La microbiologie de l’eau s’intéresse aux micro-organismes qui vivent dans l’eau, ou qui peuvent être transportés d’un habitat à un autre par l’eau.
L’eau peut favoriser la croissance de nombreux types de micro-organismes. Cela peut être avantageux. Par exemple, les activités chimiques de certaines souches de levures nous fournissent de la bière et du pain. De même, la croissance de certaines bactéries dans l’eau contaminée peut aider à digérer les poisons de l’eau.
Cependant, la présence d’autres microbes pathogènes dans l’eau est malsaine et peut même mettre la vie en danger. Par exemple, les bactéries qui vivent dans le tractus intestinal des humains et d’autres animaux à sang chaud, comme Escherichia coli, Salmonella, Shigella et Vibrio, peuvent contaminer l’eau si des matières fécales y pénètrent. La contamination de l’eau potable par un type d’Escherichia coli connu sous le nom de O157:H7 peut être mortelle. La contamination de l’approvisionnement en eau municipal de Walkerton, en Ontario, au Canada, au cours de l’été 2000 par la souche O157:H7 a rendu malades 2 000 personnes et en a tué sept.
Le tractus intestinal des animaux à sang chaud contient également des virus qui peuvent contaminer l’eau et provoquer des maladies. Les exemples incluent le rotavirus, les entérovirus et le coxsackievirus.
Un autre groupe de microbes préoccupants en microbiologie de l’eau sont les protozoaires. Les deux protozoaires les plus préoccupants sont Giardia et Cryptosporidium. Ils vivent normalement dans le tractus intestinal d’animaux tels que le castor et le cerf. Au cours de leur cycle de vie, Giardia et Cryptosporidium forment des formes dormantes et résistantes appelées kystes. Les formes kystes sont résistantes au chlore, qui est la forme la plus populaire de désinfection de l’eau potable, et peuvent passer à travers les filtres utilisés dans de nombreuses usines de traitement de l’eau. S’ils sont ingérés dans l’eau potable, ils peuvent provoquer des diarrhées débilitantes et prolongées chez l’homme, et peuvent mettre en danger la vie des personnes dont le système immunitaire est affaibli. La contamination par le cryptosporidium de l’eau potable de Milwaukee, dans le Wisconsin, en 1993 a rendu malades plus de 400 000 personnes et en a tué 47.
De nombreux micro-organismes se trouvent naturellement dans l’eau douce et l’eau salée. Il s’agit notamment de bactéries, de cyanobactéries, de protozoaires, d’algues et de minuscules animaux comme les rotifères. Ils peuvent jouer un rôle important dans la chaîne alimentaire qui constitue la base de la vie dans l’eau. Par exemple, les microbes appelés cyanobactéries peuvent convertir l’énergie du soleil en énergie nécessaire à la vie. L’abondance de ces organismes sert à son tour de nourriture à d’autres formes de vie. Les algues qui se développent dans l’eau constituent également une source de nourriture importante pour d’autres formes de vie.
Une variété de micro-organismes vit dans l’eau douce. La région d’un plan d’eau située près du rivage (la zone littorale) est bien éclairée, peu profonde et plus chaude que les autres régions de l’eau. Les algues photosynthétiques et les bactéries qui utilisent la lumière comme source d’énergie se développent dans cette zone. Plus loin du rivage se trouve la zone limnitique. Les microbes photosynthétiques y vivent également. À mesure que l’eau s’approfondit, les températures deviennent plus froides et la concentration d’oxygène et la lumière dans l’eau diminuent. Désormais, les microbes qui ont besoin d’oxygène ne se développent pas. Au lieu de cela, les bactéries sulfureuses violettes et vertes, qui peuvent se développer sans oxygène, dominent. Enfin, au fond des eaux douces (la zone benthique), peu de microbes survivent. Les bactéries qui peuvent survivre en l’absence d’oxygène et de lumière solaire, comme les bactéries productrices de méthane, prospèrent.
L’eau salée présente un environnement différent pour les microorganismes. La concentration plus élevée de sel, le pH plus élevé et les nutriments plus faibles, par rapport à l’eau douce, sont mortels pour de nombreux micro-organismes. Cependant, les bactéries qui aiment le sel (halophiles) abondent près de la surface, et certaines bactéries qui vivent également dans l’eau douce sont abondantes (c’est-à-dire Pseudomonas et Vibrio). En outre, en 2001, des chercheurs ont démontré que l’ancienne forme de vie microbienne connue sous le nom d’archéobactéries est l’une des formes de vie dominantes dans l’océan. Le rôle des archaebactéries dans la chaîne alimentaire océanique n’est pas encore connu, mais doit être d’une importance vitale.
