours de refroidissement sèches ont des puissances frigorifiques
moindres que celles des tours de refroidissement humides, à surface de transfert de chaleur égale. Ceci explique leur utilisation
limitée, en général, aux installations frigorifiques de faible puissance.
Avantages associés aux tours de refroidissement humides et aux condenseurs évaporatifs
Le refroidissement évaporatif – utilisé dans les tours de refroidissement humides et dans les condenseurs évaporatifs – offre plusieurs
avantages sur les plans environnemental et économique. En particulier, la consommation d’énergie des systèmes utilisant ce principe
est plus faible que celle des condenseurs à air.
Le fonctionnement des systèmes de refroidissement évaporatif est basé sur les principes suivants :
• le rejet de l’essentiel de la chaleur grâce à la chaleur latente de vaporisation très élevée de l’eau (le processus de vaporisation de
l’eau provoque l’absorption de chaleur) ;
•
le processus de refroidissement évaporatif est fondé sur la température de bulbe humide de l’air ambiant, alors que les systèmes
de refroidissement d’air sont basés sur la température de bulbe sec de l’air ambiant. La température de bulbe humide est,
généralement, inférieure de 8 à 12°C à la température de bulbe sec. Chaque augmentation de 1°C de la température de rejet
permet une réduction de la consommation d’énergie de 1 à 3 %. Ainsi, les systèmes de refroidissement évaporatif permettent
jusqu’à 20 % d’économie d’énergie par rapport aux condenseurs refroidis à l’air ;
• l’eau est recyclée, ce qui permet une diminution de 95 % de l’eau consommée par rapport à un processus de refroidissement à eau
perdue. La nécessité de purge, pour maintenir une concentration de minéraux acceptable dans le système, entraîne toutefois une
faible consommation d’eau.
En conclusion, le refroidissement évaporatif permet de générer moins d’émissions de CO2 et une plus faible consommation d’eau que
les condenseurs à eau perdue et permet d’obtenir une efficacité thermique élevée à des coûts restant attractifs.
Risques associés aux tours de refroidissement humides et aux condenseurs évaporatifs
Les tours de refroidissement à circuit ouvert et, dans une moindre mesure – grâce à un volume d’eau moins important et un circuit
plus court – les tours de refroidissement à circuit fermé ainsi que les condenseurs évaporatifs, peuvent permettre le développement de
concentrations infectieuses de Legionella. Elles peuvent créer des conditions favorables au développement et à la dissémination des
bactéries, dans la mesure où la température de l’eau dans une tour de refroidissement est habituellement entre 29 et 35°C et où la
matière organique et d’autres débris peuvent s’accumuler facilement à l’intérieur. Ces matières peuvent donc servir de nutriment et
divers biofilms peuvent également être présents sur la surface des systèmes. En outre, des gouttelettes d’eau sont produites dans ces
systèmes et constituent un risque potentiel de dissémination de Legionella. Afin d’éliminer ces gouttelettes, des séparateurs de
gouttelettes sont incorporés. Cependant, malgré de grands progrès, certaines gouttelettes (inférieures à 5 μm) peuvent quitter le
système par le biais de l’air saturé extrait (cf. Figures 1 et 2).8
Les tours de refroidissement ont été impliquées en tant que sources principales ou secondaires d’un bon nombre d’épidémies de
legionellose et les études montrent que des Legionella sont souvent présentes dans les installations de ce type. Toutefois, des tours de
refroidissement correctement entretenues et contrôlées n’ont jamais été impliquées dans des épidémies de légionellose. Comme cela a
été démontré ci-dessus, les condenseurs évaporatifs présentent beaucoup moins de risques que les tours de refroidissement humides, et
ne présentent quasiment aucun risque dans les pays situés dans des latitudes élevées car la température de bulbe humide y dépasse
rarement 22°C.
Minimisation du risque par la conception et la maintenance
Conception et installation
Plusieurs éléments doivent être pris en compte lors de la conception et l’installation de systèmes de refroidissement évaporatif (tours
de refroidissement et condenseurs évaporatifs) :
• un accès facile et sûr aux systèmes de refroidissement doit être prévu pour permettre le prélèvement d’échantillons ;
• la conception du système doit faciliter la maintenance et le nettoyage réguliers ;
• la tour de refroidissement doit être située le plus loin possible de l’arrivée d’air frais ; le système ne doit pas être situé dans des
zones qui pourraient constituer des sources de matière organique, comme des ventilateurs d’aspiration des cuisines ; la direction
du vent dominant doit être prise en compte et l’installation ne devrait jamais être en amont d’espaces publics extérieurs ; les
constructions futures doivent également être anticipées ;
• des séparateurs de gouttelettes doivent être installés afin de diminuer la dissémination de gouttelettes d’eau dans l’air extrait des
tours de refroidissement.9 Des séparateurs de gouttelettes très efficaces permettant de réduire la transmission à moins de 0,001 %,
sont désormais disponibles.4 Ces derniers doivent être installés de façon à faciliter l’inspection, le nettoyage et la maintenance ;
• des mesures pour traiter l’eau au sein du système doivent être mises en oeuvre ; ce dispositif de traitement d’eau doit permettre un
contrôle du tartre, de l’encrassement, de la corrosion et du développement d’organismes microbiens, tout en étant situé de
manière à permettre son inspection et sa maintenance.
