Les écoles auront besoin de plus que de l'air frais pour arrêter COVID-19 : étude du MIT

Les écoles auront besoin de plus que de l’air frais pour arrêter COVID-19 : étude du MIT

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  • Les fenêtres ouvertes dans une salle de classe peuvent donner une impression fausse ou incomplète d’une bonne ventilation.
  • Les surfaces froides, telles que les fenêtres, peuvent représenter un risque supplémentaire dans les espaces clos.
  • La clé pour réduire la transmission est de limiter le flux d’air horizontal au niveau de la respiration.
  • Pour réduire l’exposition au SRAS-CoV-2 à l’intérieur, il est crucial d’espacer les sièges conformément aux directives, de porter des masques et de garder les fenêtres ouvertes.

Au début de la pandémie, les chercheurs ont proposé que la principale voie de transmission du SRAS-CoV-2 était soit via de grosses gouttelettes que les gens exhalaient dans un mouvement de projectile à travers la toux et les éternuements, soit via une contamination de surface. Des travaux récents, cependant, ont découvert que les particules virales peuvent également infecter d’autres personnes via une propagation à longue distance.

Derrière cette propagation à longue distance se cachent des bioaérosols, qui sont des gouttelettes ou des particules inférieures à 5 micromètres. Ce qui les rend problématiques en termes d’exposition au risque, c’est qu’ils peuvent rester en suspension dans l’air pendant de longues périodes et se déplacer avec les courants d’air.

Les particules plus grosses sont moins préoccupantes à cet égard car elles ont tendance à couler au sol et à y rester.

Les chercheurs à l’origine d’une nouvelle étude, publiée en ligne dans la revue Building and Environment, ont décidé d’explorer davantage ce phénomène en l’appliquant aux salles de classe pour voir si la présence d’étudiants et d’enseignants dans la salle changerait le risque d’exposition au SRAS-CoV-2.

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Examiner les effets de la chaleur corporelle

Pour essayer de comprendre le risque de transmission du COVID-19 dans les écoles, les chercheurs – du Massachusetts Institute of Technology (MIT) – ont simulé deux types de ventilation différents dans une salle de classe : des diffuseurs de plafond et des fenêtres ouvertes. Ils ont utilisé la dynamique des fluides numérique et les résultats de plusieurs cas pour explorer les effets des deux systèmes.

Les chercheurs ont découvert que les personnes au repos génèrent environ 75 watts de chaleur corporelle et que cela crée des panaches d’air chaud qui s’élèvent autour d’elles. Ces panaches thermiques entraînent ensuite de l’air froid (et toutes les particules qu’il contient) et continuent de s’élever jusqu’à ce qu’ils rencontrent une couche d’air à la même température.

Les évents et les diffuseurs du plafond pourraient encourager davantage son mouvement ascendant, a émis l’hypothèse de l’équipe.

Les enquêteurs ont découvert que seul l’air qui sort de la bouche à très faible vitesse peut s’élever avec le panache humain.

Par conséquent, sans masque facial, les particules dans la toux et les expirations violentes de la bouche peuvent facilement s’échapper et se répandre dans la pièce en interagissant avec l’air environnant.

L’étude a montré que ces particules sont moins susceptibles de s’élever, elles sont donc également plus susceptibles de passer des périodes plus longues au niveau de la respiration ou en dessous, ce qui crée un environnement plus infectieux.

Pour éviter ce résultat, l’étude a également exploré les effets des fenêtres.

L’hypothèse bien mélangée

L’hypothèse précédemment retenue était que la concentration des aérosols est uniforme dans une pièce à un moment précis.

La nouvelle étude a découvert qu’il s’agissait d’une estimation beaucoup trop prudente, constatant que la densité des particules d’aérosol à proximité des individus dans une pièce peut être 2,5 fois supérieure à ce que les experts avaient pensé.

Par conséquent, il n’est possible de supposer que l’air intérieur est bien mélangé, et présente donc un risque d’infection plus faible, dans les espaces inoccupés.

Les chercheurs constatent qu’en effet, la localisation des individus et le type de ventilation influencent largement la répartition des aérosols dans une pièce.

Expérimenter différents scénarios

L’équipe du MIT a testé divers scénarios dans les salles de classe et a constaté que la concentration de particules virales était de 50 à 150 % supérieure à l’hypothèse largement répandue basée sur un air bien mélangé.

