Comment éliminer efficacement les virus de l’air intérieur ? Cette question devient de plus en plus importante à l’approche de l’automne. Une purification efficace de l’air intérieur est essentielle, en particulier dans les écoles. Les chercheurs de Fraunhofer étudient et optimisent diverses techniques de filtrage et de purification de l’air dans le projet AVATOR.
Dans tous les Länder allemands, l’école bat à nouveau son plein – avec des classes complètes. Les enfants et les jeunes sont assis les uns contre les autres dans les salles de classe, dont beaucoup n’ont pas été vaccinés en raison de leur jeune âge. Afin de minimiser le risque d’infection, les gouvernements des États et les ministères de l’Éducation encouragent l’achat de purificateurs d’air intérieur.
Mais à quoi servent concrètement les différentes techniques de purification de l’air intérieur ? Dirigés par l’Institut Fraunhofer pour la physique du bâtiment IBP, des chercheurs de 15 instituts et institutions Fraunhofer étudient cela dans le projet AVATOR, abréviation de « Anti-Virus Aerosol: Testing, Operation, Reduction ». Ils étudient et optimisent également de nouvelles techniques de purification de l’air qui ne sont pas encore disponibles sur le marché.
Sommaire
Filtres à air intérieurs classiques
La méthode la plus courante pour purifier l’air intérieur est réalisée au moyen de filtres à air intérieur classiques. Ils aspirent l’air à travers une toison filtrante, retenant ainsi les virus et libérant l’air purifié dans la pièce. Les simulations de Fraunhofer EMI montrent comment de tels dispositifs peuvent être utilisés efficacement, en prenant comme exemple une salle de classe : avec un taux de renouvellement d’air correctement ajusté et un positionnement approprié, la concentration d’aérosol peut être réduite de moitié environ après 10 à 15 minutes de fonctionnement.
Les simulations montrent également que la concentration d’aérosols dépend des conditions ambiantes spécifiques et que la concentration n’est pas la même pour tous les postes de la classe. Pour purifier encore mieux l’air intérieur des aérosols expulsés lors de la respiration, notamment de leur charge virale, les chercheurs du Fraunhofer LBF et de l’IAP ont équipé les synthétiques utilisés pour la fabrication des polaires d’additifs.
L’effet filtrant des toisons repose sur trois mécanismes différents. Ces effets de surface sont précisément ce que les scientifiques modifient en utilisant des additifs pour filtrer plus efficacement les plus petites particules. Les grosses particules ne peuvent pas traverser la toison et sont filtrées. Les particules plus petites sont ralenties et piégées dans le matériau polaire en raison de l’inertie. »
Dr Gunnar Grün, professeur et directeur adjoint de l’Institut Fraunhofer d’ingénierie interfaciale et de biotechnologie
Les additifs polaires affectent les performances du filtre en ce qui concerne les plus petites particules qui adhèrent au matériau filtrant en raison des effets de surface.
Grün est également à la tête du projet AVATOR
La performance globale du filtre est déterminée par la taille des particules qui sont le moins séparées. Comme il s’agit généralement de très petites particules (environ 200 à 300 µm), l’efficacité du filtre peut être encore augmentée par ce revêtement. Bien qu’il existe déjà des approches pour améliorer les performances des filtres avec des additifs, les nappes filtrantes optimisées de cette manière sont conçues pour les aérosols d’essai typiques à base d’huile. Cependant, les aérosols que les personnes libèrent dans l’air en respirant sont à base d’eau et se comportent donc différemment.
« Nous avons pu augmenter l’efficacité en particulier pour ces bio-aérosols », explique Grün. Les chercheurs de Fraunhofer IMM génèrent des aérosols d’essai à base d’eau appropriés en utilisant des liposomes. Ils ont également développé un dispositif de détection optique des particules virales dans l’air intérieur.
Purification de l’air avec plasma
Même si les filtres à air intérieur fonctionnent bien dans les salles de classe et lieux similaires, ils atteignent leurs limites, notamment en ce qui concerne la modernisation, dans des environnements tels que des chambres froides et humides ou des abattoirs, par exemple. Afin d’éviter une résistance supplémentaire à l’air dans le système, les systèmes de purification d’air à base de plasma à basse température, qui éliminent les virus de l’air, sont une bonne solution.
