Les moisissures :
nature, biologie et contamination

Mme Marie- France Roquebert
Professeur *, Muséum national d'histoire naturelle
Juin 1997

1. Qu'est-ce qu'une moisissure?

Le terme de "moisissures" n'a pas réellement de signification systématique; il désigne tous les champignons microscopiques qui intéressent l'économie et l'environnement humains, de façon bénéfique ou néfaste.

Les moisissures sont donc des champignons et ont fondamentalement, les caractères de ces organismes.

Ce sont des Eucaryotes avec des noyaux typiques entourés d'une membrane et contenant des chromosomes. Ce caractère les différencie des Bactéries qui sont des Procaryotes avec un chromosome libre à l'intérieur de la cellule.

Elles sont hétérotrophes car elles ne peuvent pas, comme les plantes vertes, synthétiser la matière organique à partir du gaz carbonique atmosphérique. Elles doivent donc puiser dans le milieu ambiant l'eau, les substances nutritives et les éléments minéraux nécessaires à la synthèse de leur propre matière. Elles les absorbent à travers la paroi de leur appareil végétatif. On dit quíelles sont absorbotrophes.

Toutes les moisissures sont saprophytes se développant sur et au détriment de matériaux inertes très variés (papiers, bois, aliments...). Certaines peuvent être "opportunistes", c'est à dire que, bien que naturellement saprophytes, elles peuvent dans certains cas se comporter en parasites, se développer sur des organismes vivants animaux ou végétaux dont les défenses sont affaiblies, les tuer et finalement passer à un développement saprophyte.

Le développement normal díune moisissure comprend une phase végétative de croissance et de nutrition, et presque simultanément, une phase reproductive au cours de laquelle se forment des spores qui assurent la dispersion. La germination des spores est à líorigine de la forme végétative.

2. Comment se développent-elles ?

2.1 Mode de développement

L'appareil végétatif, qui permet la croissance et le développement, est composé de filaments appelés hyphes dont l'ensemble constitue un réseau: le mycélium. Celui-ci est parfois visible sous forme de petites tâches colorées à la surface de substrats moisis. Il va à la recherche de ses aliments, dégrade le support par émission d'enzymes et d'acides, en transforme les composants à l'intérieur de la cellule et rejette les déchets à l'extérieur, ou les stocke. La dégradation du substrat peut être infime ou considérable, selon l'adaptation spécifique du champignon, la durée et les conditions de son développement. Cette activité de dégradation est cause de la déterioration des supports.

La colonisation du susbstrat est donc réalisée par extension et ramification des hyphes. L'accroissement de celles-ci s'effectue par le sommet, ou apex, où s'effectue l'essentiel des réactions de synthèse et dégradation du métabolisme dit "primaire", indispensable à la construction de la cellule du champignon. Les régions apicales des hyphes sont caractérisées par la présence de nombreuses vésicules cytoplasmiques contenant les enzymes et les précurseurs de synthèses de nouveaux polymères. Les produits du métabolisme "secondaire" non indispensable au fonctionnement de la cellule, sont plutôt stockés en région subapicale. Les métabolites secondaires les plus connus sont les pigments, les antibiotiques, les mycotoxines...

Les hyphes sont appliquées sur le substrat ou parfois immergées dans celui-ci. Elles absorbent, à travers leur paroi, l'eau, les substances nutritives et les ions qui y sont contenus. Cette fonction implique une perméabilité pariétale qui diminue de l'apex vers les zones plus agées. Dans les zones actives il y a en permanence des échanges entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.

Au point de vue structural les sont des sortes de tuyaux contenant le cytoplasme, les noyaux et autres organites cellulaires. Elles sont généralement cloisonnées. Dans les parties jeunes du mycélium les cloisons sont percées de pores qui permettent le passage du contenu cellulaire d'un compartiment à l'autre. Dans les parties les plus âgées, les cloisons sont fermées, isolant les parties en voie de dégénérescence des parties actives.

Représentation schématique des différents compartiments de l'hyphe
et de leur contribution à son développement fonctionnel
D'après Cooke R.C. et Whipps, 1993

2.2 Conditions de développement

Bien qu'elles soient relativement peu exigeantes, un certain nombre de facteurs, nutritifs et environnementaux, doivent être réunis pour que les moisissures se développent.