«En raison de contraintes de temps, nous n’avons pas pu modéliser toutes les combinaisons possibles de stratégies de ventilation et de localisation des élèves infectés. Nos résultats actuels identifient plusieurs situations potentiellement dangereuses », a déclaré Leon Glicksman, professeur de technologie du bâtiment et de génie mécanique au MIT, à Medical News Today.

L’étude a identifié deux situations particulièrement préoccupantes.

Scénario 1

Dans un scénario, l’équipe a découvert que les fenêtres ouvertes pouvaient contribuer à la propagation horizontale des particules.

Bien que l’aération de la salle de classe en ouvrant les fenêtres soit un instinct naturel et la principale méthode de ventilation dans de nombreuses salles de classe, l’étude a révélé une mise en garde.

Si les fenêtres sont au même niveau que les bureaux des élèves, les simulations ont montré que l’air froid qui pénètre dans la pièce contribue à la propagation horizontale des particules et des gouttelettes.

Pour améliorer cela, l’étude a suggéré une “ventilation par déplacement”, que les gens peuvent réaliser de manière pratique et simple en plaçant un déflecteur à l’intérieur de la fenêtre pour diriger l’air vers le sol.

« L’aérosol d’une personne infectée assise en ligne avec une fenêtre ouverte peut être transporté vers les étudiants derrière. L’exposition est réduite si le flux d’air de la fenêtre est dirigé vers le sol à l’aide d’un simple déflecteur ou ventilateur », a expliqué le professeur Glicksman.

Scénario 2

Un autre scénario préoccupant impliquait un étudiant atteint de COVID-19 assis à côté de fenêtres scellées et froides.

Comme prévu, dans cette simulation, chaque toux et expiration provoquait la projection de gouttelettes et de particules en aérosol dans l’air. Cela s’est avéré particulièrement problématique car l’air froid circulant par la fenêtre recirculait les aérosols dans la zone de respiration.

Le professeur Glicksman a expliqué :

« Dans une salle de classe avec des fenêtres fermées et un système de ventilation de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), les fenêtres froides à simple vitrage présentent un danger. Les aérosols d’un [person with the infection] assis près d’une fenêtre froide montent d’abord, mais sont ensuite capturés dans l’air froid qui coule près de la fenêtre et reviennent au niveau de respiration.

L’équipe a suggéré de lutter contre cela en utilisant des couvre-fenêtres, en mettant en place une meilleure isolation thermique ou en plaçant un radiateur portable sous la surface de la fenêtre.

Il est important de noter que l’étude n’a pas pris en compte tous les arrangements supplémentaires possibles mentionnés par le professeur Glicksman. Les poutres froides et l’influence des étudiants se déplaçant dans la salle, par exemple, nécessitent toujours une enquête.

Masques : le plus gros plat à emporter

Le professeur Glicksman a déclaré que la recherche souligne le rôle important que jouent les masques faciaux dans la limitation de la propagation des aérosols parmi les groupes d’étudiants.

« Bien que nous n’ayons pas traité de l’efficacité de filtration des masques, nous avons modélisé les masques en modifiant la surface et la vitesse de la bouche. Nous avons constaté que les particules d’aérosol s’échappant autour d’un masque à faible vitesse sont rapidement transportées vers le haut dans l’air chaud s’élevant autour du corps. L’aérosol d’un individu non masqué s’échappe du panache d’air chaud et reste plus longtemps dans la zone de respiration.

De nombreux experts ont exprimé leur mécontentement à l’idée de rendre les masques facultatifs dans les écoles.

“Pas seulement [should masks be] encouragé, mais [they] devrait être obligatoire dans les écoles de tous les endroits où il y a une transmission communautaire du virus, ce qui inclut actuellement l’ensemble des États-Unis », a déclaré Jose-Luis Jimenez, professeur de chimie et membre du CIRES à l’Université du Colorado.

Il a souligné que lors du choix d’un masque facial, il est crucial de s’assurer qu’il est de haute qualité avec une filtration efficace et un bon ajustement au visage.

“[W]Nous ne pouvons pas nous permettre cette dégradation de la protection pour la variante Delta, qui est presque aussi contagieuse que la varicelle.

Le professeur Jimenez a recommandé aux enseignants et au personnel scolaire de porter des masques N95 ou des demi-masques en élastomère à l’école. Pour les jeunes enfants, a-t-il déclaré, les masques coréens KF94 ou les masques en élastomère peuvent être une meilleure option.

