Plasma atmosphérique froid pour l’inactivation bactérienne dans l’eau du Nil et les eaux usées

Pourquoi une eau plus propre est importante

L’eau sûre soutient la santé publique, pourtant les rivières et les flux d’eaux usées transportent souvent des microbes pathogènes qui échappent aux traitements traditionnels. Cette étude explore un outil issu de la physique moderne appelé plasma atmosphérique froid, un gaz ionisé à température ambiante, pour vérifier s’il peut éliminer discrètement et efficacement les bactéries nuisibles dans l’eau du Nil et les eaux usées brutes sans ajout de produits chimiques.

Une nouvelle façon de nettoyer l’eau sale

Les chercheurs se sont concentrés sur deux groupes bactériens courants qui signalent une pollution fécale et sont parfois difficiles à éliminer : Escherichia coli, une bactérie à Gram négatif largement utilisée comme indicateur de contamination, et des espèces de Bacillus, bactéries à Gram positif formant des spores résistantes. Ils ont collecté de l’eau réelle du Nil et des eaux usées, pas seulement de l’eau de laboratoire purifiée, afin de tester les performances de cette approche dans des mélanges complexes et naturellement chargés. Leur objectif était de déterminer la rapidité avec laquelle le plasma atmosphérique froid pouvait réduire les bactéries viables et s’il pouvait fonctionner comme une étape pratique et respectueuse de l’environnement dans le traitement de l’eau.

Comment fonctionne le traitement au plasma

Dans leur dispositif, une électrode filaire mince était placée juste au‑dessus de la surface de l’eau à l’intérieur d’un tube en verre, alimentée par une alimentation haute tension ordinaire. Lorsqu’elle était mise sous tension à une tension soigneusement choisie, cela créait une décharge corona douce non thermique : un réseau de petits filaments de plasma entre le fil et l’eau. Bien que le gaz au‑dessus de la surface restât proche de la température ambiante, il se remplissait d’électrons énergétiques, d’ions et de formes réactives de l’oxygène et de l’azote de courte durée de vie. Ces particules réactives plongent dans l’eau, où elles génèrent des espèces chimiques plus durables comme le peroxyde d’hydrogène et le nitrate qui peuvent attaquer les microbes sans faire bouillir le liquide.

Ce qui est arrivé aux microbes

Pour suivre l’effet sur les bactéries, l’équipe a compté les colonies se développant sur des géloses nutritives avant et après de brèves expositions au plasma. Dans l’eau du Nil, huit minutes de traitement ont réduit le nombre de bactéries d’au moins un million de fois, jusqu’au point où aucune colonie n’apparaissait. Dans les eaux usées, six minutes suffisaient à éliminer les bactéries détectables. E. coli, Gram négatif, s’est avéré plus facile à inactiver que Bacillus, Gram positif, ce qui reflète leurs parois cellulaires plus fines et leurs couches externes moins résistantes. Lorsque les scientifiques ont suivi la croissance d’E. coli sur une journée complète, ils ont observé qu’une exposition pendant la phase de croissance active provoquait des chutes nettes de turbidité, une repousse partielle par des survivants, puis un déclin final, montrant que le plasma causait des dommages durables plutôt qu’un simple arrêt temporaire.

Modifications à l’intérieur des cellules et dans l’eau

La microscopie électronique à balayage a offert une vue rapprochée du combat entre le plasma et les bactéries. Les cellules non traitées avaient l’aspect de bâtonnets lisses, mais les cellules traitées au plasma sont devenues enfoncées, criblées, et ont fini par s’effondrer en fragments ratatinés parsemés de trous. Ces formes sont caractéristiques de dommages oxydatifs aux membranes et aux structures porteuses. Parallèlement, l’eau elle‑même a changé : sa température n’a augmenté qu’à environ 54 degrés Celsius à la surface, bien en dessous des niveaux de stérilisation thermique typiques, confirmant qu’il ne s’agissait pas d’un processus thermique. Le pH est passé d’une valeur proche de la neutralité à des valeurs acides autour de 3, et la conductivité électrique a augmenté avec la formation de nouveaux ions, ce qui correspond à l’accumulation d’espèces réactives de l’oxygène et de l’azote contribuant à l’inactivation microbienne.

Ce que cela pourrait signifier pour le traitement futur de l’eau

Pris ensemble, ces résultats montrent que le plasma atmosphérique froid basé sur la corona peut réduire fortement la contamination bactérienne à la fois dans l’eau de rivière et les eaux usées sans recourir au chlore ni à la chaleur élevée. Il endommage les cellules par des espèces chimiquement réactives et des effets électriques plutôt que par chauffage, et reste efficace même contre des bactéries relativement résistantes à Gram positif. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour adapter la méthode à grande échelle et évaluer les sous‑produits à long terme, cette étude suggère que le plasma non thermique pourrait devenir un ajout utile et écologique à la boîte à outils pour rendre l’eau potable plus sûre et traiter les eaux usées dans les régions confrontées à une pollution microbienne persistante.

Citation: El-Hossary, F.M., Noureldein, E.A., El-Kassem, M.A. et al. Cold atmospheric plasma for bacterial inactivation in Nile water and wastewater. Sci Rep 16, 15749 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52839-3

Mots-clés: plasma atmosphérique froid, désinfection de l’eau, fleuve Nil, traitement des eaux usées, inactivation bactérienne