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Updated on décembre 10, 2025

L’Institut de recherche biomédicale des armées (IRBA) et l’épidémiologie des eaux usées 

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Résumé

L’Institut de recherche biomédicale des armées (IRBA), largement impliqué dans la recherche sur le SARS-CoV-2, a cofondé le réseau sentinelle Obépine chargé de détecter, de qualifier et de quantifier le génome du virus dans les eaux usées en France. Durant cette pandémie, l’épidémiologie basée sur les eaux usées s’est avérée être un outil de santé publique de premier ordre pour évaluer la dynamique virale dans les populations et l’environnement. Obépine a également mené des travaux de recherche ayant démontré la faible infectiosité des matières fécales et des eaux usées et permis de détecter en avance de phase les vagues épidémiques liées aux nouveaux variants. L’IRBA a adapté cet outil performant au suivi des infections virales sur le porte-avions Charles-de-Gaulle à la suite d’une première épidémie à bord en 2020. Cet outil de surveillance a facilité la gestion du risque de contamination virale à bord lors des escales et des entrées de personnels. La lutte contre la circulation virale permettant le maintien de la capacité opérationnelle repose sur un ensemble de mesures : vaccination du personnel, suivi des eaux noires par PCR pour la détection d’une circulation virale, capacité de diagnostic par PCR des sujets symptomatiques ou contacts pour l’identification et le suivi des cas. Cet outil innovant peut être réorienté vers la recherche d’autres agents pathogènes dans les eaux noires, voire, à terme, permettre d’assurer une surveillance sanitaire des militaires, en mer ou à terre, en métropole ou sur une base outre-mer.

Mots clés

Épidémiologie des eaux usées, COVID-19, SARS-CoV-2, One Health, Marine, Eaux usées, Eaux noires

Introduction

Depuis l’émergence du virus SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2), l’Institut de recherche biomédicale des armées (IRBA), au sein du service de santé des armées (SSA), est impliqué, à plusieurs niveaux, dans la gestion de crise au service des forces armées : mise au point de tests diagnostiques innovants, mise en place de mesures de biosécurité, suivi de cohortes pour mieux connaître les déterminants de l’infection, soutien des hôpitaux et activités de recherche ciblée sur la maîtrise de l’épidémie en France comme au sein des forces armées. L’IRBA a ainsi participé à la création d’un réseau national sentinelle pour le suivi de la dynamique virale dans les eaux usées. Il a ensuite adapté ce concept au contexte opérationnel, aboutissant entre autres à une preuve de concept expérimentale sur le porte-avions Charles-de-Gaulle et participant de fait à la résilience des forces armées.

L’IRBA, co-fondateur du réseau OBÉPINE, réseau sentinelle de l’épidémie

Premières études en France sur l’épidémiologie des eaux usées appliquée au COVID-19

