Fonctionnement et utilisation de l’autoclave à vapeur

L’autoclave est un appareil de stérilisation qui joue un rôle indispensable dans la science et l’industrie, en garantissant que le matériel et les outils sont exempts de micro-organismes. Le fonctionnement d'un autoclave pour la stérilisation s'appuie essentiellement sur l'utilisation de la vapeur d'eau sous pression. Ce procédé permet d’atteindre la température nécessaire pour détruire les agents pathogènes.

Principe physique et étapes du cycle

Le principe général est basé sur l’action combinée de la chaleur et de la vapeur d’eau saturée sous pression. La pression permet d’augmenter la température de la vapeur d’eau comme dans une cocotte minute. L’autoclave permet ainsi de créer une atmosphère de vapeur d’eau sous pression et donc d’obtenir des températures allant jusqu’à 134°C. C’est cette chaleur humide qui « tue » les microorganismes présents.

Le cycle de stérilisation commence par l’évacuation de l’air de la chambre de stérilisation, qui est alors complètement remplie de vapeur d’eau saturée. La vapeur saturée transporte efficacement la chaleur. Lorsqu’elle entre en contact avec les surfaces froides des instruments, elle condense et libère une grande quantité d’énergie thermique. La phase « plateau » de stérilisation ne peut démarrer que lorsque la température et la pression se stabilisent aux valeurs requises.

Le cycle de stérilisation comprend plusieurs étapes essentielles : le prétraitement, la montée en température et pression, la phase de stérilisation proprement dite, puis la phase de séchage. La dernière phase du cycle de stérilisation est l’opération de séchage. Elle consiste, par un vide poussé prolongé, à évacuer au maximum la vapeur d’eau présente dans la chambre et dans la charge par une revaporisation de l’humidité contenue.

Composants et organes essentiels

Vapeur : la vapeur d'eau est ici la source de chaleur. Son admission est régulée par la pression et/ou la température dans l'autoclave.
Soupape d'échappement : une ou plusieurs soupapes jouent plusieurs rôles.
Échappement : il s'agit là de la purge de l'air en début de traitement puis de la remise à pression atmosphérique en fin de traitement.
Régulation : maintien de la pression de consigne dans l'autoclave.
Sécurité : sur tout autoclave une soupape est réglée pour s'ouvrir avant le dépassement de la pression admissible par l'appareil.
Condensats : une vanne permet d'éliminer régulièrement la vapeur qui s'est condensée (condensats) en donnant sa chaleur au produit.
Eau de refroidissement : en fin de traitement le refroidissement des produits est assuré par l'aspersion d'eau réfrigérée.
Air comprimé : en début de refroidissement la pression dans l'enceinte chute brusquement à cause de l'arrêt d'admission de vapeur et de la chute de température créée par l'eau froide.

Paramètres de stérilisation : température, temps, pénétration

Les paramètres typiques d'un autoclave incluent une température de fonctionnement de 121°C à 134°C et un temps de cycle de 15 à 30 minutes. Selon le manuel OMS, 15 minutes sont suffisantes pour détruire la plupart des agents biologiques lorsque la température de l’enceinte de l’autoclave est maintenue à 121°C. Dans la pratique, c’est plutôt 20 minutes à 121°C qui est le réglage utilisé.

La stérilisation à la vapeur est recommandée à +121, +126 ou +134°C, selon l'application. À titre d’indication, la norme britannique BS EN 285:1997 8.3.1 stipule : “La durée de rétention ne doit pas être inférieure à 15 min, 10 min et 3 min pour des températures de stérilisation de 121°C, 126°C et 134°C, respectivement.”

Mais pour obtenir ce résultat, trois paramètres doivent être maîtrisés : la température, le temps d’exposition et la qualité de pénétration de la vapeur. La clé de son efficacité réside dans la saturation complète de la vapeur d’eau à l’intérieur de la chambre de stérilisation de l’autoclave et dans l’élimination de l’air, ce qui permet à la vapeur de pénétrer efficacement dans tous les points de la charge à stériliser.

