Un échange d'air plus rapide dans les bâtiments n'est pas toujours bénéfique pour les taux de coronavirus

Il y a quelques jours, le blog vous avait proposé «Le Covid-19 a redéfini la transmission aéroportée» et voici aujourd'hui, «Un échange d'air plus rapide dans les bâtiments n'est pas toujours bénéfique pour les taux de coronavirus», source Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).

Une étude de modélisation suggère qu'une ventilation vigoureuse peut provoquer un pic de concentrations virales.

Selon une nouvelle étude de modélisation, des échanges d'air vigoureux et rapides ne sont peut-être pas toujours une bonne chose pour s'attaquer aux taux de particules de coronavirus dans un bâtiment comprenant plusieurs pièces.

L'étude suggère que, dans un bâtiment avec plusieurs pièces, des échanges d'air rapides peuvent propager rapidement le virus de la pièce source vers d'autres pièces à des concentrations élevées. Les taux de particules augmentent dans les pièces adjacentes en 30 minutes et peuvent rester élevés pendant environ 90 minutes.

Les résultats, publiés en ligne sous leur forme définitive le 15 avril dans la revue Building and Environment, proviennent d'une équipe de chercheurs aux États-Unis du Laboratoire national Nord-Ouest du Pacifique du ministère de l'Énergie. L'équipe comprend des experts en bâtiment et en HVAC (heating, ventilation and air-conditioning, en français, chauffage, ventilation et climatisation) ainsi que des experts en particules d'aérosols et en matériaux viraux.

«La plupart des études ont examiné les taux de particules dans une seule pièce, et pour un bâtiment d'une seule pièce, une ventilation accrue est toujours utile pour réduire leur concentration», a dit Leonard Pease, auteur principal de l'étude. «Mais pour un bâtiment avec plus d'une pièce, les échanges d'air peuvent poser un risque dans les pièces adjacentes en augmentant les concentrations de virus plus rapidement que cela ne se produirait autrement.»

«Pour comprendre ce qui se passe, considérez comment la fumée secondaire est distribuée dans tout un bâtiment. Près de la source, l'échange d'air réduit la fumée près de la personne mais peut distribuer la fumée à des niveaux inférieurs dans les pièces voisines», a ajouté Pease. «Le risque n'est pas nul, pour toute maladie respiratoire.»

L'équipe a modélisé la propagation de particules similaires au SARS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, via des systèmes de traitement de l'air. Les scientifiques ont modélisé ce qui se passe après qu'une personne a eu une quinte de toux de cinq minutes dans une pièce d'un petit immeuble de bureaux de trois pièces, en exécutant des simulations avec des particules de cinq microns.

Les chercheurs ont examiné les effets de trois facteurs: différents niveaux de filtration, différents taux d'incorporation d'air extérieur dans l'alimentation en air du bâtiment et différents taux de ventilation ou de renouvellement d'air par heure. Pour les pièces en aval, ils ont trouvé un avantage clair attendu de l'augmentation de l'air extérieur et de l'amélioration de la filtration, mais l'effet d'une augmentation du taux de ventilation était moins évident.

Un air extérieur plus propre réduit la transmission

Les scientifiques ont étudié les effets de l'ajout de quantités variables d'air extérieur à l'alimentation en air du bâtiment, de l'absence d'air extérieur à 33% de l'alimentation en air du bâtiment par heure. Comme prévu, l'incorporation d'un air extérieur plus propre a réduit le risque de transmission dans les pièces connectées. Le remplacement d'un tiers de l'air d'un bâtiment par heure par de l'air extérieur propre dans les pièces en aval a réduit le risque d'infection d'environ 20% par rapport aux niveaux inférieurs d'air extérieur généralement inclus dans les bâtiments. L'équipe a noté que le modèle supposait que l'air extérieur était propre et exempt de virus.

«Plus d'air extérieur est clairement une bonne chose pour le risque de transmission, tant que l'air est exempt de virus», a dit Pease.

Lorsque la personne infectée dans le bureau tousse à gauche, des gouttelettes respiratoires contenant des particules virales sortent par l'évent du bureau au plafond. Certaines gouttelettes sortent du bâtiment, tandis que d'autres sont renvoyées dans le bâtiment et dans plusieurs pièces via la centrale de traitement d'air. Une équipe du PNNL a découvert qu'un taux de ventilation élevé peut augmenter les taux de particules virales en aval d'une pièce source.