Dès la fin de l’année 2019, plusieurs équipes de recherche néerlandaises démontrent la présence du virus dans les stations de traitement des eaux usées (STEU) pendant la vague épidémique de SARS-CoV-2. Ces approches précoces qualitatives ou semi-qualitatives, comme celle développée plus tard par les marins-pompiers de Marseille à l’été 2020, ne permettent cependant pas de caractériser la dynamique de l’épidémie [1], [2].
L’IRBA est l’un des membres fondateurs du réseau national sentinelle Obépine créé en mars 2020. Ce réseau est un consortium de recherche qui réunit, outre l’IRBA, Sorbonne université (virologie, mathématiques, hydrologie), l’équipe recherche et développement d’Eau de Paris (virologie environnementale), le LCPME (Laboratoire de chimie physique et microbiologie pour les matériaux et l’environnement), l’Université de Lorraine, l’IFREMER (Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer) et l’Université de Clermont-Auvergne.
Le réseau Obépine, dont certains membres avaient déjà expérimenté le concept d’épidémiologie des eaux usées sur des virus entériques en 2015 [3], a ainsi souhaité très rapidement quantifier le SARS-CoV-2 dans les eaux usées, construire des modèles épidémiologiques susceptibles d’étudier des tendances épidémiques et mettre en relation les quantités de virus recueillies dans les eaux usées avec le nombre de porteurs du virus [4], [5]. Les premières analyses du réseau ont été réalisées en mars 2020. Cette stratégie visait à mesurer l’impact des mesures sanitaires de contrôle (confinement, couvre-feu et vaccination) et identifier toute résurgence de l’épidémie à l’échelle d’un territoire. En effet, le virus SARS-CoV-2 est éliminé dans les selles chez 40 à 60 % des malades et des patients asymptomatiques ou paucisymptomatiques avec des charges virales souvent élevées et des durées d’excrétion qui peuvent dépasser 4 à 6 semaines, donc fréquemment au-delà des durées de détection du virus dans les voies respiratoires supérieures [6].
Plusieurs mois ont été nécessaires pour valider les protocoles d’analyse dans les eaux usées et faire monter en compétence les partenaires du projet (collectivités, laboratoires, opérateurs). Les méthodes de prélèvement et d’extraction de l’ARN viral nécessitent en effet une longue mise au point et une capacité de reproductibilité difficile à acquérir.
Par ailleurs, la méthode étant basée initialement sur l’évaluation de la concentration virale par litre d’eau usée par RT-PCR quantitative (reverse transcription–quantitative polymerase chain reaction ou RT-qPCR), le passage d’une quantification virale à un indicateur de suivi de l’épidémie a nécessité le développement rapide de modèles mathématiques statistiques complexes [7], [8], [9] tenant compte des variations de débit des stations d’épuration, des données physico-chimiques des eaux usées, des données de pluviométrie, etc. In fine, la méthode d’analyse et d’exploitation des résultats a été considérée comme fiable dès la fin octobre 2020. Les résultats d’Obépine sont accessibles au public depuis le 25 janvier 2021 via un site internet dédié.
Cette démarche innovante, soutenue par trois académies (Académie des technologies, Académie des sciences et Académie nationale de médecine) a été financée à hauteur de 3,5 millions d’euros initialement par le ministère de l’enseignement et de la recherche (MESRI) pour établir la preuve de concept et initier une des premières surveillances nationales mondiales, et plus récemment par le ministère des solidarités et de la santé dans le cadre du suivi opérationnel, dans l’attente d’un dispositif de suivi institutionnel (SUM’EAU : surveillance microbiologique des eaux usées) à ce jour encore en gestation.

Épidémiologie des eaux usées : un champ de recherche innovant et prometteur

Le réseau Obépine et l’IRBA ont pu mettre en évidence dans la mise en place d’un réseau national de surveillance, les points saillants de cette expérience innovante : l’intérêt du travail interdisciplinaire, la nécessité d’actions de recherche pour améliorer la surveillance de routine et le coût relativement faible de l’épidémiologie des eaux usées.

La surveillance épidémiologique : un outil interdisciplinaire et de collaboration

Basé sur un réseau de 200 STEU (stations de traitement des eaux usées), mais incluant également une surveillance ciblée des collecteurs d’eaux usées parisiens, Obépine tire son efficacité d’une approche multidisciplinaire qui a réuni des spécialistes de la virologie médicale et environnementale, des microbiologistes, des mathématiciens et des hydrologues voulant réaliser en même temps une recherche académique de haut niveau et proposer de nouveaux outils d’aide à la décision aux autorités sanitaires.
Des initiatives similaires ont été mises en place dans le monde entier, démontrant, de manière inédite à cette échelle, le potentiel de l’épidémiologie des eaux usées dans la prévention et la surveillance d’une épidémie [10], [11].
La constitution d’un réseau de laboratoires experts reste également un objectif important dans la mise en place d’une collaboration efficace et pour produire des résultats pertinents, interprétables et reproductibles. En l’absence de norme internationale, les analyses ont été réalisées selon des protocoles de recherche dont l’exécution — parfois complexe — a été validée par des tests interlaboratoires organisés avec l’objectif de produire un indicateur pertinent. Cela a conduit à être vigilant à la fois en termes de limite de détection et de qualité de la quantification. Des expériences identiques, conduites notamment aux Pays-Bas, ont été facilitées par la centralisation de la gestion du projet, un seul laboratoire expert étant officiellement capable de développer une recherche fondamentale et de mettre en place une stratégie de surveillance à l’échelle nationale. En France, le projet a sans doute été rendu plus complexe par l’existence de plusieurs laboratoires experts et l’absence d’un comité de pilotage capable de réunir des acteurs aux compétences différentes autour d’un sujet commun relevant de la santé globale, et aussi par le caractère transversal de l’approche, qui relève de plusieurs périmètres ministériels (MESRI, ministère de la Transition écologique, ministère des Solidarités et de la Santé).