Dans ces systèmes de purification d’air, les virus ne restent pas attachés aux non-tissés filtrants, mais sont désactivés dans le dispositif à plasma et séparés sur des électrodes. Ici aussi, les chercheurs de Fraunhofer ont pu apporter des améliorations au projet AVATOR. « Nos collègues de Fraun-hofer IPM ont développé des électrodes autonettoyantes basées sur la technologie d’un partenaire industriel du secteur automobile. Ainsi, le processus de nettoyage habituel n’est plus nécessaire », explique Grün.
« Virus grill »: stérilisation à surtempérature
Les filtres à air intérieur et le plasma éliminent les virus de l’air intérieur. Avec le « virus grill », les chercheurs ont choisi une approche complètement différente pour prévenir les infections : en chauffant l’air à plus de 90 degrés Celsius, les virus sont rendus inoffensifs. Bien que les virus restent dans l’air, ils ne peuvent plus se multiplier. Ils sont inactivés et ne peuvent plus affecter les gens. Fraunhofer IFAM à Dresde a déjà démontré que ce principe fonctionne. La récupération de chaleur très élevée permet un fonctionnement économe en énergie du système de purification d’air et minimise l’apport de chaleur à la pièce, ce qui est particulièrement important dans les salles de classe, les bureaux et autres pièces non climatisées. Actuellement, les scientifiques développent davantage l’appareil, en mettant particulièrement l’accent sur la miniaturisation.
Cloison de bureau
En collaboration avec un fabricant de mousse, Fraunhofer ICT et Fraunhofer IBP ont développé une approche particulièrement efficace dans les bureaux à aire ouverte. Ils utilisent des cloisons insonorisantes pour éliminer la charge virale de l’air et minimiser le risque d’infection. « Toute la surface de la mousse est recouverte d’un composé d’argent antimicrobien. Ainsi, un niveau élevé d’inactivation virale peut être atteint pendant le flux d’air », résume Grün. Un démonstrateur existe déjà. La fonction d’absorption acoustique est également prise en compte : notamment dans le domaine de la parole humaine, c’est-à-dire aux alentours de 1000 à 4000 hertz, ces cloisons assurent une absorption acoustique élevée.
Virucide pour la désinfection des chambres
Lorsque des pièces inoccupées doivent être nettoyées, des virucides sont utilisés. Cependant, ces substances dangereuses doivent généralement être transportées sur le site et stockées jusqu’à leur utilisation. Les chercheurs de Fraunhofer IMM ont donc développé une alternative plus pratique : un réacteur mobile qui produit le virucide peroxydicarbonate à partir d’une solution inoffensive de carbonate de sodium. Le virucide lui-même se décompose en composants non dangereux. Le réacteur fonctionne déjà et les tests de toxicité sont actuellement menés à Fraunhofer ITEM, en étudiant l’intensité de l’effet du virucide sur les micro-organismes et s’il existe une exposition critique pour l’homme et l’environnement résultant de son utilisation.
Validation des techniques avec détection de virus
Qu’il s’agisse de filtres à air ambiant classiques, de grilles anti-virus ou de cloisons : les techniques de purification de l’air intérieur doivent être rigoureusement validées en termes d’efficacité. Trois instituts Fraunhofer sont impliqués dans cette validation : Fraunhofer ITEM, Fraunhofer IBP et Fraunhofer IGB.
Des virus non pathogènes inoffensifs pour l’homme mais similaires aux virus SARS-CoV-2 en ce qui concerne la taille, la structure enveloppante et le brin d’ARN sont nébulisés et servent d’aérosols de test pour les différentes techniques de purification. Ces virus dits de substitution sont produits à l’échelle, purifiés, puis formulés en aérosols tests et nébulisés pour les différentes techniques de purification. Afin d’identifier l’efficacité des nouvelles méthodes d’inactivation, les chercheurs analysent l’infectiosité et comparent le nombre total de virus avant et après inactivation.
