Comprendre comment une contamination aéroportée du Covid-19 et d’autres virus respiratoires survie et flotte plusieurs heures voir plusieurs jours dans l’air, est vital pour augmenter la biosécurité des locaux accueillant le public.
Appréhender le mécanisme de diffusion des virus respiratoires dans l’air, et savoir les collecter et les détecter, contribuera à réduire le risque de transmission aéroporté à travers le système de ventilation et l’aéraulique des locaux.
Quel évènement grave en 2003 a démontré que le risque de contamination aéroportée des virus respiratoires et du coronavirus en particulier dans les batiments n’était pas à prendre à la légère?
Les aérosols de coronavirus vecteurs de contamination en 2003.
Dès 2003, lors de l’épidémie du Sras à Hong Kong, des études ont montré le rôle joué par des aérosols biologiques transportés par des vents dominants dans la contamination aéroportée du SRAS à partir d’un bâtiment infecté vers d’autres immeubles voisins d’un complexe d’immeubles, Amoy Gardens, à Hong-Kong.
L'émission respiratoire vecteur de contamination aéroportée du Covid-19.
Il a fallu la pandémie du Covid-19, pour comprendre le rôle joué par les émissions respiratoires des personnes contaminées symptomatiques ou asymptomatique du Sars-Cov-2.
Une partie non négligeable des particules respiratoires, émises par la respiration, la parole, le chant, l’éternuement, la toux, et les cris produisent des émissions de l’ordre du micron ou inférieure au micron qui restent très longtemps en suspension dans l’air. Mais pendant combien de temps?
Une vidéo de la télévision japonaise NHK nous fait découvir ces particules en suspension et répond à la question.
Contamination aéroportée du Covid-19 des heures en suspension en milieu confiné.
Cette vidéo de la télévision japonaise NHK sous-titrée en anglais met en évitence les microparticules émises durant une conversation ou lors d’un éternuement pouvant être contaminées par le Covid-19 (source vidéo NHK Japon)
La taille aérodynamique de la plupart des particules émises lorsqu’une personne respire varient entre 0,1 micron et 10 microns (1). Les micro-gouttelettes présentes dans une contamination aéroportée du Covid-19, contiennent de l’eau qui s’évapore très rapidement. Cette évaporation de l’eau diminue considérablement la taille de ces microgoutelettes. Ces particules vont ainsi pouvoir flotter pendant des heures voire des jours dans les flux d’air et devenir importants des vecteurs de contamination.
Mais ces émissions respiratoires peuvent-elles rester longtemps contagieuses? Voyons ce que révèlent certaines études scientifiques à ce sujet.
Les aérosols du Covid-19 survivent plusieurs heures voire plusieurs jours en milieu confiné.
Nous manquions de données sur la survie du Covid-19 dans les aérosols mais une étude américaine par des virologistes confirme que le coronavirus Sars-Cov-2 conserve sa viabilité. Cependant les tests de survie des virions Covid-19 dans les aérosols ont été arrêtés au bout de 3 heures, mais les coronavirus peuvent survivre bien plus longtemps (2).
En milieu confiné, tels que les hopîtaux, les maisons de retraite, les écoles, ou les immeubles de bureaux, en avion ou dans les navires de croisières, la collecte des aérosols de Covid-19 prend tout son sens, permettant de gagner des jours pour la prise de mesures prophylactiques, et prévenir l’extension de clusters de contamination.
Les contaminations des virus respiratoires ont longtemps été minimisées, pourtant leur surveillance est importante. Quels virus respiratoires sont aussi à surveiller?
Les autres virus respiratoires dans les aérosols biologiques.
Mais qu’est-ce-qui permet à une contamination aéroportée du Covid-19 et d’autres virus respiratoires de rester aussi longtemps en suspension dans l’air sans sédimenter? 3 facteurs vont influer sur la flottabilité des émissions respiratoires.
3 facteurs permettent aux émissions respiratoires virales de flotter dans l'air
La vitesse de circulation de l’air: peut contrecarrer la vitesse de sédimentation de la particule respiratoire et prolonger son temps de séjour dans l’air.
La diamètre aérodynamique des particules respiratoires: plus le diamètre se réduit, plus ces particules restent longtemps voire indéfiniment en suspension dans l’air.
L’hygrométrie et la température qui peuvent accélérer l’évaporation des molécules d’eau contenues dans les particules respiratoires. Cette évaportation réduit considérablement la taille et le poids de ces particules transformées en noyaux de condensation ou “droplets nuclei.
Que sont ces droplets nuclei, et quel est leur rôle dans les aérosols respiratoires?
Le droplets nuclei principal vecteur d'une contamination aéroportée du Covid-19 et des autres virus respiratoires.
Qu'est ce qu'un "droplet nuclei" ou noyau de condensation?
Les “droplet nuclei ” ou noyaux de condensation sont des microgouttelettes qui suite au phénomène d’évaporation ont perdu une grosse partie de leurs molécules d’eau et se sont réduites en taille et perdu en poid devenant de toutes petites particules (entre 0.1 à 5 microns de diamètre)
Quel est rôle des droplets nuclei dans la contamination aéroportée provenant des émissions respiratoires?
Les émissions respiratoires humaines libérées par la respiration, la parole, les éternuements, la toux, les cris et le chant sont des microgouttelettes contenant des molécules d’eau, des protéines salivaires, des sels et d’autres composants, tels que des surfactants.