La surveillance de routine doit s’appuyer sur des actions de recherche dans une approche « Une seule santé »

Obépine n’est pas seulement un réseau sentinelle de routine. En effet, plusieurs équipes qui le composent ont abordé de nombreuses questions fondamentales et appliquées concernant, entre autres, l’intégrité des particules virales dans les eaux usées [12], l’efficacité des traitements des boues [13], la détection dans les coquillages [14], la bioaccumulation du virus dans les coquillages [15] ou l’impact des traitements sur la présence du virus dans les eaux usées et les boues [16] mais aussi la faible infectiosité du virus dans les selles (article soumis à publication).
Les eaux usées permettent de surveiller les formes classiques du virus, qui ont prédominé en France jusqu’en décembre 2020, mais aussi certains variants. Ainsi, la surveillance réalisée en Île-de-France montre que le variant alpha, caractérisé par des mutations spécifiques comme del69-70, a été identifié dès le 4 janvier 2021 dans les STEP parisiennes, et a progressivement supplanté les formes historiques du virus. La quantification relative de la délétion del69-70 a une très bonne relation avec les données humaines fournies par les hôpitaux parisiens, relation valable aussi depuis peu pour le variant Omicron [9], [12], [17]. Cette preuve de concept a démontré la faisabilité de mise en œuvre de ce type de surveillance spécifique des mutations, complémentaire des méthodes de séquençage. Un examen spécifique des variants par RT-qPCR ou PCR digitale permet ainsi une mesure rapide et peu coûteuse de la proportion des mutations, qui pourrait être utilisée comme un « proxy » pour le suivi de la dynamique des variants [18].
L’émergence de variants viraux de contagiosité accrue, susceptibles d’échapper à la réponse immunitaire et/ou plus virulents pose de nouveaux défis [17]. La nécessité de suivre les variants viraux dans les eaux usées dans le cadre d’un plan de surveillance généralisé s’est rapidement imposée au moyen de méthodes complémentaires, recherche ciblée de mutations par RT-qPCR ou séquençage. En outre, le suivi des variants dans les eaux usées ouvre des perspectives intéressantes en termes de recherche fondamentale, les approches génétiques et métagénomiques pourraient ainsi être utilisées pour d’autres microorganismes.
La récente épidémie qui a touché des élevages de visons aux Pays-Bas et au Danemark [[19], [20]] et l’infection des cerfs de Virginie [[21], [22]] rappelle que le SARS-CoV-2, d’origine animale, pourrait bien trouver de nouveaux hôtes [23]. La surveillance de l’émergence du SARS-CoV-2 dans les espèces animales, et particulièrement celles vivant à proximité des hommes (animaux de compagnie, bétail, rongeurs urbains), est essentielle pour éviter que le virus ne s’implante dans de nouveaux réservoirs — ce qui rendrait le contrôle très difficile — ou ne sélectionne de nouveaux variants, comme cela a été observé chez le vison d’élevage. Un système de surveillance des eaux usées, des effluents agricoles, ou l’analyse des fèces d’animaux domestiques ou sauvages peut enrichir un système intégré de surveillance de l’épidémie. À ce titre, Obépine est actuellement impliqué dans un projet de recherche porté par l’ANRS-Maladies infectieuses émergentes visant à évaluer le risque de franchissement de la barrière d’espèce entre les rongeurs urbains et l’Homme. Plus largement, cette stratégie pourrait également être une réponse aux besoins sanitaires des pays durement touchés par l’épidémie ne disposant pas des moyens humains, techniques et économiques pour surveiller les épidémies, voire les épizooties, par des campagnes massives de tests individuels coûteux sur l’homme ou l’animal.

L’épidémiologie des eaux usées est un outil de surveillance des épidémies au coût limité

Obépine et la plupart des projets similaires européens et mondiaux, proposent une approche épidémiologique peu coûteuse, et donc particulièrement bien adaptée aux pays à faibles ressources économiques. La surveillance épidémiologique proposée par Obépine coûte environ 75 000 euros pour 200 stations par semaine et couvre environ 40 % de la population française. Même si la finalité des tests individuels est différente, il n’est pas inutile de rappeler que le rapport bénéfice/coût épidémiologique est bien plus élevé : certaines semaines, plus de 200 millions d’euros ont été dépensés pour surveiller 5 % de la population française. À l’heure où le coût des tests individuels est mis en avant, et estimé à plus de 6 milliards d’euros en 2021, le suivi des eaux usées pourrait donc s’avérer être une stratégie alternative de choix pour maintenir une surveillance épidémiologique de qualité à un coût supportable. Des travaux sont en cours afin d’adapter le réseau actuel, basé sur le suivi des pathogènes dans les STEU, à d’autres méthodes d’échantillonnagein natura, notamment pour mettre en place ce type d’approche dans des pays dont les réseaux d’assainissement sont insuffisamment développés.