Il a également souligné l’importance de fournir des masques aux étudiants à faible revenu.

Les activités pendant lesquelles les gens ne peuvent pas porter de masques, comme le déjeuner, devraient idéalement avoir lieu à l’extérieur, a-t-il ajouté.

Ventilation et rentrée scolaire

Les directives actuelles, qui encouragent les gens à porter des masques faciaux et à se tenir à au moins 6 pieds des autres à l’intérieur, sont un bon point de départ pour limiter les risques de COVID-19 dans les salles de classe.

Des fenêtres ouvertes et un bon chauffage, ainsi que l’installation de systèmes CVC appropriés, peuvent rendre les salles de classe beaucoup plus sûres pendant la pandémie.

Les bâtiments scolaires plus anciens et ceux dont le financement est insuffisant devront probablement recourir à l’ouverture des fenêtres comme seule option en plus du port du masque et de l’éloignement physique.

Selon le professeur Jimenez, les résultats de l’étude dépendent fortement de la géométrie de la salle de classe et du flux d’air, mais le message de l’étude pour les écoles est clair :

« Nous avons besoin d’une ventilation suffisante dans toutes les salles de classe pour contrôler la propagation de la variante Delta. À présent, nous savons que la transmission par aérosol est le mode de transmission dominant, à la fois à proximité et dans l’air ambiant partagé. »

Il a déclaré que de nombreuses écoles doivent examiner sérieusement leurs systèmes de ventilation et mettre en place des mesures appropriées pour empêcher la transmission.

« Si la ventilation n’est pas suffisante pour obtenir au moins six changements d’air par heure, elle doit être complétée par une filtration, comme avec des filtres portables HEPA (High Efficiency Particulate Air).

Les avions utilisent actuellement des filtres HEPA, qui peuvent capturer plus de 99 % des microbes en suspension dans l’air, recirculant l’air 20 à 30 fois par heure.

Le professeur Jimenez a également mis en garde contre l’installation de purificateurs d’air électroniques, tels que ceux utilisant des ions, des plasmas, la photocatalyse ou des hydroxyles, dans les salles de classe. Non seulement ils ne fonctionnent souvent pas, a-t-il souligné, mais ils ont également le potentiel de nuire aux gens et de créer des polluants toxiques.

“Malheureusement, de nombreux districts scolaires ont installé de tels purificateurs d’air électroniques, et il est urgent qu’ils les désactivent et les remplacent par des filtres”, a-t-il ajouté.

Soulignant que le risque de transmission sera toujours plus élevé à l’intérieur qu’à l’extérieur, même avec une distance physique ou le port d’un masque, le professeur Jimenez a déclaré à MNT :

« Pour les périodes à l’intérieur, il est essentiel d’améliorer les systèmes de ventilation pour qu’ils fonctionnent avec autant d’air extérieur que possible, de mettre à niveau les filtres des systèmes CVC vers MERV 13, de mesurer le CO2 dans les salles de classe pour vérifier que la ventilation est suffisante et de la maintenir en dessous de 700 ». [parts per million (ppm)] (ou en dessous de 1 000 ppm s’il y a une filtration supplémentaire), ajoutez une filtration aux espaces où la ventilation n’est pas suffisante et évitez les purificateurs d’air électroniques.

Reconnaissant qu’il s’agissait d’un défi de moyens et d’énergie pour déplacer de l’air supplémentaire autour d’un bâtiment scolaire, le professeur Glicksman a déclaré que les écoles pourraient commencer par les mesures officiellement recommandées, qui consistent à augmenter le débit d’air de l’extérieur lorsque cela est possible et à améliorer la filtration de l’air recyclé. .

La mise en garde à ce sujet sera, malheureusement, une augmentation de la consommation d’énergie, et cela pourrait s’avérer encore plus difficile en hiver, a-t-il déclaré.

“[W]ous travaillons avec une situation en évolution, et ces décisions doivent être flexibles pour s’adapter. Nous sommes largement restés partisans de la ventilation naturelle, et des mesures simples – telles que les fenêtres, les ventilateurs dirigés vers le sol et la planification des salles de classe pour avoir le temps de tirer la chasse d’eau – peuvent avoir des impacts mesurables. À long terme, l’utilisation de systèmes de ventilation par déplacement qui amènent de l’air pur au niveau du sol a le potentiel de fournir des salles de classe plus sûres.

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