Le cuivre, ses alliages et les épidémies

Un expert du cuivre et de ses alliages met en évi­dence les qua­li­tés peu connues de ce métal pour la san­té, notam­ment en matière de lutte contre les micro-organismes.

La période inso­lite de confi­ne­ment asso­ciée à la pan­dé­mie (Covid-19) que nous vivons en France depuis le 17 mars a fait émer­ger une mul­ti­tude d’experts auto­pro­cla­més et d’expertises molles. Nous illus­trons ici un autre type d’expertise fon­dée sur le retour d’expérience des épi­dé­mies pas­sées, qui nous rap­pellent que le cuivre peut jouer un rôle bar­rière dans la pro­pa­ga­tion des virus. On l’utilise comme fon­gi­cide, bac­té­ri­cide, viru­cide, sper­mi­cide, algi­cides, her­bi­cides et insec­ti­cides, soit sous forme de sels (sul­fates ou hydroxyde de cuivre) prin­ci­pa­le­ment dans le monde agri­cole, soit à l’état métal­lique. Ce métal a donc des pro­prié­tés inté­res­santes recon­nues de l’Antiquité à nos jours et uti­li­sées en méde­cine et en bio­lo­gie. Aujourd’hui, les alliages cui­vreux sont effi­caces contre les bac­té­ries tueuses. Des appli­ca­tions pro­met­teuses émergent dans le monde hospitalier.

Repères

Bien que l’homme ait décou­vert l’alliage cuivre-étain pen­dant l’Âge du bronze (3 500 ans avant J.C.), les pro­prié­tés bien­fai­trices du cuivre pour la san­té sont en fait connues depuis l’Antiquité et ce sont les Égyp­tiens qui l’ont uti­li­sé dans le domaine médi­cal. Les papy­rus d’Edwin Smith et d’Eber, qui cor­res­pondent aux plus vieux trai­tés de méde­cine de notre civi­li­sa­tion, en sont la preuve. Ils décrivent des tech­niques de dés­in­fec­tion de plaies au niveau de la poi­trine et des sys­tèmes de sté­ri­li­sa­tion de l’eau à l’aide de cuivre. Plus contem­po­rain, il a pu être obser­vé que les orfèvres du cuivre, concen­trés prin­ci­pa­le­ment dans le quar­tier Saint-Antoine à Paris, ont été rela­ti­ve­ment épar­gnés par les vagues de cho­lé­ra qui ont balayé l’Europe pen­dant la pre­mière moi­tié du XIX^e siècle.

Le cuivre au service de l’humanité

Depuis 2008, le cuivre et ses alliages sont consi­dé­rés par l’agence amé­ri­caine l’EPA (Envi­ron­men­tal Pro­tec­tion Agen­cy) comme un bio­cide, pro­duit capable de détruire, repous­ser ou rendre inof­fen­sifs les orga­nismes nui­sibles, par une action chi­mique ou bio­lo­gique. Le cuivre est donc le seul élé­ment métal­lique recon­nu capable de réduire la pro­li­fé­ra­tion de germes, bac­té­ries, virus, cham­pi­gnons, poten­tiel­le­ment res­pon­sables d’infections.

« Le cuivre est donc le seul élément métallique
reconnu capable de réduire la prolifération de germes, bactéries,
virus, champignons… »

En 1880, un chi­miste et un bota­niste bor­de­lais, Ulysse Gayon et Alexis Mil­lar­det, eurent l’idée d’utiliser du sul­fate de cuivre neu­tra­li­sé à la chaux afin de pro­té­ger les vignes de la région de Bor­deaux contre le mil­diou : la bouillie bor­de­laise était née. Celle-ci ser­vi­ra éga­le­ment pour lut­ter contre la tave­lure du pom­mier ou le mil­diou de la pomme de terre. Ce pro­duit fait actuel­le­ment par­tie des quelques sub­stances actives homo­lo­guées AB (agri­cul­ture bio­lo­gique) uti­li­sées comme pesticides.