Un projet de surveillance appliqué dans un cadre militaire opérationnel : le projet OBÉPINE+

Les navires de la marine et les bateaux de croisière forment un environnement particulier favorisant la diffusion du COVID-19 par la vie confinée à bord et la climatisation systématisée, comme l’ont montré plusieurs épidémies majeures récentes [[24], [25]]. Après l’épidémie de SARS-CoV-2 survenue en 2020 à bord du porte-avions nucléaire Charles-de-Gaulle (PAN CDG) [26], son départ en février 2021 pour une mission de longue durée posait le problème du contrôle sanitaire au regard du risque d’une nouvelle épidémie en cours de mission.

Stratégie innovante de prévention des infections à SARS-CoV-2 sur les bâtiments de la Marine nationale

Pour être efficace, la lutte contre un virus à forte dynamique de propagation en milieu confiné nécessite une détection rapide des premiers signes de la maladie. Les outils à disposition du SSA étaient multiples :

  • •
    diagnostic RT-PCR du SARS-CoV-2 dans des prélèvements rhinopharyngés ;
  • •
    sérodiagnostic donnant le nombre de personnels exposés au SARS-CoV-2 ;
  • •
    stratégie de biosécurité et de gestion épidémiologique des clusters ;
  • •
    vaccination ;
  • •
    suivi du virus dans l’environnement.
L’innovation a consisté à mettre en place pour la campagne de navigation de février à juin 2021 une vaccination obligatoire, une capacité de diagnostic moléculaire embarquée avec RT-qPCR spécifique COVID-19 et panel PCR syndromique, une limitation des contacts sociaux, des mesures barrières et, pour la première fois, un vaste programme de surveillance des eaux noires.
L’ensemble de l’équipage a été vacciné selon une règle obligatoire établie pour la première fois dans les forces armées françaises à l’occasion de cette mission en utilisant 2 doses de Comirnaty® à 21 jours d’intervalle. Environ 98 % des membres de l’équipage ont été entièrement vaccinés dans les deux semaines précédant le départ. Moins de 2 % des membres de l’équipage n’ont pas pu être vaccinés en raison d’antécédents cliniques COVID-19 récents (2/3 des non-vaccinés) ou de contre-indications médicales. Ainsi, plus de 99 % des membres de l’équipage étaient immunisés contre le SARS-CoV-2, par le vaccin et/ou l’infection par des dérivés précoces de la souche Wuhan.
Au cours de la campagne 2021, les membres de l’équipage présentant un tableau d’infection respiratoire ont été testés par le personnel médical avec une RT-PCR Genexpert® (Cepheid) ou ID Now® (Abbott) pour la COVID-19. Pour les patients présentant une symptomatologie moins évocatrice, une PCR multiplex de type FilmArray® (Biomérieux) a été réalisée à la recherche d’autres agents pathogènes à tropisme respiratoire. Les 283 tests PCR effectués à bord au cours de la mission et les tests effectués à l’arrivée se sont révélés constamment négatifs pour le COVID-19. Sur la vingtaine de PCR syndromiques réalisées, 16 étaient positives avec d’autres virus respiratoires (virus parainfluenza, metapneumovirus, virus respiratoire syncitial, rhinovirus).

Mise en place d’un laboratoire dédié de biologie moléculaire pour les eaux noires