Efficacité et contrôle qualité

La vapeur est remarquablement efficace pour le transfert d’énergie thermique (par rapport à l’air sec) et peut stériliser une charge à 121°C en seulement 15 minutes. Tous les agents biologiques conventionnels peuvent être détruits par autoclavage, mais cette affirmation n'est vraie que si l'autoclave est correctement utilisé. Pour atteindre l'état stérile, il faut que tous les paramètres aient été scrupuleusement respectés.

Il est préférable d’utiliser un indicateur biologique ou chimique pour confirmer que l’autoclave a fonctionné correctement. Un ruban d’autoclavage peut également être positionné sur les éléments, avec des repères qui deviennent visibles une fois que les températures critiques sont atteintes. Néanmoins, contrairement à d’autres méthodes comme les indicateurs biologiques, le ruban d’autoclavage ne fournit pas de confirmation de stérilisation.

Le contrôle des cycles de stérilisation est également un aspect crucial dans l'utilisation d'un autoclave. Cela comprend le suivi de la pression, de la température, et le temps à chaque cycle, et la validation de ces paramètres pour chaque charge. Le test de Bowie-Dick permet de vérifier l’évacuation de l’air et la capacité de la vapeur à pénétrer dans une charge poreuse. Le test Helix permet de contrôler la pénétration de la vapeur dans les corps creux. Les indicateurs chimiques permettent de vérifier que certains paramètres du cycle ont été atteints.

Chargement, préparation et bonnes pratiques

Adopter de bonnes pratiques lors de l'utilisation et du chargement de l'autoclave est essentiel pour une stérilisation efficace. Cela comprend la désinfection préalable des instruments, le chargement correct de la cuve, respecter les durées de cycles prédéfinies, et le contrôle de la qualité de la stérilisation. Il est donc fondamental que la pression soit maintenue pendant toute la durée du procédé. Et pour que la stérilisation soit efficace, il faut que la vapeur d'eau pénètre partout : il ne faut donc pas de récipient ou de sacs fermés à l'intérieur d'un autoclave !

Un passage en autoclave ne suffit pas si les instruments n’ont pas été correctement préparés. Le nettoyage est indispensable avant la stérilisation. La chaîne de stérilisation commence dès la fin de l’utilisation du dispositif médical. Les instruments stérilisés doivent être conservés dans leur emballage intact, dans un endroit propre, sec, fermé et protégé de l’humidité.

Enfin, lors du déchargement de l’autoclave, veillez à vous éloigner afin que votre visage et votre corps soient le plus loin possible de la porte et de la vapeur. Il est également recommandé d’ouvrir la porte et d’attendre 10 minutes pour permettre aux éléments de refroidir, si possible.

Autoclavage de la verrerie de laboratoire : recommandations

La majorité des flacons de laboratoire en verre sont compatibles avec la stérilisation en autoclave. Avant l’autoclavage des flacons de laboratoire, il est important de prendre en compte la compatibilité des différents types de flacons et de verre. Les flacons en verre borosilicaté peuvent subir l’autoclavage en toute sécurité, car le matériau présente une très grande résistance aux chocs thermiques. L’autoclavage de flacons de laboratoire fabriqués à partir de chaux sodée ou de verre blanc présente un plus grand risque de casse.

Pour éviter les débordements, les récipients en verre ne doivent pas être remplis au-delà de 75 % de leur capacité nominale. Toutefois, la capacité de remplissage sécurisée dépend également de la nature du liquide. Les flacons en verre contenant de l’eau ou des tampons aqueux peuvent être remplis jusqu’à la ligne de remplissage nominale du récipient. Cependant, les flacons utilisés pour stériliser les milieux à base de gélose doivent uniquement être remplis à 50 % de leur capacité.

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Lors de la stérilisation ou de l’autoclavage des flacons, le bouchon à vis doit être desserré, soit d’un tour de vis maximum. Si les flacons ne sont pas correctement ventilés, le liquide qu’ils contiennent ne peut pas bouillir pendant la phase de refroidissement, et reste donc en surchauffe pendant une trop longue durée. Ne scellez jamais ni ne déplacez des récipients avec des liquides en surchauffe.