En 1939 un méde­cin alle­mand, Wer­ner Han­gar­ter, a remar­qué que les tra­vailleurs des mines de cuivre de Fin­lande souf­fraient beau­coup moins d’arthrite tant qu’ils étaient en exer­cice, par rap­port à l’ensemble de la popu­la­tion, assez sujette aux rhu­ma­tismes. Ce constat fut à l’origine d’essais cli­niques à base de chlo­rure de cuivre et de sali­cy­late de sodium pour soi­gner des patients atteints de rhu­ma­tisme arti­cu­laire aigu, de la poly­ar­thrite rhu­ma­toïde ain­si que des scia­tiques. Cer­tains grands joueurs de golf, dont le regret­té Seve­ria­no Bal­les­te­ros, ont uti­li­sé des bra­ce­lets en cuivre pour leurs ver­tus anti­rhu­ma­tis­males et anti-inflam­ma­toires afin d’éviter, entre autres, les fameuses épi­con­dy­lites (infla­tion du ten­don du coude).

« L’utilisation des antibiotiques commence à montrer ses limites. »

Cepen­dant, avec le déve­lop­pe­ment révo­lu­tion­naire des anti­bio­tiques pour les trai­te­ments modernes des mala­dies patho­gènes, nous avons pro­gres­si­ve­ment délais­sé les ver­tus bio­cides du cuivre qui nous avaient bien ren­du ser­vice depuis l’Antiquité. Mais, comme toute tech­nique révo­lu­tion­naire, uti­li­sée de façon inten­sive à l’image du miracle qu’elle repré­sen­tait à nos yeux, celle-là com­mence à mon­trer ses limites, face à la résis­tance de plus en plus grandes de cer­tains micro-orga­nismes en per­pé­tuelle muta­tion afin de s’adapter à l’environnement dans lequel elles évo­luent. Cette situa­tion est d’autant plus pré­oc­cu­pante dans les hôpi­taux avec ces agents patho­gènes mul­ti-résis­tants à l’origine des mala­dies noso­co­miales. Face à ce constat et depuis la recon­nais­sance du cuivre et ses alliages par l’EPA en tant que bio­cide, l’utilisation du cuivre retrouve une place de plus en plus impor­tante dans la lutte contre la pro­pa­ga­tion des infec­tions dans notre quotidien.

Choix et efficacité des alliages cuivreux

La pro­cé­dure de vali­da­tion des nuances va être réa­li­sée par le biais de plu­sieurs tests, afin d’évaluer la force de nui­sance de l’alliage face à plu­sieurs bac­té­ries (sta­phy­lo­coc­cus aureus, ente­ro­bac­ter aero­genes, esche­ri­chia coli…) À ce jour, plus de 500 alliages cui­vreux ont été qua­li­fiés par l’EPA comme maté­riaux anti­bac­té­riens. On y trouve des lai­tons (Cu-Zn), des bronzes (Cu-Sn), des cupro-nickels (Cu-Ni), des maille­chorts (Cu-Zn-Ni). Pour le moment, le point com­mun pour l’ensemble des alliages vali­dés se situe dans pour­cen­tage de cuivre, qui doit être supé­rieur à 58 %. Cepen­dant, plus la teneur en cuivre est éle­vée, meilleure est l’action biocide.

Approches « mécanique et chimique »

Pour les dis­po­si­tifs à risques plus limi­tés, on choi­sit la com­po­si­tion de l’alliage cui­vreux en fonc­tion des condi­tions d’utilisation (efforts, envi­ron­ne­ment…) et des moyens de fabri­ca­tion envi­sa­gés. On s’intéressera donc : aux pro­prié­tés phy­siques (prin­ci­pa­le­ment la conduc­ti­vi­té élec­trique et ther­mique) ; aux pro­prié­tés méca­niques (la résis­tance méca­nique, l’allongement…) ; à la tenue à la cor­ro­sion en milieux cor­ro­sifs ; à l’aspect déco­ra­tif (les lai­tons et maille­chorts sont très uti­li­sés en bijou­te­rie, orfè­vre­rie et lunet­te­rie). La réac­ti­vi­té de sur­face des objets en cuivre va éga­le­ment jouer un rôle pré­pon­dé­rant, comme dans toutes inter­ac­tions phy­si­co-chi­miques de sur­face. Par consé­quent, il est for­te­ment décon­seillé : de recou­vrir le cuivre par des cires, laques, ver­nis ou tout autre revê­te­ment ; de ne pas effec­tuer un polis­sage trop pro­non­cé, qui réduit for­te­ment la rugo­si­té de l’objet et donc sa sur­face appa­rente capable de réagir avec le milieu.