Pour assurer le suivi environnemental désiré par la Marine, plusieurs stratégies ont été proposées. L’IRBA a présenté lors d’une réunion du Service de soutien de la Flotte (SSF) une solution basée sur les méthodes du réseau Obépine. Convaincu, le SSF a donc demandé à l’IRBA de contribuer à la mise en place d’une surveillance des eaux noires du porte-avions, en adaptant le protocole d’Obépine sous le nom d’Obépine+. Cette adaptation s’est faite en partenariat avec le laboratoire d’analyses de surveillance et d’expertise de la Marine (LASEM), l’Hôpital d’instruction des armées Sainte-Anne de Toulon et le laboratoire de recherche et de développement d’Eau de Paris, membre comme l’IRBA du réseau Obépine.
L’enjeu technique était majeur. En effet, plusieurs paramètres diffèrent entre les eaux usées habituellement analysées par le réseau Obépine et les eaux noires du PAN CDG. En premier lieu, il n’y a pas de mélange, sauf avaries ou pannes, entre les « eaux grises » (douches, vaisselle, lavage) et les eaux « eaux noires » issues des WC à bord. Comme les WC fonctionnent avec une aspiration par dépression, et donc, une chasse d’eau réduite au minimum (1,2 L/chasse), les eaux noires issues des WC sont bien plus concentrées que les eaux usées pour lesquelles des protocoles d’Obépine existaient depuis mars 2020. Le prélèvement est également plus complexe : les caisses de collecte étant en dépression, elles ne disposent pas de système de soutirage et sont vidangées automatiquement plus ou moins régulièrement dès l’atteinte du niveau haut.
Pour l’analyse, deux stratégies ont été explorées : exploiter le matériel déjà présent à bord du porte-avions (GeneXpert®) ou mettre en place un laboratoire complet de biologie moléculaire. Ceci s’est fait dans un délai très contraint, le projet débutant en décembre 2020, alors que l’appareillage était prévu le 11 février 2021.
Les premières expérimentations réalisées à l’HIA Sainte-Anne et à l’IRBA ont montré que le système GeneXpert® était en mesure de détecter du SARS-CoV-2 dans les selles, mais avec une faible sensibilité et une incertitude quant à la disponibilité des réactifs nécessaires en raison de fortes tensions sur l’approvisionnement en cartouches « SARS-CoV-2 ». Le choix s’est donc porté sur l’installation d’un laboratoire de biologie moléculaire au sein du porte-avions. Ce choix fait, il s’est agi ensuite de choisir les équipements nécessaires à la réalisation de l’ensemble de la chaîne analytique.
En parallèle, il a fallu passer, en moins de trois mois, d’un modèle mis au point pour les eaux usées en agglomération à un second, adapté aux eaux noires du PAN CDG. Travaillant main dans la main, médecins, virologues, chercheurs et épidémiologistes, vétérinaires et pharmaciens d’Eau de Paris, de l’IRBA et du réseau Obépine sont parvenus, à identifier des appareils nécessaires aux analyses et à établir les protocoles expérimentaux spécifiques. Le LASEM de la Base navale de Toulon a apporté son expertise, en participant à la mise en place du protocole de prélèvement et en servant d’intermédiaire entre le PAN CDG, Eau de Paris et l’IRBA (envoi des échantillons pour analyse, à Paris dans le cadre de la validation de la méthode de prélèvement et d’analyses).
Les premiers échantillons ont été fournis aux chercheurs d’Eau de Paris, le 11 décembre 2020 pour adapter leur protocole aux eaux noires du porte-avions. Le mode opératoire sur les eaux usées nécessitait une ultracentrifugation pour concentrer l’échantillon. Cette concentration s’est révélée inutile avec les eaux noires du PAN CDG. Les analyses ont donc pu être lancées directement à partir des échantillons primaires.
À la suite des expérimentations réalisées à Eau de Paris et du choix des équipements à déployer à bord, le protocole retenu a consisté en 4 étapes :

  • •
    prélèvement des eaux noires ;
  • •
    extraction des acides nucléiques par agitation/sédimentation et capture ;
  • •
    amplification par RT-qPCR des cibles identifiées (gènes E et RdRp) dans le génome du SARS-CoV-2 ;
  • •
    analyse des données et suivi comparatif dans le temps.
Une fois les matériels et consommables livrés, des experts de l’IRBA et d’Eau de Paris se sont rendus à Toulon avec ces matériels pour mettre en place le laboratoire. Les locaux avaient été définis et préparés par le Bord, tant en mobilier qu’en moyens électriques et organisés de manière à respecter une marche en avant (Fig. 1). Les matériels ont été déballés et mis en service en deux jours (Fig. 2). Les programmes et gammes d’étalonnage ont été chargés sur les automates avec le soutien d’Eau de Paris. Les premières analyses ont été conduites avec l’assistance d’un médecin biologiste présent à bord jusqu’à Djibouti.

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Figure 1. Plan d’organisation du laboratoire Obepine+ à bord du PA Charles-de-Gaulle. Le flux d’air va de la zone blanche (où se trouve la hotte de préparation des mix PCR et le stockage des réactifs) vers la zone jaune (extraction et amplification) et la zone orange (aliquotage et pool des échantillons primaires).

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Figure 2. Disposition des différents automates dans la zone jaune, correspondant à l’extraction et l’amplification des échantillons.

Échantillonnage des eaux noires

Pour le porte-avions et compte tenu de la configuration du système d’eaux noires, une stratégie d’échantillonnage composite des réservoirs d’eaux noires a été mise en place. Cette stratégie impliquait d’échantillonner, chaque jour, jusqu’à 20 réservoirs, de taille différente et collectant de 2 à 32 WC. Cette charge a été réduite à 5 réservoirs par jour dans un contexte d’absence de cas cliniques détectés. Il faut noter la complexité de l’échantillonnage liée à la configuration spécifique des réseaux d’eaux noires des navires et la nécessité d’adapter un système d’échantillonnage interne par des ingénieurs experts.

