Airflow studies reveal strategies to reduce indoor transmission of COVID-19

Scientists studying the aerodynamics of infectious diseases share steps to stop transmission during indoor activities.

Wear a mask. Stay six feet away. Avoid large gatherings. As the world waits for a safe and effective vaccine, controlling the COVID-19[feminine la pandémie dépend du respect généralisé de ces directives de santé publique. Mais comme le temps froid oblige les gens à passer plus de temps à l’intérieur, bloquer la transmission des maladies deviendra plus difficile que jamais.

Lors de la 73e réunion annuelle de la Division de la dynamique des fluides de l’American Physical Society, les chercheurs ont présenté une série d’études portant sur l’aérodynamique des maladies infectieuses. Leurs résultats suggèrent des stratégies de réduction des risques basées sur une compréhension rigoureuse de la façon dont les particules infectieuses se mélangent à l’air dans les espaces confinés.

Les recherches au début de la pandémie se sont concentrées sur le rôle joué par les grosses gouttelettes à chute rapide produites par la toux et les éternuements. Cependant, des événements de super-épandeurs documentés ont laissé entendre que la transmission aérienne de minuscules particules provenant d’activités quotidiennes peut également être une voie d’infection dangereuse. Cinquante-trois des 61 chanteurs de l’État de Washington, par exemple, ont été infectés après une répétition chorale de 2,5 heures en mars. Sur 67 passagers qui ont passé deux heures dans un bus avec une personne infectée par le COVID-19 dans la province du Zhejiang, en Chine, 24 ont été testés positifs par la suite.

William Ristenpart, ingénieur chimiste à l’Université de Californie à Davis, a découvert que lorsque les gens parlent ou chantent fort, ils produisent un nombre considérablement plus grand de particules de l’ordre du micron que lorsqu’ils utilisent une voix normale. Les particules produites lors des cris, ont-ils constaté, dépassent largement le nombre produit lors de la toux. Chez les cobayes, ils ont observé que la grippe pouvait se propager à travers des particules de poussière contaminées. Si la même chose est vraie pour le SRAS-CoV-2, ont déclaré les chercheurs, alors les objets qui libèrent de la poussière contaminée – comme des tissus – peuvent poser un risque.

Abhishek Kumar, Jean Hertzberg et d’autres chercheurs de l’Université du Colorado, à Boulder, se sont concentrés sur la façon dont le virus pourrait se propager pendant les performances musicales. Ils ont discuté des résultats d’expériences conçues pour mesurer les émissions d’aérosols des instrumentistes.

«Tout le monde était très préoccupé par les flûtes au début, mais il s’avère que les flûtes ne génèrent pas beaucoup», a déclaré Hertzberg. D’autre part, les instruments comme les clarinettes et les hautbois, qui ont des surfaces vibrantes humides, ont tendance à produire des aérosols abondants. La bonne nouvelle, c’est qu’ils peuvent être contrôlés. «Lorsque vous placez un masque chirurgical sur la cloche d’une clarinette ou d’une trompette, cela réduit la quantité d’aérosols à des niveaux dans un ton de voix normal.»

Les ingénieurs dirigés par Ruichen He de l’Université du Minnesota ont étudié une stratégie similaire de réduction des risques dans leur étude du champ d’écoulement et des aérosols générés par divers instruments. Bien que le niveau des aérosols produits varie selon le musicien et l’instrument, ils se déplacent rarement à plus d’un pied. Sur la base de leurs résultats, les chercheurs ont conçu un modèle de sièges sensible à la pandémie pour les orchestres en direct et ont décrit où placer les filtres et les membres du public pour réduire les risques.

Alors que de nombreux employés autrefois confinés au bureau continuent de travailler à domicile, les employeurs explorent des moyens de rouvrir leur lieu de travail en toute sécurité en maintenant une distance sociale suffisante entre les individus. À l’aide de simulations bidimensionnelles qui modélisaient les personnes sous forme de particules, Kelby Kramer et Gerald Wang de l’Université Carnegie Mellon ont identifié des conditions qui permettraient d’éviter le surpeuplement et le brouillage dans des espaces confinés comme les couloirs.

Les déplacements vers et depuis les immeubles de bureaux dans les voitures particulières présentent également un risque d’infection. Kenny Breuer et ses collaborateurs de l’Université Brown ont effectué des simulations numériques de la façon dont l’air circule dans les cabines des voitures de tourisme afin d’identifier des stratégies susceptibles de réduire le risque d’infection. Si l’air entre et sort d’une pièce à des endroits éloignés des passagers, cela peut réduire le risque de transmission. Dans une voiture particulière, ont-ils dit, cela signifie ouvrir stratégiquement certaines fenêtres et en fermer d’autres.

AVEC les mathématiciens Martin Bazant et John Bush ont proposé une nouvelle directive de sécurité basée sur les modèles existants de transmission de maladies aéroportées pour identifier les niveaux maximums d’exposition dans une variété d’environnements intérieurs. Leur ligne directrice dépend d’une métrique appelée «temps d’exposition cumulé», qui est déterminée en multipliant le nombre de personnes dans une pièce par la durée de l’exposition. Le maximum dépend de la taille et du taux de ventilation de la pièce, du revêtement du visage de son occupant, du caractère infectieux des particules en aérosol et d’autres facteurs. Pour faciliter la mise en œuvre de la directive, les chercheurs ont travaillé avec l’ingénieur chimiste Kasim Khan pour concevoir une application et une feuille de calcul en ligne que les gens peuvent utiliser pour évaluer le risque de transmission dans divers contextes.

Comme Bazant et Bush l’ont écrit dans un article à paraître sur le travail, rester à six pieds de distance «offre peu de protection contre les gouttelettes d’aérosol contenant des agents pathogènes suffisamment petites pour être mélangées en continu dans un espace intérieur. Une meilleure compréhension, basée sur la dynamique de l’écoulement, de la façon dont les particules infectées se déplacent dans une pièce peut finalement aboutir à des stratégies plus intelligentes pour réduire la transmission.

Résumés en surbrillance

Chants, poussières et transmission des maladies aéroportées

La transmission de la grippe dans le modèle du cobaye est insensible à la vitesse du flux d’air de ventilation: preuve du rôle des fomites en aérosol

Les aérosols en performance

Évaluation des risques de transmission de maladies aéroportées pendant les jeux d’instruments à vent

Physique des flux des distanceurs sociaux: découverte de modèles dans les flux de piétons à l’ère pandémique à l’aide de simulations basées sur des particules

Flux d’air à l’intérieur des voitures de tourisme et implications pour la transmission des maladies aéroportées

Une ligne directrice pour limiter la transmission aérienne intérieure du COVID-19