Une forte filtration réduit la transmission

Le deuxième facteur étudié, une forte filtration, était également très efficace pour réduire la transmission du coronavirus.

L'équipe a étudié les effets de trois niveaux de filtration: MERV-8, MERV-11 et MERV-13, où MERV signifie minimum efficiency reporting value, une mesure courante de la filtration. Un nombre plus élevé se traduit par un filtre plus fort.

La filtration a considérablement réduit les risques d'infection dans les pièces connectées. Un filtre MERV-8 a réduit le niveau maximal de particules virales dans les pièces connectées à seulement 20% par rapport à ce qu'il était sans filtration. Un filtre MERV-13 a abaissé la concentration maximale de particules virales dans une pièce connectée de 93%, à moins d'un dixième de ce qu'elle était avec un filtre MERV-8. Les chercheurs notent que les filtres plus puissants sont devenus plus courants depuis le début de la pandémie.

Augmentation de la ventilation, une image plus complexe

La découverte la plus surprenante de l'étude concernait la ventilation, l'effet de ce que les chercheurs appellent des renouvellement d'air par heure. Ce qui est bon pour la pièce source, réduire le risque de transmission dans la pièce de 75%, n'est pas aussi bon pour les pièces connectées. L'équipe a découvert qu'un taux rapide d'échange d'air, 12 changements d'air par heure, peut provoquer une augmentation des niveaux de particules virales en quelques minutes dans les pièces connectées. Cela augmente le risque d'infection dans ces pièces pendant quelques minutes à plus de 10 fois ce qu'il était à des taux de renouvellement d'air inférieurs. Le risque de transmission plus élevé dans les pièces connectées demeure pendant environ 20 minutes.

«Pour la pièce source, il est clair que plus de ventilation est une bonne chose. Mais cet air va quelque part», a dit Pease. «Peut-être que plus de ventilation n'est pas toujours la solution.»

Interpréter les données

«Il y a de nombreux facteurs à considérer et le calcul du risque est différent pour chaque cas» a dit Pease. «Combien de personnes y a-t-il dans le bâtiment et où se trouvent-elles? Quelle est la taille du bâtiment? Combien de pièces? Il n'y a pas beaucoup de données à ce stade sur la façon dont les particules virales se déplacent dans les bâtiments de plusieurs pièces.»

«Ces chiffres sont très spécifiques à ce modèle - ce type particulier de modèle, la quantité de particules virales rejetées par une personne. Chaque bâtiment est différent et des recherches supplémentaires doivent être effectuées», a ajouté Pease.

Le co-auteur Timothy Salsbury, un expert en contrôle des bâtiments, note que de nombreux compromis peuvent être quantifiés et pondérés en fonction des circonstances.

«Une filtration plus forte se traduit par des coûts énergétiques plus élevés, tout comme l'introduction de plus d'air extérieur que ce qui serait habituellement utilisé dans des opérations normales. Dans de nombreuses circonstances, la pénalité énergétique pour l'augmentation de la puissance du ventilateur requise pour une filtration forte est inférieure à la pénalité énergétique pour le chauffage ou le refroidissement de l'air extérieur supplémentaire», a déclaré Salsbury.

«Il y a de nombreux facteurs à équilibrer, niveau de filtration, niveaux d'air extérieur, échange d'air, pour minimiser le risque de transmission. Les gestionnaires d'immeubles ont certainement du pain sur la planche», a-t-il ajouté.

Des études expérimentales supplémentaires en cours

L'équipe mène déjà une série d'études expérimentales dans le même sens que l'étude de modélisation. À l'instar de l'étude récemment publiée, les analyses supplémentaires portent sur les effets de la filtration, de l'incorporation d'air extérieur et des changements d'air.

Ces études en cours impliquent de vraies particules de mucus (n'incorporant pas le virus SARS-CoV-2) et tiennent compte des différences entre les particules expulsées de diverses parties des voies respiratoires, telles que la cavité buccale, le larynx et les poumons. Les enquêteurs déploient une machine d'aérosolisation qui disperse les particules de type viral au fur et à mesure qu'elles seraient dispersées par une toux, ainsi qu'une technologie de suivi fluorescent pour surveiller où elles vont. D'autres facteurs incluent la taille variable des particules, la durée pendant laquelle les particules virales sont susceptibles d'être infectieuses et ce qui se passe lorsqu'elles tombent et se désintègrent.