Résultats principaux sur les campagnes réalisées en 2020 et 2021

Première campagne (février–mai 2021)

Lors de cette campagne, la situation épidémiologique était sous tension avec l’apparition en décembre 2020 du variant Alpha. La quarantaine a été imposée à tout l’équipage dix jours avant appareillage, et 99 % des marins ont été vaccinés. L’excrétion du virus dans les fèces, surveillée par la quantification quotidienne dans les eaux noires des séquences cibles des gènes E (enveloppe) et RdRP (ARN polymérase ARN-dépendante), a été utilisée comme indicateur de la présence du virus (Fig. 3).

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Figure 3. Valeurs maximales et moyennes quotidiennes des concentrations d’équivalents génome RdRP dans les caisses d’eaux noires. Les concentrations augmentent après chaque escale puis diminuent régulièrement.

La courbe de surveillance de la concentration des cibles dans les eaux noires a montré une augmentation après chaque arrivée significative de nouveau personnel au départ et pendant les escales. Un pic du gène RdRp (SARS-CoV-2) a été détecté lors de l’escale à Abu Dhabi, suggérant sans doute l’embarquement de nouveaux membres d’équipage qui étaient en convalescence et excrétaient le virus dans les selles. Le 22 avril, à l’occasion de l’escale de Manama, compte tenu de la croissance de l’occurrence du variant Alpha en France, des réactifs dédiés à sa détection (S/H69-V70) ont été livrés au laboratoire de bord en cas de signaux positifs. L’évolution favorable des quantifications dans les caisses a permis de se passer de ces tests, alors non validés sur les eaux noires.
En outre, l’interprétation épidémiologique des résultats bruts de quantification était difficile et nécessitait un lissage mathématique et une modélisation pour réduire et corriger partiellement le bruit associé à la quantification du génome du SARS-CoV-2 dans les eaux noires [8]. Chaque épisode de détection du virus dans les eaux usées était transitoire, ce qui suggère un contrôle efficace de la circulation du virus (Fig. 3).
Enfin, la stratégie de vaccination obligatoire avec un schéma de deux doses, combinée à de nombreuses autres mesures de barrière telles que la limitation des contacts sociaux pendant les arrêts ou les escales et des interventions non pharmaceutiques renforcées (filtres de ventilation et bionettoyage des surfaces), s’est avérée être un bouclier efficace contre la réintroduction de la COVID-19 dans un contexte de circulation des variants Alpha et Bêta dans le monde entier. Le suivi clinique et virologique des individus et la surveillance environnementale du SARS-CoV-2 ont confirmé l’efficacité de la stratégie de vaccination obligatoire et le rôle de l’immunité collective pour prévenir la réinfection et la propagation du virus dans les environnements confinés, du moins contre les souches variantes Alpha et Bêta qui circulaient à l’époque. Chaque épisode de détection du virus dans les eaux usées était transitoire, ce qui suggère un effet stérilisant du vaccin sur la circulation du virus parmi les populations ayant une couverture vaccinale élevée (2 doses), même dans un environnement favorisant la transmission du virus. Il faut souligner toutefois que la vaccination–selon les variants, Delta et Omicron notamment–ne prévient pas contre l’infection dans 100 % des cas, et qu’il n’y a pas de données consolidées sur l’excrétion du virus dans les selles des personnes vaccinées ou infectées naturellement.

2e campagne (novembre–décembre 2021)

Cette campagne a appareillé en pleine vague Delta. Considérant la capacité de ce variant à contaminer les sujets même vaccinés, l’observation d’une dynamique différente de la précédente mission était attendue. La vaccination n’a ainsi pas empêché, durant cette mission, la survenue de cas cliniques. Cette mission a permis de valider le versant prédictif du suivi de la charge virale dans les eaux noires, avec des pics observés un à deux jours avant et corrélés avec des sujets diagnostiqués positifs au SARS-CoV-2. Le challenge a consisté à identifier les marins contaminés car il est apparu que l’usage des toilettes se réalisait plus dans l’espace de travail que dans l’espace de vie, ces espaces étant situés dans des zones différentes (tranches) du porte-avions. Aussi, les pics observés en caisse D350 ont été causés par des marins de la tranche O, mais postés en tranche D (Fig. 4).

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Figure 4. Suivi de la concentration en équivalents-génomes/L des gènes RdRP et E dans la caisse D350. L’élévation de la concentration dans les eaux usées précède l’identification des cas cliniques et d’autant plus que les cas sont nombreux. a.11 novembre 2021 : 1 cas positif (logement en tranche O) ; b.18 novembre 2021 : 4 cas positifs (logement en tranche S) ; c. 24 novembre 2021 : 1 cas positif (logement en tranche 0).