Les principaux facteurs de développement sont

Les éléments nutritifs

Les plus importants sont le Carbone et l'Azote, utilisés sous forme de composés organiques, et des ions minéraux (Potassium, Phosphore, Magnesium ...) en quantités très faibles.

Certains produits, les acides aminés par exemple, peuvent pénétrer dans la cellule sans transformation tandis que d'autres tels que l'amidon, la cellulose, les protéines... doivent être transformés préalablement par le champignon avant d'être absorbés. Cette transformation nécessite, de la part de la moisissure, un équipement enzymatique adapté, souvent caractéristique des espèces. Un Trichoderma par exemple dégradera la cellulose tandisqu'un Scopulariopsis sera plus actif sur un support de nature protéique. De toutes façons les quantités nécessaires et suffisantes au développement des moisissures sont extrêmement faibles.

Les facteurs de l'environnement

À la différence des substances nutritives qui sont toujours beaucoup plus abondantes que ne le nécessite le développement des moisisures, les facteurs physiques de l'environnement (humidité, température, oxygène...) constituent un élément déterminant pour son initiation.

Parmi ceux-ci, le plus important est l'humidité.

Tout le monde sait que les moisissures apparaissent après un accroissement accidentel de l'humidité. En effet, la quantité d'eau disponible dans le substrat et l'ambiance environnante est très importante pour initier leur développement. Il y a échange permanent entre l'environnement et le support jusqu'à atteindre un point d'équilibre à la surface de ce dernier où pourra se développer la moisissure ( pour les aliments, cette valeur est définie comme l'activité de l'eau ou aw; elle est approximativement inverse de l'humidité relative).

L'humidité relative minimum pour que commencent à se développer certaines moisissures peu nombreuses, dites xérophiles, est de 65-70 % (Eurotium -Aspergillus du groupe glaucus). Au fur et à mesure que l'humidité augmente s'installent ensuite des moisissures différentes, de plus en plus nombreuses vers 80-90%. Ainsi selon l'espèce identifiée sur un substrat on peut approximativement définir l'évolution de l'humidité relative de celui-ci. La seule façon d'éviter le développement de contaminants fongiques est donc bien de maintenir une hygrométrie faible dans l'environnement.

Survie des microorganismes en relation avec l'aw
(sur aliments pollués)
D'après Richard-Molard, 1986

- Température

La plupart des champignons, surtout les moisissures, sont mésophiles c'est à dire qu'ils se développent autour de 20- 25°C, température moyenne habituelle des aires de stokage non climatisées sous les latitudes européennes. Cependant il peut y avoir des particularités pour certaines espèces et c'est ainsi que l'on définit des températures cardinales qui sont les températures minimales, optimales et maximales de croissance.

Exigences thermiques
pour le développement de moisissures

MÉSOPHILES
Maximum	< 50° C
Minimum	> 0° C
Optimum	15-30° C
THERMOPHILES
Maximum	50° C
Minimum	20° C
Optimum	35-40° C
THERMOTOLERANTS
Maximum	50° C
Minimum	> 0° C
Optimum	15-40° C
PSYCHROPHILES
Maximum	20° C
Minimum	< 0° C
Optimum	0-17° C

La plupart des moisissures sont mésophiles

- Oxygène

Les champignons sont des organismes aérobies. Cependant, certains tolèrent des quantités relativement faibles d'Oxygène et peuvent même se développer en anaérobiose avec production díéthanol et díacides organiques. Le métabolisme des champignons peut être modifié selon la teneur en oxygène environemental; par exemple la production de mycotoxines (patuline et acide penicillique) décroit considérablement en conditions díoxygénation faible (Samson et al., 1988).

- pH

Les champignons sont peu sensibles au pH du milieu. Ils se développent entre 4,5 et 8 avec un optimum entre 5,5 et 7,5. Certaines espèces (Aspergillus niger) peuvent se développer jusqu'à 1,7 et 2. Cette faculté de se développer en milieu acide permet de les séparer des bactéries pour l'isolement

3. Comment se multiplient-elles ?

Après un certain temps de développement, les moisissures comme tous les champignons et autres êtres vivants, doivent se reproduire, puis se propager pour aller coloniser d'autres substrats.

