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Mécanisme de la corrosion biogénique… Ou comment de minuscules bactéries peuvent détruire votre réseau

La corrosion biogénique, (souvent dit Microbiolocaly Induced Corrosion (MIC) en anglais), se produit lorsque certaines souches de bactéries colonisent les surfaces aériennes du réseau d'assainissement et produisent de l'acide sulfurique qui dissous les matériaux : bétons mais aussi acier ou fonte. Bien que microscopiques, ces bactéries peuvent causer des dommages important avec le temps.

Dans les faits, la corrosion biogénique implique de nombreuses souches de bactéries "acidophiles", c'est-à-dire des bactéries qui ont besoin d'un environnement acide pour se développer. Un mince film de Thiobacillus Thiooxidans - aussi désigné comme Thiobacillus Concretivorus il y a quelques décennies parce qu'elle "mangeait" le béton - est capable de produire suffisamment d'acide sulfurique pour corroder jusqu'à 25 mm de béton en une seule année lorsque les conditions les plus sévères sont réunies (H2S, chaleur, humidité, nutriments). Pour choisir une solution adaptée à ce problème, il est essentiel de comprendre le mécanisme de la corrosion biogénique.

Corrosion biogénique : un processus en quatre étapes impliquant deux familles de bactéries

La corrosion biogénique implique un écosystème complexe dont la source d'énergie sont les nutriments se trouvant dans les eaux usées sceptiques. La « productivité » de cet écosystème dépend des conditions de l'environnement (température ambiante, humidité relative, temps de rétention, etc.). Plus les conditions sont favorables, plus l'acide sulfurique est produit. Le fonctionnement de cet écosystème peut être résumé comme un procédé en 4 étapes présentées ci-dessous.

ÉTAPE 1 : Production de gaz H2S (hydrogène sulfuré)

Les eaux usées sont rarement corrosives. Toutefois, dans les zones immergées propice au développement de certaines bactéries anaérobiques, la décomposition de la matière organique produit de l'hydrogène sulfuré sous forme gazeuse (H2S). Durant cette première étape, le gaz H2S reste en solution dans l'effluent et la concentration s'élève dans les zones d'écoulement laminaire.

H2S : il faut des nutriments et du temps

La production du H2S gazeux dans l'effluent dépend de plusieurs paramètres : la disponibilité de matière organique, un temps pour la digérer, et une température favorable à l'activité des bactéries. La température de l'effluent n'est qu'un des paramètres contribuant à maximiser l'efficacité des bactéries à transformer la matière organique. La corrosion biogénique peut être un problème même dans les villes au climat froid.

La production du gaz H2S par les bactéries anaérobies dans l'eau usée dépend de plusieurs paramètres : la disponibilité de la matière organique, un temps suffisant pour la digérer et une température favorable à la croissance des bactéries. La température de l'effluent est seulement l'un des paramètres contribuant à maximiser l'efficacité des bactéries à transformer la matière organique. La corrosion biogénique peut être un problème même dans les villes au climat froid car la température des effluents est surtout influencée par les usages domestiques et industriels quotidiens. Les réseaux dans les zones avec une forte saisonnalité de la population - zones balnéaires - peuvent fortement souffrir en raison des temps de rétention beaucoup plus long pendant les périodes creuses. Les zones avec peu de dénivelé rendent plus difficile l'établissement de pentes suffisantes à un bon écoulement, donnant ainsi plus de temps aux bactéries pour produire de l'H2S.

Release of H2S gas in the areas above the flow line

ÉTAPE 2 : Dégazage de l'H2S dans les parties aériennes

Tôt ou tard, l'H2S dissous s'échappe de l'effluent, soit parce que la concentration de gaz dissous dépasse le point de saturation du liquide, soit à cause des turbulences de l'écoulement causées par les changements de direction dans les regards, lors du pompage ou à l'usine d'épuration. Parce que l'H2S est plus lourd que l'air, il tend à s'accumuler au-dessus de la ligne d'eau dans le réseau. Le H2S gazeux se caractérise par une odeur « d'œufs pourris » et il est responsable de « l'odeur d'égout » qu'on peut sentir à proximité des évents du réseau. L'H2S est un gaz mortel à un dosage aussi faible de 15 ppm. Cela explique pourquoi l'accès à l'espace confiné d'un réseau d'assainissement exige des mesures de sécurité spécifiques et très strictes.

Feeding acidophilic bacteria

ÉTAPE 3 : L'H2S nourrit les bactéries acidophiles

Lorsque l'H2S vient au contact du film d'humidité sur les parois du réseau, au-dessus de la ligne d'eau, une petite partie peut se combiner avec l'oxygène dissous (O2) pour former directement de l'acide sulfurique (H2SO4). Mais le processus principal est la décomposition de l'H2S en soufre élémentaire S, qui est utilisé comme source d'énergie par les bactéries de la famille Acidithiobacillus, qui rejettent du H2SO4. Cet acide sulfurique abaisse le pH du biofilm et corrode le béton. D'où l'expression de « corrosion induite par des micro-organismes ».

Thiobacillus Thiooxidans become predominant

ÉTAPE 4: Acidithiobacillus thiooxidans devient prédominant

Les bactéries acidophiles se développent dans des milieux acides. Tel qu'illustré ci-dessous, chaque souche se caractérise par un domaine de pH optimal pour assurer son activité métabolique. Avec le temps, alors que le pH de la surface s'abaisse, une nouvelle souche remplace la précédente. L'acidithiobacillus thiooxidans se développe et se multiplie jusqu'à ce que le pH atteigne environ 1. Autrement dit, elle va tenter de produire suffisamment d'acide sulfurique pour maintenir son environnement à ce point optimal. Ni le ciment Portland, ni l'acier ni la fonte ne peuvent survivre bien longtemps dans de telles conditions d'acidité. Un expert en microbiologie ajouterait qu'on retrouve dans les réseaux d'assainissement d'autres organismes vivants produisent de l'acide, comme certaines moisissures et microchampignons. Toutefois, la compréhension actuelle est que les Thiobacillus Thiooxidans demeurent la principale souche de bactérie responsable de la corrosion biogénique sévère.

Each strain has its own pH range for optimal metabolic activity