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A new study examines how airflow patterns inside a car’s passenger cabin can affect the transmission of SARS-CoV-2 and other airborne pathogens. Using computer simulations, the study examined the risk of aerosol particle sharing between a driver and passenger in different window configurations. Redder shades indicate more particles. The risk has been shown to be higher with closed windows (top left) and decrease with each window opening. The best case was to open all windows (bottom right). Credit: Breuer lab / Brown University
New study uses computer simulations to track airflows inside a car’s passenger cabin, offering potential strategies – some of them counterintuitive – to reduce the risk of disease transmission airborne.
A new study of airflow patterns inside a car’s passenger cabin offers some suggestions for potentially reducing the risk of COVID-19[feminine transmission tout en partageant des trajets avec d’autres.
L’étude, menée par une équipe de chercheurs de l’Université Brown, a utilisé des modèles informatiques pour simuler le flux d’air à l’intérieur d’une voiture compacte avec diverses combinaisons de fenêtres ouvertes ou fermées. Les simulations ont montré que l’ouverture des fenêtres – plus il y avait de fenêtres, mieux c’était – créait des modèles de flux d’air qui réduisaient considérablement la concentration de particules en suspension échangées entre un conducteur et un seul passager. Le dynamitage du système de ventilation de la voiture n’a pas fait circuler l’air aussi bien que quelques fenêtres ouvertes, ont découvert les chercheurs.
«Conduire avec les fenêtres ouvertes et la climatisation ou le chauffage allumés est certainement le pire des scénarios, selon nos simulations informatiques», a déclaré Asimanshu Das, étudiant diplômé de la Brown’s School of Engineering et co-auteur principal de la recherche. «Le meilleur scénario que nous ayons trouvé était d’ouvrir les quatre fenêtres, mais même en ouvrir une ou deux était bien mieux que de toutes les fermer.»
Das a codirigé la recherche avec Varghese Mathai, un ancien chercheur postdoctoral à Brown qui est maintenant professeur adjoint de physique à l’Université du Massachusetts à Amherst. L’étude est publiée dans la revue Progrès scientifiques.
Une étude publiée récemment dans Science Advances examine comment les modèles de circulation de l’air à l’intérieur de la cabine des passagers d’une voiture peuvent affecter la transmission du SRAS-CoV-2 et d’autres agents pathogènes aéroportés. Les simulations ont produit des résultats potentiellement contre-intuitifs. Par exemple, on pourrait s’attendre à ce que l’ouverture des fenêtres directement à côté de chaque occupant soit le moyen le plus simple de réduire l’exposition. Les simulations ont montré que, bien que cette configuration soit meilleure que l’absence de fenêtres du tout, elle comporte un risque d’exposition plus élevé par rapport à la pose de la fenêtre en face de chaque occupant. «Lorsque les fenêtres opposées aux occupants sont ouvertes, vous obtenez un flux qui pénètre dans la voiture derrière le conducteur, balaye la cabine derrière le passager, puis sort par la fenêtre avant côté passager», a déclaré Kenny Breuer, professeur d’ingénierie à Brown et un auteur principal de la recherche. «Ce modèle contribue à réduire la contamination croisée entre le conducteur et le passager.» Crédit: Breuer lab / Brown University
Les chercheurs soulignent qu’il n’y a aucun moyen d’éliminer complètement le risque – et, bien sûr, les directives actuelles des Centers for Disease Control (CDC) des États-Unis indiquent que reporter les voyages et rester à la maison est le meilleur moyen de protéger la santé personnelle et communautaire. Le but de l’étude était simplement d’étudier comment les changements dans le flux d’air à l’intérieur d’une voiture peuvent aggraver ou réduire le risque de transmission d’agents pathogènes.
Les modèles informatiques utilisés dans l’étude simulaient une voiture, vaguement basée sur une Toyota Prius, avec deux personnes à l’intérieur – un conducteur et un passager assis sur le siège arrière du côté opposé au conducteur. Les chercheurs ont choisi cette disposition des sièges car elle maximise la distance physique entre les deux personnes (bien que toujours inférieure aux 6 pieds recommandés par le CDC). Les modèles simulaient le flux d’air autour et à l’intérieur d’une voiture se déplaçant à 50 miles par heure, ainsi que le mouvement et la concentration d’aérosols provenant à la fois du conducteur et du passager. Les aérosols sont de minuscules particules qui peuvent persister dans l’air pendant de longues périodes. On pense qu’ils sont une manière dont le SRAS-CoV-2 le virus est transmis, en particulier dans des espaces clos.