En fonction des conditions environnementales, ces gouttelettes respiratoires perdent très rapidement leurs molécules d’eau, ce qui réduit considérablement leur diamètre aérodynamique et leur poids…
Ces rétrécissements dus à l’évaporation contribuent fortement à maintenir ces noyaux de gouttelettes en suspension dans l’air, et peuvent se propager à grande distance, en fonction de la vitesse du flux d’air intérieur ou de la vitesse du vent extérieur, tel qu’illustré à gauche.
On estime que le diamètre aérodynamique des droplets nuclei du Sars-Cov-2, sont inférieures à 5 microns. Plus précisément, la plupart de ces droplets nuclei peuvent être inférieures au micron, et d’autres avoisiner 0.1 micron. Prélever ces petites tailles dans l’air est un véritable défi.
Mais qu’est ce qui va contribuer à la survie des virus respiratoires et du Sars-Cov-2 en particulier, dans les “droplets nuclei”?
4 facteurs augmentent ou réduisent la survie des virus respiratoires dans l'air.
La bouffée de gaz humide émise avec les émissions respiratoires.
L’hygrométrie de l’air ambiant.
La température de l’air .
La composition organique de la particule respiratoire.
Si des facteurs favorisent la survie et la flottabilité des virus respiratoires dans l’air, quel est l’intérêt d’être capable de les prélever?
Une biocollecte des virus respiratoires dans l'air qui prend tout son sens...
En milieu confiné, tels que les hopîtaux, les maisons de retraite, les écoles, ou les immeubles de bureaux, en avion ou dans les navires de croisières, la collecte des aérosols de Covid-19 prend tout son sens, permettant de gagner des jours pour la prise de mesures prophylactiques, et prévenir l’extension de clusters de contamination.
Pour autant quelle technologie de biocollecte serait indiquée pour la collecte des bioaérosols viraux dans l’air intérieur? Comment le savoir?
Quels autres virus respiratoires surveiller dans les aérosols biologiques?
On ne peut détecter que ce que l'on sait prélever...
Il en va de même pour le coronavirus Covid-19 et les autres virus respiratoires. On ne peut pas détecter les virus respiratoires dans les aérosols si on ne sait quelle technologie utiliser pour le prélever efficacement dans l’air dans l’air. Il est donc vital de comprendre quels sont les critères que doivent remplir les biocollecteurs pour prélever efficacement le Sars-Cov-2 (Covid-19) et les autres virus respiratoires aéroportés. Voyons certains de ces critères.
5 critères à remplir par les biocollecteurs pour les virus respiratoires dans l'air.
Etre capable de collecter une vaste gamme de tailles différentes de microparticules dans l’air:
Cette gamme peut varier de plusieurs de dizaines de microns, aux droplet nuclei approchant les 100 nanomètres.
Ne pas relarguer les microorganismes, y compris les virus déjà collectés:
Si une technologie de biocollecte liquide est choisie, elle doit compenser automatiquement le taux d’évaporation afin que le volume d’échantillonnage reste le même, peut importe le taux d’hygrométrie et la température ambiante. Sinon, le taux d’évaporation diminuera rapidement le volume du liquide d’échantillonnage et r ré-aérosolisera les virus collectés dans le flux d’air sortant du biocollecteur.
Préserver l’intégrité physique des virus collectés:
Certaines vitesse de flux entrant et d’impact sont particulièrement dommageable à l’intégrité des virus respiratoires, que le biocollecteur devra réduire pour mieux préserver sa viabilité.
Prélever un volume suffisamment réprésentatif:
La présence diffuse de particules virales du Covid-19 (Sars-Cov-2) nécessite que les biocollecteurs d’aérosols puissent prélever des volumes suffisamment important. Cette biocollecte est uniquement réalisable à haut débit
- soit par des cycloneurs liquides
- soit par des technologies de filtration.
Etre complètement et facilement décontaminable:
La plupart des biocollecteurs à haut débit n’ont pas été conçus pour cela et ne permettent pas l’accès facile à la chambre de ventilation, ni au parties internes où circulent les flux d’air. Ce qui est un problème pour la biosécurité des prélèvements et pour le risque de relargage par des virions provenant de prélèvements antérieurs. Tout le monde ne dispose pas de techniques de décontamination gazeuse tel que le VHP (Vaporised Hydrogen Peroxide) pour décontaminer toutes les parties internes d’un biocollecteur.
Quels biocollecteurs remplissent ces critères?
Quel biocollecteur liquide a été utilisé avec succès pour l’échantillonnage de l’air contaminé par le Covid-19 (Sars-Cov-2) dans les hôpitaux de Wuhan ...
Pourquoi la technologie de capture par filtration electrostatique dipôle électrostatique à haut débit a été sélectionnée pour l’échantillonnage de l’air Covid-19 à Singapour, en Norvège et en France…
Bibliographie scientifique
- Documentary Research of Human Respiratory Droplet Characteristics, Hualing Zhanga et al, Procedia Engineering 121 ( 2015 ) 1365 – 1374
- Aerosol and surface stability of HCoV-19 (SARS-CoV-2) compared to SARS-CoV-1 Neeltje van Doremalen et al. medRxiv 2020.03.09.20033217
- Survival Characteristics of Airborne Human Coronavirus 229E, K. IJAZ et al, J. gen. Virol. (1985), 66, 2743-2748