Un autre micro-organisme que l’on trouve dans l’eau salée est un type d’algues connu sous le nom de dinoflagellés. La croissance et la multiplication rapides des dinoflagellés peuvent rendre l’eau rouge. Cette « marée rouge » appauvrit l’eau en nutriments et en oxygène, ce qui peut entraîner la mort de nombreux poissons. De plus, les humains peuvent tomber malades en mangeant du poisson contaminé.
L’eau peut aussi être un moyen idéal pour transporter des micro-organismes d’un endroit à un autre. Par exemple, l’eau qui est transportée dans la coque des navires pour stabiliser les navires pendant leurs voyages en mer est maintenant connue pour être un moyen de transporter des micro-organismes autour du globe. L’un de ces organismes, une bactérie appelée Vibrio cholerae, provoque des diarrhées potentiellement mortelles chez les humains.
L’eau potable est généralement traitée pour minimiser le risque de contamination microbienne. L’importance du traitement de l’eau potable est connue depuis des siècles. Par exemple, à l’époque pré-chrétienne, le stockage de l’eau potable dans des cruches en métal était pratiqué. Aujourd’hui, l’effet antibactérien de certains métaux est connu. De même, l’ébullition de l’eau potable, comme moyen de protection de l’eau est connue depuis longtemps.
Les produits chimiques tels que le chlore ou les dérivés du chlore ont été un moyen populaire pour tuer les bactéries comme Escherichia coli dans l’eau depuis les premières décennies du vingtième siècle. Parmi les autres traitements antibactériens de plus en plus populaires, citons l’utilisation d’un gaz appelé ozone et la désactivation du matériel génétique des microbes par l’utilisation de la lumière ultraviolette. Les microbes peuvent également être physiquement exclus de l’eau en la faisant passer à travers un filtre. Les filtres modernes ont des trous si minuscules que même des particules aussi minuscules que des virus peuvent être piégées.
Un aspect important de la microbiologie de l’eau, en particulier pour l’eau potable, est l’analyse de l’eau pour s’assurer qu’elle est potable. Les tests de qualité de l’eau peuvent être effectués de plusieurs manières. Un test populaire mesure la turbidité de l’eau. La turbidité donne une indication de la quantité de matières en suspension dans l’eau. En général, si des matières telles que la terre sont présentes dans l’eau, des micro-organismes seront également présents. La présence de particules, même aussi petites que des bactéries et des virus, peut réduire la clarté de l’eau. La turbidité est un moyen rapide d’indiquer si la qualité de l’eau se détériore, et donc si des mesures doivent être prises pour corriger le problème de l’eau.
Dans de nombreux pays, la microbiologie de l’eau fait également l’objet d’une législation. Les règlements précisent à quelle fréquence les sources d’eau sont échantillonnées, comment l’échantillonnage est effectué, comment l’analyse sera réalisée, quels microbes sont détectés et les limites acceptables pour les microorganismes cibles dans l’échantillon d’eau. L’analyse des microbes qui causent des maladies (c’est-à-dire Salmonella typhymurium et Vibrio cholerae) peut être coûteuse et, si les bactéries sont présentes en faible nombre, elles peuvent échapper à la détection. Au lieu de cela, d’autres bactéries plus nombreuses fournissent une indication de la pollution fécale de l’eau. Escherichia coli est utilisé comme indicateur de la pollution fécale depuis des décennies. Cette bactérie est présente en très grand nombre dans le tractus intestinal, et elle est plus nombreuse que les bactéries et les virus responsables de maladies. Les chances de détecter Escherichia coli sont meilleures que celles de détecter les micro-organismes pathogènes. Escherichia coli a également l’avantage de ne pas être capable de se développer et de se reproduire dans l’eau (sauf dans les eaux chaudes et chargées de nourriture des pays tropicaux). Ainsi, la présence de cette bactérie dans l’eau indique une pollution fécale récente. Enfin, Escherichia coli peut être détectée facilement et à moindre coût.