Maintenance
Un programme de maintenance préventive efficace est primordial pour détecter les Legionella dans les systèmes de refroidissement
évaporatif. Ces programmes comprennent le suivi et le traitement des taux microbiens dans les systèmes d’alimentation d’eau,
l’inspection régulière des différents composants du système de refroidissement (les prises d’air, les refroidisseurs d’air évaporatifs et
les ventilateurs), ainsi qu’un suivi périodique de l’efficacité du programme de traitement d’eau, le tout devant être surveillé par un
expert qualifié qui enregistre toutes les opérations de maintenance dans un cahier d’entretien.
Bien que l’on ne puisse pas complètement éliminer tous les risques, étant donné que Legionella est omniprésente dans les
environnements aqueux, il existe un certain nombre de précautions essentielles, à la fois techniques et liées à la gestion, qui, si elles
sont correctement appliquées, minimiseront le risque d’infection par des Legionella. Toute personne impliquée dans la conduite et la
maintenance de l’installation doit avoir reçu une formation adaptée et être pleinement consciente de ses attributions. Les
responsabilités doivent être bien définies, comme le montrent les 4 décès survenus à Barrow-in-Furness au Royaume-Uni : les
employés municipaux ont dû répondre à des accusations d’homicide involontaire car, selon la loi britannique, l’employeur est dans
l’obligation de garantir la sécurité des installations d’eau.10 Un programme d’évaluation des risques et de gestion doit définir les
mesures mises en œuvre pour assurer le bon fonctionnement et pour gérer les urgences ; il doit être mis à jour tous les deux ans et
toutes les opérations doivent être enregistrées pour assurer une transparence totale.
Outils de prévention facultatifs et obligatoires
Etant donné les conséquences pour la santé publique d’une épidémie de légionellose, il faut renforcer les actions préventives dans les
secteurs industriel, commercial et des services par une sensibilisation au problème.
Guides de bonnes pratiques
Beaucoup de guides de bonnes pratiques ont étés développés. Ils donnent des conseils pratiques sur les risques de Legionella par
toutes les sources possibles ainsi que sur les moyens d’éviter ces risques. Des guides appropriés doivent être mis à la disposition de
tous les propriétaires, les opérateurs, les concepteurs, les installateurs et le personnel assurant l’entretien des installations. L’American
Good Practice Guidelines (Guide américain de bonnes pratiques), publié pour la première fois par ASHRAE en 1981 et mis à jour en
2000, constitue une référence. Ce guide fournit les lignes directrices en termes de fonctionnement et d’environnement pour un
fonctionnement sûr des installations d’eau des immeubles, y compris les tours de refroidissement et les condenseurs évaporatifs, afin
de minimiser le risque d’infection par des Legionella. Néanmoins, plusieurs études ont montré que la prise en compte de ces guides de
bonnes pratiques est souvent insuffisante. Par exemple, au Royaume-Uni, le Bureau pour l’Hygiène et la Sécurité (Health and Safety
Executive) a examiné plus de 600 locaux entre 1997 et 1999 et a conclu que malgré des nettoyages et un suivi réguliers, la gestion de
l’eau était insuffisante, l’accès à la tour de refroidissement était difficile et les responsabilités du personnel étaient mal définies.4
Réglementations
Suite aux épidémies de légionellose, on observe souvent que malgré la mise à disposition de guides de bonnes pratiques, ces dernières
ne sont pas suivies strictement, ce qui a souvent donné lieu à l’introduction de réglementations particulières. Celles-ci imposent
souvent une déclaration et l’enregistrement de toutes les opérations de maintenance pour les installations fonctionnant avec des tours
de refroidissement. En France et en Espagne, où des épidémies sont apparues plus tard qu’ailleurs, des réglementations concernant la
conception et surtout la maintenance des installations ont été introduites. Parmi les dispositions de ces réglementations figurent des
analyses d’eau plus strictes, une déclaration obligatoire pour toutes les tours de refroidissement, ce qui est un aspect important pour la
traçabilité et l’attribution des responsabilités relatives à toutes les opérations effectuées.6 Des réglementations ont été mises en place
plus tôt dans d’autres pays où il y a eu plusieurs épidémies. Par exemple, l’Australie a adopté, en 1988 et en 1989 respectivement, un
code et une norme sur la gestion des tours de refroidissement qui ont été rendus partiellement obligatoires par la loi en 1991.11
Conclusion
Bien qu’elle soit présente dans la plupart des milieux aqueux, Legionella ne provoque généralement pas d’infection même si les
épidémies de légionellose sont relativement répandues à l’échelle mondiale. Les épidémies résultent souvent de plusieurs petites