Pour les autoclaves traditionnels (sans compensation de pression), un bouchon ventilé présente une option plus sécurisée et pratique. Une régulation bilatérale de la pression a lieu par le biais de la membrane en ePTFE de 0,2 µm, tout en permettant au bouchon de rester hermétiquement fermé afin de réduire le risque de contamination à la fin du processus d’autoclavage.

Risques, sécurité et maintenance

Les autoclaves sont des appareils sous pression susceptibles d’exploser en cas de mauvais entretien ou de mauvaise utilisation. C’est pourquoi leur fabrication et leur utilisation sont soumises à une réglementation très stricte. Ils doivent être régulièrement contrôlés et le personnel amené à s’en servir doit obligatoirement suivre une formation spécifique. La formation à la conduite d’autoclaves permet au personnel de reconnaître les principaux composants sous pression, d’identifier les risques liés à la pression et à la température, et d’apprendre à manœuvrer l’autoclave en toute sécurité.

Les accidents les plus fréquents sont le jet de vapeur ou d’eau surchauffée et la projection d’éclats en cas de rupture brutale de l’enceinte ou des tuyauteries. Ces accidents peuvent se produire pendant le cycle (lorsque le couvercle ou la porte ne sont pas convenablement fermés ou verrouillés), ou encore à l’ouverture en fin de cycle (lorsqu’il reste une pression résiduelle de vapeur dans l'appareil). Le dégagement de vapeur d’eau brûlante peut également être à l’origine de brûlures très graves.

Une utilisation correcte et un entretien régulier sont essentiels pour maintenir l'efficacité d'un autoclave. Les procédures de maintenance comprennent le nettoyage de la chambre, la calibration de la pression et de la température, et le contrôle régulier de l'étanchéité de la porte. Ils doivent être régulièrement contrôlés et le personnel amené à s’en servir doit obligatoirement suivre une formation spécifique.

La stérilisation à l'hôpital

Limites et techniques alternatives

L’autoclavage n’est pas la seule méthode permettant d’effectuer une stérilisation ou une décontamination. De plus, il n’est pas possible de tout autoclaver. Il est ainsi interdit d’autoclaver des solvants, des composés chlorés (HCl et eau de Javel) ou autres produits corrosifs (comme le phénol, l’acide trichloracétique, l’éther, le chloroforme), du matériel contenant des composés de chimiothérapie, ou encore du matériel radioactif.

Pour les produits qui ne peuvent pas être autoclavés, il sera nécessaire d’utiliser une autre technique de stérilisation ou de décontamination. La décontamination chimique par exemple consiste à exposer un produit ou un dispositif à des produits chimiques bactéricides, virucides et fongicides. L’irradiation est une autre méthode, qui consiste à exposer un produit ou un dispositif à des radiations ionisantes. Enfin, il existe également un processus de stérilisation par conduction de chaleur (160°C pendant 2h ou 170°C pendant 1h20 dans un four).

Applications et importance

Dans l’industrie pharmaceutique, l’autoclave joue un rôle tout aussi essentiel. L’utilité de l’autoclave s’applique aussi à l’industrie alimentaire, où la sécurité des produits et leur durée de conservation sont de la plus haute importance. Dans le domaine de la biotechnologie, l’autoclave est indispensable pour la stérilisation des milieux de culture et des équipements de biotransformation. Enfin, l’autoclave joue un rôle crucial dans la gestion des déchets biologiques et dangereux.

Au centre des laboratoires de microbiologie et des installations de production de diverses industries, l’autoclave est le garant de la sécurité, de la pureté et de la précision. Loin d’être un simple accessoire, cet appareil permet d’éviter les contaminations, ce qui le rend indispensable pour garantir la validité des expériences scientifiques et la sécurité des produits pharmaceutiques et alimentaires.

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