Une partie de la raison pour laquelle l’ouverture des fenêtres est meilleure en termes de transmission d’aérosols est qu’elle augmente le nombre de changements d’air par heure (ACH) à l’intérieur de la voiture, ce qui contribue à réduire la concentration globale d’aérosols. Mais ACH n’était qu’une partie de l’histoire, disent les chercheurs. L’étude a montré que différentes combinaisons de fenêtres ouvertes créaient différents courants d’air à l’intérieur de la voiture qui pouvaient augmenter ou diminuer l’exposition aux aérosols restants.
En raison de la façon dont l’air circule à l’extérieur de la voiture, la pression de l’air près des vitres arrière a tendance à être supérieure à la pression au niveau des vitres avant. En conséquence, l’air a tendance à pénétrer dans la voiture par les vitres arrière et à sortir par les vitres avant. Avec toutes les fenêtres ouvertes, cette tendance crée deux flux plus ou moins indépendants de part et d’autre de la cabine. Étant donné que les occupants des simulations étaient assis de part et d’autre de la cabine, très peu de particules finissent par être transférées entre les deux. Le conducteur dans ce scénario court un risque légèrement plus élevé que le passager car le flux d’air moyen dans la voiture va de l’arrière vers l’avant, mais les deux occupants subissent un transfert de particules considérablement plus faible que tout autre scénario.
Les simulations pour des scénarios dans lesquels certaines fenêtres, mais pas toutes, sont abaissées, ont donné des résultats peut-être contre-intuitifs. Par exemple, on pourrait s’attendre à ce que l’ouverture des fenêtres directement à côté de chaque occupant soit le moyen le plus simple de réduire l’exposition. Les simulations ont montré que, bien que cette configuration soit meilleure que l’absence de fenêtres du tout, elle comporte un risque d’exposition plus élevé par rapport à la pose de la fenêtre en face de chaque occupant.
«Lorsque les fenêtres opposées aux occupants sont ouvertes, vous obtenez un flux qui pénètre dans la voiture derrière le conducteur, balaye la cabine derrière le passager, puis sort par la fenêtre avant côté passager», a déclaré Kenny Breuer, professeur d’ingénierie à Brown et un auteur principal de la recherche. «Ce modèle contribue à réduire la contamination croisée entre le conducteur et le passager.»
Il est important de noter, selon les chercheurs, que les ajustements du débit d’air ne remplacent pas le port d’un masque par les deux occupants lorsqu’ils sont à l’intérieur d’une voiture. Et les résultats se limitent à une exposition potentielle à des aérosols persistants pouvant contenir des agents pathogènes. L’étude n’a pas modélisé de plus grosses gouttelettes respiratoires ni le risque d’être réellement infecté par le virus.
Pourtant, les chercheurs affirment que l’étude fournit de nouvelles informations précieuses sur les modèles de circulation de l’air à l’intérieur de l’habitacle d’une voiture – quelque chose qui avait reçu peu d’attention auparavant.
«C’est la première étude dont nous ayons connaissance qui a vraiment examiné le microclimat à l’intérieur d’une voiture», a déclaré Breuer. «Certaines études ont examiné la quantité de pollution externe qui pénètre dans une voiture ou la durée pendant laquelle la fumée de cigarette persiste dans une voiture. Mais c’est la première fois que quiconque examine en détail les modèles de flux d’air. »
La recherche est née d’un groupe de travail de recherche sur le COVID-19 établi à Brown pour recueillir l’expertise de toute l’Université afin de traiter des aspects très variés de la pandémie. Jeffrey Bailey, professeur agrégé de pathologie et de médecine de laboratoire et co-auteur de l’étude sur les flux d’air, dirige le groupe. Bailey a été impressionné par la rapidité avec laquelle les recherches ont abouti, Mathai suggérant l’utilisation de simulations informatiques qui pourraient être effectuées pendant que les recherches en laboratoire à Brown étaient suspendues pour la pandémie.
«C’est vraiment un excellent exemple de la façon dont différentes disciplines peuvent se rassembler rapidement et produire des résultats précieux», a déclaré Bailey. «J’ai brièvement parlé à Kenny de cette idée, et en trois ou quatre jours, son équipe faisait déjà des tests préliminaires. C’est l’un des avantages d’être dans un endroit comme Brown, où les gens sont désireux de collaborer et de travailler dans plusieurs disciplines.
Référence: «Flux d’air à l’intérieur des voitures particulières et implications pour la transmission des maladies aéroportées» par Varghese Mathai, Asimanshu Das, Jeffrey A. Bailey et Kenneth Breuer, 4 décembre 2020, Progrès scientifiques.
DOI: 10.1126 / sciadv.abe0166
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