erreurs simultanées et, dans beaucoup de cas, leur origine précise n’est pas connue. Les tours de refroidissement à circuit ouvert et,
dans une moindre mesure, les tours de refroidissement à circuit fermé et les condenseurs évaporatifs, sont des sources potentielles de
contamination par Legionella et ils peuvent agir comme facteurs amplificateurs et disséminateurs de la bactérie. Néanmoins, les tours
de refroidissement et les condenseurs évaporatifs, s’ils sont bien entretenus et s’ils subissent des contrôles réguliers, ne présentent
qu’un risque extrêmement faible. Dans la majorité des pays, il existe des guides et des réglementations qui contribuent à minimiser le
risque associé à ce type d’équipements. Tous les systèmes de refroidissement évaporatif doivent respecter les recommandations
existantes et un responsable en charge de l’hygiène de l’eau et de la maintenance de l’installation doit être désigné. Des procédures de
conception, de fonctionnement et de maintenance visant à minimiser les risques doivent être établies. Ces procédures doivent prévoir
un séparateur de gouttelettes efficace, un programme de gestion d’eau et de dosage de biocide, ainsi que le nettoyage et la
maintenance régulières du système. Malgré ces contraintes, les systèmes de refroidissement évaporatif restent attractifs grâce à leur
efficacité énergétique élevée. Et ceci est et restera un critère de choix essentiel.
Recommandations de l’IIF
Les systèmes de refroidissement évaporatifs – en particulier les tours de refroidissement à circuit fermé et les condenseurs évaporatifs
– permettent d’importantes économies d’énergie. Le risque de dissémination de Legionella associé à ces systèmes est très faible et les
installations correctement entretenues ne présentent quasiment aucun risque. En particulier, les tours de refroidissement et les
condenseurs évaporatifs nécessitent un nettoyage régulier et la mise en œuvre d’un traitement bactéricide. Ceci conduit aux
recommandations suivantes :
• un inventaire de toutes les installations, établi selon une typologie préétablie, doit être élaboré et mis à jour de façon continue ;
• toute personne impliquée dans la conception, le fonctionnement et l’entretien des installations doit être formée dans ce domaine
et suivre rigoureusement les guides de bonnes pratiques mis à sa disposition ;
• les propriétaires et les opérateurs doivent être incités à contrôler l’installation et doivent être pleinement conscients de leurs
responsabilités ;
• des réglementations spécifiques pour combattre ce risque doivent être envisagées là où l’application systématique de bonnes
pratiques n’est pas effective. En outre, les réglementations et les guides de bonnes pratiques doivent être harmonisés à l’échelle
internationale ;
• une base de données internationale doit être créée et régulièrement mise à jour, afin d’aider les différents pays à appréhender et
prévenir les risques d’infection par Legionella. La base de données du groupe EWGLI constitue un bon point de départ, mais il
faut l’adapter et l’améliorer. Une coopération internationale est indispensable afin de partager les connaissances et les
expériences, les normes, les guides, les réglementations et les bonnes pratiques ;
• davantage d’études doivent être réalisées sur Legionella afin de définir les doses et les valeurs limites qui déclenchent la maladie,
ainsi que pour identifier les sources de Legionella, pour le grand nombre de cas de légionellose dont l’origine n’est toujours pas
connue.
1. CSTB et RISE : légionelles : état des lieux, Actes de colloques, cahier 3339, livraison 419, mai 2001.
2. Roger Cadiergues : Minimiser le risque légionellose, Sedit, 2001.
3. ASHRAE Standard : Guideline 12-2000: Minimizing the risk of legionellosis associated with building water systems, 2000.
4. Geoffrey Brundrett : Legionnaire’s disease outbreaks, Institute of Refrigeration, Proceedings 12th Annual Conference: Lethal refrigeration – How
Safe is your System? November 19, 2003.
5. The European Working Group for Legionella Infection (EWGLI): www.ewgli.org
6. Bernard Valentin, Louis Lucas : La légionellose et les appareils de refroidissement évaporatif, Climatisation, N° 1044, p 39-43, juin 2004.
7. C. Campese, B. Decludt : Les légionelloses déclarées en 2000, INVS, Bulletin Epidémiologique Hebdomadaire, N° 42, October 16, 2001.
8. David Geary : New guidelines on Legionella, ASHRAE Journal, p 44-49, September 2000.
9. Cooling Technology Institute : Definitions from legionellosis – Guideline: Best practices for control of Legionella, February 2000.
10. Barrow faces 150 claims over legionella outbreak, Heating & Ventilation News, March 2003.
11. NSW Department of Health : NSW Code of Practice for the Control of Legionnaire’s Disease, 2nd edition, June 2004.