Elles se multiplient par des spores, minuscules particules vivantes (3-5 mm pour la plupart) d'origine sexuée et/ou asexuée. Ce sont des cellules deshydratées au métabolisme réduit, entourées de parois protectrices épaisses qui les isolent du milieu ambiant. Elles sont produites en très grand nombre; par exemple un sporophore de Serpula lacrymans (plus connue sous le nom de mérule) peut produire en moyenne 3000 spores par mm2 et Puccinia graminis champignon microscopique parasite des graminées, produit 2,5 10 7 spores par m2 (Gregory, 1961). Elles peuvent survivre très longtemps, plusieurs mois à plusieurs années. C'est sous cette forme qu'elles sont dispersées puis se déposent sur des supports nouveaux. Lorsque les conditions environnementales deviennent favorables (augmentation de l'humidité principalement), elles germent, comme des graines, et redonnent du mycélium qui reformera, à son tour, des spores. Certaines nécessitent un stimulus, généralement thermique, pour germer (Madelin, 1966) De simples petits fragements de mycélium peuvent également se régénérer et redonner une colonie.

Les spores se forment à partir du mycélium selon des processus plus ou moins différenciés mais en tous cas très variés. Elles peuvent être solitaires, groupées en chaînes ou en têtes, portées à la surface du mycélium ou contenues dans des enveloppes cellulaires L'identification des moisissures repose principalement sur leur mode de formation et de groupement sur le mycélium.

Différents modes de groupement des spores de moisissures

Dans la mesure où toutes les espèces n'ont pas les mêmes caractères physiologiques ni les mêmes exigences écologiques, leur identification précise est très importante; elle peut donner des indications précieuses sur l'origine de la contamination et, par suite permettre d'adapter un traitement efficace.

4. En quoi et comment sont-elles dangereuses pour les objets ?

Les moisissures sont agressives et dégradantes seulement sous leur forme mycélienne c'est à dire lorsqu'elles se développent parce que les conditions environnementales sont favorables. Sous la forme de spores elles peuvent se disperser très largement et contaminer, mais sont inertes aussi longtemps que l'environnement ne permet pas leur développement.

Il y a donc lieu de bien séparer les phénomènes de contamination par des spores qui ne causent pas de dégâts immédiats mais constituent un grand danger potentiel, de la dégradation qui est la phase active due à du mycélium en expansion.

En effet, nous avons vu que les moisissures doivent puiser dans le substrat les aliments nécessaires à leur développement. Pour accomplir cette tâche elles transforment, prédigèrent, les aliments complexes qui les entourent, en éléments plus simples, assimilables et transférables à travers leur paroi. Cette digestion s'effectue par production et émission d'enzymes (cellulases, ligninases, pectinases etc) ou d'acides. Mais ce mécanisme de digestion, bénéfique pour la cellule fongique est néfaste pour le support, qu'il s'agisse d'un papier dont la cellulose sera dégradée, d'un objet en bois dont la lignine sera décomposée ou d'un aliment qui sera avarié ou chargé en toxines. En progressant le mycélium peut ainsi altérer de grandes quantités de matériaux. Sans atteindre un niveau de dégradation profonde qui nécessite un long temps de croissance, le simple développement d'une petite colonie superficielle peut, selon la nature du support, causer une altération.

5. Comment s'effectue la contamination,
étape primordiale de la dégradation ?

5.1 Dispersion

Les spores sont donc formées par le mycélium en grand nombre. Le moindre petit choc, frôlement, ou courant d'air les détache et les emporte. L'ambiance extérieure comme celle des locaux d'habitation, contient toujours des spores en suspension, en quantité plus ou moins grande selon la saison, la présence d'objets ou de murs moisis, par exemple, qui émettent des spores. Les principales espèces rencontrées dans l'ambiance appartiennent aux genres Penicillium, Aspergillus et Cladosporium.

Cependant, des travaux récents que nous avons menés dans des bibliothèques et réserves d'objets d'art montrent que les espèces présentes dans l'ambiance ne correspondent pas toujours à celles qui sont sur les objets.

Aspergillus niger

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A. penicillioides

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A. versicolor

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Penicillium
aurantiogriseum

***

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P. brevicompactum

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P. chrysogenum

***

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P. citrinum

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P. corylophilum

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P. expansum

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P. glabrum

***

P. spinulosum

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P. viridicatum

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Alternaria tenuissima

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Cladosporium
herbarum

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Cladosporium
cladosporioides

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Mucor racemosus

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Trichoderma
harzianum

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Acremonium strictum

Chaetomium globosum

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Doratomyces sp

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Fusarium sp

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Humicola fusco-atra

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Phoma herbarum

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Paecilomyces variotii

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Phialophora richardsiae

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Sporotrichum
aurantiacum

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Différents contaminants rencontrés dans l'atmosphère et sur les supports d'une réserve

Que se passe-t-il donc ?

