Chapitre 2
Bases théoriques(2)
Les lois de la stérilisation

1) LES DEUX LOIS DE LA STERILISATION
Nous aurons deux mêmes lois symétriques à la croissance des germes :
Une décroissance exponentielle selon les paramètres :
- temps ;
- chaleur (ou équivalent)
1.1) Première loi, destruction en fonction du temps
Si on étudie la stérilisation en fonction du temps (chaleur constante) on aura une destruction exponentielle du type :
N = N0e- kt (équation 1 et figure 3)
N représente le nombre de bactéries survivantes après un cycle de stérilisation ;
- N0 représente le nombre de bactéries survivantes au départ ;
- e = 2,721828… base des fonctions exponentielles ;
- k un coëfficient tenant compte des autres paramètres (entre autres de la température affichée) ;
- t le temps d’exposition à l’agent stérilisant ;
- le signe – pour indiquer qu’il va s’agir d’une décroissance.

1.2) Deuxième loi, destruction en fonction de la température
Cette deuxième loi, (dite loi d’Arrhénius) est parfaitement symétrique à la première. Si nous nous intéressons maintenant à la destruction en fonction de la température, on aura une destruction exponentielle du type :
N = N0e- kq (équation 2 et figure 3)
- N représente le nombre de bactéries survivantes après un cycle de stérilisation ;
- N0 représente le nombre de bactéries survivantes au départ ;
- e = 2,721828… base des fonctions exponentielles ;
- k un coëfficient tenant compte des autres paramètres (entre autres du temps d’exposition à l’agent stérilisant) ;
- q (lire théta) la température d’exposition à l’agent stérilisant ;
- le signe – pour indiquer qu’il va s’agir d’une décroissance.

Figure 1 : Exponentielle décroissante de destruction des germes en fonction de la température ou du temps
Dans les deux cas, on constate que :
- On n’atteint jamais la valeur zéro bactéries restantes. Il reste toujours un petit nombre, si symbolique soit-il. C’est pourquoi, la stérilité rejoint la notion de probabilité déjà décrite ;
- (C’est l’inverse du cas de la croissance exponentielle ; cette fois-ci, c’est le nombre d’arrivée qui n’est jamais nul)
- Le nombre de bactéries détruites est proportionnel au nombre initial de bactéries.
- Comme déjà dit, on doit avoir une destruction réduisant au millionième la population initiale, soit une réduction à 106 .Comme log 106 = 6, on parle de réduction de 6 logs…

Autrement dit, une stérilisation sera d’autant plus efficace que le matériel à stériliser sera propre.

« On ne stérilise bien que ce qui est propre »… tout comme un lave-vaisselle est plus efficace quand la vaisselle est au départ… propre.
Nous le verrons dans la troisième partie, « place et organisation de la stérilisation dans l’hôpital »

2) EVALUATION DES DEUX LOIS DE LA STERILISATION
On peut mesurer les deux paramètres, temps et température et évaluer leur efficacité.
6.6) 1e loi : efficacité du temps : temps de réduction décimale
Lorsque l’on, utilise de l’eau pour stériliser, on constate qu’à température constante, le temps nécessaire pour diviser par dix la population bactérienne initiale est toujours le même. Ce qui est prévisible si on transforme la courbe exponentielle en droite et qu’on représente ce facteur temps sur un papier semi-logarithmique. (fig. 2)

Figure 2 : Temps de réduction décimal
Ce temps de réduction décimale est symbolisé par la lettre D et ne dépend que de la nature de l’agent infectieux. Pour la bactérie réputée la plus résistante à la chaleur, bacillus stearothermophilus, ce temps de réduction D à 121° C est de 1,5 mn.
6.7) 2e loi : efficacité de la température, loi d’Arrhenius, valeur d’inactivation thermique
On a, ce qui est prévisible une loi symétrique (étudiée par le savant hollandais) Expérimentalement, on a constaté qu’une élévation de 10°C réduisait de 1/10e la population bactérienne.
On s’intéresse à un paramètre symétrique, noté Z, valeur d’inactivation thermique (exprimé en degrés Celsius) qui est caractéristique de chaque espèce bactérienne. Toujours pour bacillus stearothermophilus, cette valeur d’inactivation thermique Z est de 10°C. On a une représentation similaire sur papier semi-logarithmique à celle du temps de réduction D (figure 3)

fig. 3 : Valeur d’inactivation thermique

6.8) Synthèse : la règle des « trois dix »
On peut résumer ces deux lois d’inactivation (thermique et décimale) par la phrase unique suivante :

« Tous les dix degrés ou toutes les dix minutes, la population bactérienne est réduite à 10% de sa valeur d’origine »

3) LE COUPLE TEMPERATURE-TEMPS
Cela a été vérifié au départ empiriquement, puis de façon plus scientifique. Ainsi, a t-on des valeurs équivalentes comme l’indique le tableau suivant :
TEMPERATURES 120° 125° 130° 134° 140°
TEMPS 60 mn 19 mn 6 mn 2,4 mn 0,6 mn

4) LA VALEUR STERILISATRICE

Comment évaluer simultanément température ET temps ? C’est le concept (récent) de valeur stérilisatrice qui a été développé par l’industrie américaine de la conserverie et qui a été étudiée en degrés Fahrenheit, d’où l’usage de la lettre F.
Ce concept a été introduit en France par l’ingénieur Galtier… dans une revue de pharmacie hospitalière.
On part au préalable d’un paramètre non décrit jusqu’à présent : le taux de létalité L qui indique l’efficacité relative d’une stérilisation à une température donnée.
Ce taux relatif découle des deux lois précédentes (temps et température)

On prend comme référence l’efficacité de la stérilisation à 121° C (ou120° C) pendant une minute à laquelle on attribue un taux de létalité relatif de 1, donc une valeur stérilisatrice de 1 mn (Le choix de 121°C correspond - pratiquement - à 250° F qui a été la référence pour les calculs américains)

A titre d’exemple, s’il faut une minute pour diviser par 10 une population bactérienne à 120° C, il ne faut plus que 0,1 minute à 130° C (valeur Z de 10° C).
La valeur stérilisatrice à 130° C est de 10 (10 fois plus efficace que 120° C)
La valeur stérilisatrice est la somme des effets stérilisants de tout le cycle de stérilisation.


Figure 4 : Représentation graphique de la valeur stérilisatrice et calcul de la surface
Sa formulation mathématique est un peu compliquée et s’exprime de la manière suivante :
F = 0
t L dt et se lit : « F = somme de zéro à t de Ldt » C’est bien la somme des taux de létalité (L) enregistrée à chaque fraction d’instant dt, du temps zéro à la fin du cycle t.