Approche « biologique »

D’un point de vue épi­dé­mio­lo­gique, les méca­nismes anti­bac­té­riens du cuivre sont mul­tiples et com­plexes ; ils reposent sur l’endommagement de la mem­brane, la per­méa­tion du cuivre dans la cel­lule et l’endommagement ou la para­ly­sie de l’agent infec­tieux. Des contro­verses portent sur la pon­dé­ra­tion entre « l’effet tueur » ou « l’inactivation des microbes » par le cuivre.

En 2011, l’équipe du pro­fes­seur Grass a pro­po­sé un modèle glo­bal grou­pant les prin­ci­paux méca­nismes iden­ti­fiés à cette date, qui per­met de se faire une idée lorsque l’on n’est pas de la par­tie : endom­ma­ge­ment de la mem­brane (des ions for­més par dis­so­lu­tion du cuivre viennent per­tur­ber l’intégrité de l’enveloppe bac­té­rienne), la cel­lule se vide de son conte­nu cyto­plas­mique, per­méa­tion du cuivre (les ions cuivre Cu+ et Cu2+ pénètrent dans la cel­lule et induisent la for­ma­tion de ROS – espèces réac­tives oxy­gé­nées – par oxy­do-réduc­tion), libé­ra­tion et dégra­da­tion de l’ADN bac­té­rien sur la sur­face du pro­duit. L’efficacité du cuivre est fonc­tion du micro-orga­nisme contre lequel il faut lut­ter, de l’alliage, mais éga­le­ment de cer­tains para­mètres envi­ron­ne­men­taux tels que la tem­pé­ra­ture et le taux d’humidité.

« Les mécanismes antibactériens du cuivre sont multiples et complexes. »

Une tem­pé­ra­ture ambiante semble idéale pour per­mettre au cuivre de com­battre les agents patho­gènes. Il faut savoir que l’abaissement de la tem­pé­ra­ture d’un objet en cuivre conta­mi­né (ex. : lors d’une mise au réfri­gé­ra­teur) va entraî­ner une aug­men­ta­tion de la durée néces­saire pour éli­mi­ner l’agent infec­tieux. Des études menées à 22 °C ont mon­tré que la durée pour éli­mi­ner SARM de 10⁷ UFC (Colo­ny For­ming Unit/cm²) était de 45 à 90 mn. Ce temps est mul­ti­plié par un fac­teur quatre à 4 °C. 

Exemples de lutte contre des micro-organismes infectieux

Pour lut­ter contre la pro­pa­ga­tion des micro-orga­nismes infec­tieux, beau­coup d’établissements de san­té misent sur les gels hydro-alcoo­liques, le res­pect des gestes bar­rière et la dés­in­fec­tion inten­sive. Ces mesures per­mettent de lut­ter contre la pro­li­fé­ra­tion bac­té­rienne, sous condi­tion du res­pect des règles et d’un net­toyage très fré­quent afin de limi­ter au mieux les phé­no­mènes de reco­lo­ni­sa­tion qui inter­viennent après quelques heures. On ima­gine donc faci­le­ment que les idées asso­ciées à l’utilisation du cuivre per­met­tant de limi­ter à long terme la pro­li­fé­ra­tion des bac­té­ries et des virus sont nom­breuses dans le monde hos­pi­ta­lier, prin­ci­pa­le­ment dans les ser­vices de réani­ma­tion ou de soins intensifs.

Cela concerne le mobi­lier, les vête­ments ou les outils de tra­vail. Comme nous indique le site de la socié­té Ste­riall du groupe Bronze Indus­trie (https://www.steriall.com/fr/) basée à Suippes, « Après plus de trois ans d’études, l’URCA (Uni­ver­si­té de Reims-Cham­pagne-Ardennes) a publié ses résul­tats sur l’apport de la mise en place d’éléments d’architecture en alliage de cuivre en Ehpad/Marpa. Plus de 1000 poi­gnées et 1000 m de main cou­rante ont été ins­tal­lées pour cette étude dans 5 Ehpad/Marpa de la région Grand Est. Sur toute la durée de l’étude, plus de 1000 pré­lè­ve­ments de sur­face ont été réa­li­sés pour com­pa­rer la conta­mi­na­tion bac­té­rienne des sur­faces en alliage de cuivre aux sur­faces de réfé­rence. Une dimi­nu­tion majeure des conta­mi­na­tions bac­té­riennes sur les poi­gnées et les mains cou­rantes a été consta­tée, confir­mant l’efficacité des élé­ments d’architecture en alliage de cuivre comme outil de lutte contre le risque infectieux. »

La socié­té MetalS­kin Medi­cal basée à Neuilly sur Seine (https://metalskin.eu/) pro­pose de son côté une pein­ture com­po­site riche en cuivre, qui a éga­le­ment été tes­tée dans le monde hospitalier.