Le mode de dispersion et de transfert des spores n'est pas le même pour toutes les espèces. Certaines spores, appelées gloeiospores ont une paroi épaise de consistance humide et restent collées entr'elles par un mucus (Acremonium sp, Exophiala sp...); de ce fait elles forment des amas plus lourds difficilement transportables par l'air. Elles seront véhiculées au niveau des substrats par contact, par des insectes, par l'eau mais rarement par l'air (Acremonium sp, Exophiala sp, Chaetomium sp) (Heineman et al., 1994). D'autres espèces par contre, ont des spores à parois sèches (xérospores), facilement dissociables et légères. Elles pourront être en suspension dans l'air et aisaiment dispersées par les courants d'air. C'est le cas des Penicillium et Cladosporium que l'on trouve en grand nombre dans l'environnement.

Mesophilic fungi

847

40

56

Thermophilic fungi

10

<1

<1

Thermoactinomycetes

4

<1

1

Bacteria - 25·C

1774

589

883

Bacteria - 37·C

392

563

841

Contamination de l'ambiance de pièces (bureaux) avec air conditionné.
D'après Heinemann et al., 1994.

Xerospores et gloeiospores ont , en outre, des caractéristiques physiques et physiologiques qui peuvent expliquer leurs différences de comportement (Wakefield and Bisby, 1941, Gregory, 1961 et Madelin, 1966).

5.2 Sédimentation

Lorsque cessent les mouvements d'air, les spores de l'atmosphère sédimentent à une vitesse qui dépend de leur forme, de leur ornementation, de leur taille (Al-Doory, 1984) mais aussi du degré d'hygrométrie et de l'intensité des mouvements de l'air. En atmosphère calme, la décantation est très rapide, environ 35 minutes pour atteindre le niveau zéro.

Diminution du nombre de spores dispersés dans l'atmosphère
en fonction du temps (isolement sur milieu DG18)
D'après Flannigan et al.., 1994

Des prélèvements d'air effectués à 3 niveaux (0,5, 1,5 et 2m) en 20 points d'une réserve de bibliothèque montrent qu'effectivement la densité la plus forte se trouve, d'une façon générale, au niveau inférieur (0,5 m ) et la plus faible au niveau supérieur (2m).

Cette observation confirme que les spores de l'atmosphère, dans une pièce calme, ont tendance à descendre verticalement et à se déposer sur les surfaces qu'elles rencontrent. Elles y constituent un inocculum important que ne détectent pas toujours les analyses d'air mais qui est susceptible díentrer en croissance si les facteurs environnementaux le permettent.

En conclusion, la connaissance des caractères généraux du comportement des moisissures peut aider à éviter et à maîtriser les contaminations indésirables.

Il apparaît alors très important de prendre en compte la diversité et les particularités des espèces tant pour leurs activités physiologiques et enzymatiques que pour leurs modes de dispersion et de sédimentation liés à des morphologies et à des constitutions pariétales différentes.

Une prévention et des traitements curatifs efficaces dépendent de ces observations.

6. Bibliographie

1 Al Doory Y and J.F. Domson- 1984. Mould allergy. Lea and Febiger Ed. Philadelphia.

2 Gregory P.H.- 1961.Microbiology of the atmosphere. John Wiley and sons, N.Y..

3 Heineman S., Beguin H. and Nolard N.- 1994. Biocontamination in airconditionning. In " Health implications of fungi in indoor environments.

4 R.A. Samson, B. Flannigan, M.E. Flannigan, A.P. Verhoeff, O.C.G. Adan and E.S. Hoekstra Ed., Elsevier, Amsterdam.

5 Madelin M.F., 1966. The fungus spore. Butterworths Ed. London.

6 Samson R.A. and Hoekstra E.S.- 1988. Introduction to food -borne fongi. CBS Ed., Baarn, Hollande.

7 Wakefield D. and Bisby G. R. - 1941, Trans. brit. Myc. Soc. 25:50.

Muséum National d'Histoire Naturelle, Laboratoire de Cryptogamie,
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