Après apparition de cas à bord, les concentrations virales ont augmenté dans la caisse C320Td, qui draine justement la tranche A, zone où étaient confinés les cas détectés (Fig. 5).

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Figure 5. Suivi de la concentration en équivalents-génomes/L des gènes RdRP et E dans la caisse C320 tribord. L’élévation de la concentration dans les eaux usées se produit à la suite de l’isolement dans les tranches collectées par la caisse C320. a.24 novembre 2021 : isolement de 2 cas positifs (tranche A et B) ; 26 novembre 2021 : isolement de 3 cas positifs (tranche A et B) ; b. 8 décembre 2021 : 1 cas positif (non vacciné) logé en tranche A.

Lors de cette deuxième mission, il a également été observé une meilleure corrélation entre les deux cibles E et RdRP, et leur emploi simultané a pu être réalisé tout au long de la mission, du fait de meilleures conditions de stockage et d’une température, dans le local, moins élevée que lors de la première mission.
L’IRBA a donc pu développer très rapidement un outil opérationnel de surveillance des infections virales de l’équipage grâce à l’expertise acquise dans le réseau Obépine. Malgré tout, c’est un outil exigeant nécessitant des compétences avérées en biologie moléculaire que la Marine devra mettre en place et entretenir si l’utilisation de tels outils était généralisée. Le développement de méthodes simples et automatisées est donc un des axes futurs d’amélioration dans le cadre d’une utilisation en situation opérationnelle.

Axes de recherche futurs pour les armées

Pour le service de santé des armées, plusieurs axes de recherche peuvent être développés au profit des forces armées en campagne : d’abord l’alerte en début de phase épidémique mais aussi l’extension de la recherche à d’autres dangers microbiologiques particulièrement ceux de la menace intentionnelle en adaptant les techniques de laboratoire afin qu’elles soient utilisables et fiables sur le terrain à proximité des forces. La détection de particules virales dans les eaux usées à des fins de surveillance épidémiologique est utilisé depuis plusieurs années, en particulier pour détecter une circulation du virus de la poliomyélite ou de norovirus [3].

Épidémiologie des maladies transmissibles

Des sites clos (bases et camps en opérations extérieures (OPEX) dont l’opération Barkhane, bâtiments de la Marine nationale…) ou sensibles (états-majors, sites concourant à la dissuasion nucléaire…) pourraient bénéficier de la mise en œuvre de cette technique et ainsi permettre la détection très précoce d’une circulation virale au sein de leur collectivité. Cependant, les possibilités d’échantillonnage des eaux usées dépendent fortement de l’architecture des systèmes d’évacuation (présence d’un réservoir, d’un bac tampon ou d’un tout-à-l’égout) et ne sont pas toujours réalisables.
Avec le paludisme, les arboviroses constituent à ce jour la cause essentielle des syndromes fébriles à spécificité tropicale recensés chez les militaires français. Elles sont souvent incapacitantes et de diagnostic différentiel difficile. De surcroît, la propension des arbovirus à émerger dans de nouveaux territoires a encore été récemment illustrée par l’épidémie à virus Zika en 2019, la diffusion du virus Oropouche en Guyane Française et la récurrence des foyers autochtones de transmission des virus Dengue, Chikungunya et Zika en 2020. L’IRBA — dans le cadre d’une coopération avec d’autres équipes Obépine — mène un projet de recherche appliquée visant à développer de nouvelles méthodes permettant de surveiller la circulation des arbovirus à partir de l’analyse des excrétas de moustiques et aussi des eaux usées. Cette approche pourrait permettre de cartographier des arbovirus circulant sur les théâtres d’opération militaires mais aussi en métropole comme système d’alerte précoce environnementale, évocatrice d’infections ou de risque d’infections humaines.
L’IRBA s’intéresse donc au développement de systèmes automatisés et/ou robotisés utilisables facilement sur le terrain par les forces armées. Obépine travaille sur ce sujet et étudie la possibilité d’utiliser des capteurs passifs. Des premiers contacts dans le domaine de la robotique et de l’ingénierie ont déjà été pris. Le projet de développement d’un outil de terrain adapté aux forces pourrait recevoir un accueil favorable des armées et des financements conséquents.
Le 2e axe de recherche pourrait concerner l’exploration fonctionnelles des virus dits cryptiques (i.e. détectés dans les eaux usées, mais pas détectés dans les populations humaines correspondantes). L’idée consiste, à partir des variants identifiés dans les eaux usées, d’évaluer en quoi la dynamique phylogénétique observée pourrait refléter ce qui est observé en épidémiologie humaine ou animale.