Bilan et perspectives

Bien que l’on connaisse les ver­tus sani­taires et médi­cales du cuivre depuis des mil­liers d’années et qu’on uti­lise pour la plu­part des sys­tèmes de dis­tri­bu­tion d’eau des cana­li­sa­tion en cuivre pour lut­ter contre la légio­nel­lose, l’émergence de bac­té­ries de plus en plus résis­tantes aux anti­bio­tiques dans les hôpi­taux et Ehpad et l’épisode de confi­ne­ment pla­né­taire asso­cié à la Covid-19 ont per­mis de réflé­chir davan­tage à l’utilisation du cuivre et ses alliages face à la pro­pa­ga­tion des microbes.

La recon­nais­sance du cuivre et de ses alliages comme bio­cide depuis 2008 par l’agence amé­ri­caine EPA a per­mis un déve­lop­pe­ment impor­tant de « pro­duits de contact » incor­po­rant plus de cuivre (poi­gnées, rampes, sty­los, sté­tho­scopes…) dans les hôpi­taux, les Ehpad, les can­tines col­lec­tives… C’est en 2015 que le Haut conseil de la san­té publique a four­ni, en France, un avis favo­rable rela­tif aux pro­prié­tés bio­cides du cuivre. L’utilisation du cuivre per­met d’améliorer la lutte contre les microbes et limite la pro­pa­ga­tion des micro-orga­nismes infec­tieux et inva­sifs à l’origine de nom­breuses mala­dies nosocomiales.

Cepen­dant ses nom­breuses appli­ca­tions, dans les espaces hos­pi­ta­liers ou autres, ne sont en aucun cas des solu­tions de sub­sti­tu­tion aux gestes bar­rières et aux pro­to­coles sani­taires ; il reste impé­ra­tif de mettre en place des actions ciblées visant à net­toyer et à dés­in­fec­ter. L’utilisation du cuivre, comme dans les centres hos­pi­ta­liers de Ram­bouillet et d’Amiens, devrait s’amplifier dans tous les lieux dits col­lec­tifs (éta­blis­se­ments sco­laires, res­tau­rants col­lec­tifs, Ehpad…).

Références bibliographiques

• Colin, « Éva­lua­tion de l’activité anti­bac­té­rienne d’éléments en alliages de cuivre dans des éta­blis­se­ments de san­té », thèse de l’université de Reims Cham­pagne-Ardenne, 29 mars 2019.
• HHA. Doll­wet, JRJ. Soren­son, « His­to­ric uses of cop­per com­pounds in medi­cine », Traces ele­ments in Medi­cine, 2^nd edi­tion, the Huma­na Press inc., 77, 1541–1547.
• Grass, C. Ren­sing, M. Solioz, « Metal­lic cop­per as an anti­mi­cro­bial. Applied and envi­ron­ne­men­tal micro­bio­lo­gy », 77(5), 1541–1547.
• Har­dy, S. Gos­sain, N. Dru­gan and all, « Rapid recon­ta­mi­na­tion with MRSA of the envi­ron­ment on an inten­sive care unit after decon­ta­mi­na­tion with hydro­gen per­oxide vapour », Jour­nal of hos­pi­tal Infec­tion, 66, 360–368.
• https://www.modeintextile.fr/
• Noyce, H. Michels, CW. Kee­vil, « Poten­tial use of cop­per sur­faces to reduce sur­vi­val of epi­de­mic methi­cil­lin-resis­tant sta­phy­lo­coc­cus aureus in the heal­th­care envi­ron­ment », Jour­nal of hos­pi­tal Infec­tion 63, 289–297.
• Talan­ti­kit, « Effets anti­bac­té­riens des nano­par­ti­cules de cuivre, oxyde de cuivre et oxyde de fer », thèse uni­ver­si­té de Mont­réal, décembre 2014.

Consul­tez notre dos­sier consa­cré à la crise de la Covid-19 dans La Jaune et la Rouge n° 758, octobre 2020

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