Surveillance des agents chimiques

L’épidémiologie basée sur l’analyse des eaux usées a été utilisée par le passé pour estimer les consommations médicamenteuses à différentes échelles (ville, pays). Par exemple, antibiotiques et anxiolytiques ont été cibles d’observatoires européens utilisant, parmi d’autres méthodes, cet outil particulier.
Plus récemment cette démarche a été appliquée à échelle européenne pour l’estimation de la consommation de drogues donnant lieu à abus [[27], [28], [29]]. Dans ce cas, on retrouve dans les points forts de l’approche la capacité à donner une image agrégée des habitudes d’une communauté (et leurs déterminants) avec un nombre limité de prélèvements intégratifs et à très grande échelle. Cette approche utilisable dans la logique de conseil sanitaire et de prévention, fondements de l’action du SSA, permet de préserver l’anonymat des consommateurs/usagers puisque seul leur nombre moyen est évalué, pour peu que l’échantillonnage soit suffisamment intégratif (avec une absence de définition consensuelle sur la limite avec des prélèvements « individuels » permettant trop facilement d’identifier le ou les consommateurs).
Comme pour d’autres agents, cette approche possède des limites, en particulier la complexité d’un échantillonnage représentatif ou encore l’incertitude associée à l’hypothèse centrale d’une consommation/excrétion moyenne par consommateur. Cette donnée est complexe à fiabiliser. Elle est probablement sensible à l’échelle populationnelle : juste à l’échelle de population mais entachée d’une erreur supérieure lorsque l’échelle spatiale diminue. À petite échelle, il est sûrement délicat de distinguer l’excrétion d’un très gros consommateur de celle de quatre consommateurs plus modestes. À une échelle importante, l’hypothèse d’une mixité des profils est plus robuste.
Enfin, il existe quelques travaux exploratoires démontrant la faisabilité d’une détection de substances explosives dans les eaux usées [30]. Bien que ce besoin ne soit pas spécifiquement associé à des missions du SSA, la mise en place de systèmes de collecte ou de réseaux de mesure à des fins épidémiologiques peut permettre d’obtenir des échantillons réguliers autorisant l’emploi de tels outils.

Conclusion

La transposition à la Marine nationale de la recherche de virus par analyse des eaux usées de certaines villes de France réalisée par le réseau Obépine a été rendue possible grâce à la collaboration de l’IRBA, du LASEM et d’Eau de Paris. Financée par le SSF et déployé dans un temps record sur le porte-avions nucléaire Charles-de-Gaulle pour rechercher dans les eaux noires la présence de virus, elle a permis au navire d’être totalement autonome en matière de surveillance environnementale avancée.
Les résultats quotidiens fournis par le laboratoire, piloté par le groupement sécurité du porte-avions et partagés avec l’IRBA pour aider à l’interprétation, ont ainsi permis d’apporter des éléments complémentaires à l’analyse médicale de la situation épidémiologique à bord.
La présence de cet outil de surveillance et d’anticipation a amélioré la gestion des événements d’introduction du SARS-CoV-2 lors des escales ou des entrées de personnels. L’association d’un protocole vaccinal obligatoire à une surveillance de la circulation virale dans les eaux noires a permis d’identifier et de localiser les cas, et donc de poursuivre la mission opérationnelle en environnement COVID-19 en limitant la diffusion et en préservant la santé de l’équipage.
Cet outil innovant peut être réorienté vers la recherche de tout autre agent pathogène dans les eaux noires, voire à terme, permettre d’assurer une surveillance sanitaire d’une emprise militaire, en mer ou à terre, en métropole ou sur une base outre-mer à partir du moment où le microorganisme est excrété dans les selles. Malgré tout, cet outil nécessitant une technicité élevée, il semble utile de rechercher une simplification des méthodes pour des déploiements plus aisés.

Déclaration de liens d’intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts.

Remerciements

Les auteurs remercient Chloé Lemoigne, Anne Depeille Wuille et Anne-Julie Gastelier (Département microbiologie et maladies infectieuses, IRBA) pour la réalisation des analyses et les mises au point techniques.
Les auteurs sont reconnaissants pour l’aide, l’expertise et les financements apportés par la Marine nationale, en particulier le capitaine de frégate Pierre Lobet du porte-avions Charles-de-Gaulle pour sa grande efficacité dans l’organisation des prélèvements et l’adaptation des réseaux d’évacuation.
Les auteurs remercient le réseau Obépine et le service de santé des armées pour les financements accordés et les discussions utiles.

Références

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L’Institut de recherche biomédicale des armées (IRBA) et l’épidémiologie des eaux usées 

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