Des scientifiques allemands ont développé un nouveau modèle mathématique pour étudier la transmission aérienne du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2). Les scientifiques affirment que le nouveau modèle est efficace pour évaluer qualitativement le risque d’exposition. L’étude est publiée dans la revue PLOS ONE.
Étude : Modélisation de la transmission aérienne du SRAS-CoV-2 à l’échelle locale. Crédit d’image : NIAID
Sommaire
Arrière plan
Le SRAS-CoV-2, l’agent pathogène responsable de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), est un virus à ARN enveloppé qui se transmet principalement entre humains via des gouttelettes respiratoires et des aérosols.
Divers modèles mathématiques, y compris le modèle compartimental Susceptible-Infected-Removed (SIR), le modèle de réseau et le modèle basé sur les agents, ont été développés pendant la pandémie pour comprendre la dynamique de la transmission du SRAS-CoV-2. Cependant, les approches de simulation adoptées dans ces modèles ne sont pas entièrement adaptées pour déterminer la transmission aérienne qui ne dépend pas toujours de la proximité entre les personnes infectées et susceptibles.
Diverses études ont utilisé des modèles de dynamique des fluides macroscopiques compartimentaux, basés sur des agents et computationnels pour comprendre la dynamique globale de la pandémie de COVID-19. En revanche, des modèles microscopiques ont été utilisés pour comprendre la transmission du SRAS-CoV-2 entre les individus.
Dans la présente étude, les scientifiques ont développé un nouveau modèle mathématique pour décrire la transmission aérienne du SRAS-CoV-2 entre les individus dans des situations quotidiennes.
Étudier le design
Les scientifiques ont combiné la simulation microscopique des foules avec le nouveau modèle de transmission des maladies via les nuages d’aérosols. Ils ont simulé une situation de la vie quotidienne dans laquelle des piétons marchaient en ligne et ont utilisé le modèle pour évaluer la dynamique de transmission du SRAS-CoV-2 entre piétons.
Inspirés des modèles compartimentaux, les scientifiques ont défini la santé d’un piéton virtuel (agent modèle) comme susceptible ou contagieuse. Dans les simulations, les agents infectieux libèrent le SRAS-CoV-2 lié aux aérosols dans l’air, inhalé par des agents sensibles en marchant dans les nuages d’aérosols.
Le degré de transmission dépend du nombre de particules virales dans le nuage d’aérosol, qui change avec le temps. Dans la simulation, un agent sensible qui inhalait plus d’agents pathogènes était considéré comme «à haut risque».
Le modèle de transmission a été intégré dans la boucle de simulation de Vadere, un outil scientifique d’étude de la dynamique des piétons. Cette intégration a permis d’améliorer le modèle et d’incorporer des fonctionnalités supplémentaires.
Situation de référence pour valider le modèle
Une situation de référence représentant le « contact étroit » a été introduite dans le modèle, dans laquelle deux agents virtuels ont été maintenus à proximité (moins de 1,5 m l’un de l’autre) pendant 10 minutes. L’agent infecté a constamment exhalé des nuages d’aérosols, entraînant une augmentation de la concentration de SARS-CoV-2. On prévoyait que l’agent sensible inhalerait environ 3,2 ⋅ 103 particules virales en 10 minutes. L’agent sensible était considéré comme « à haut risque » s’il inhalait une dose de particules virales plus élevée que prévu.
Validation du modèle
Le modèle a été validé à l’aide des données obtenues à partir de deux études qui ont enquêté sur la transmission du SRAS-CoV-2 lors d’événements de super-propagation.
La première étude a porté sur dix personnes assises à des tables adjacentes dans un restaurant, réparties en trois groupes. La personne contagieuse était présente dans un groupe, qui a partagé le restaurant avec les deux autres groupes pendant 53 minutes et 73 minutes, respectivement. Après la visite au restaurant, toutes les personnes ont été testées positives pour le SRAS-CoV-2.
Scénario de restauration. Maquette de la topographie du restaurant, y compris les tables et les sièges, selon le plan de salle. Les personnes sensibles (bleues) sont réparties en groupes A, B et C autour des tables (grises). La personne contagieuse (rouge) émet des nuages d’aérosols (orange).
La même situation a été simulée dans le nouveau modèle pour valider son efficacité. Le modèle est considéré comme qualitativement valide s’il prédit un nombre de cas infectieux inférieur à celui observé dans l’étude originale.
Selon les prévisions du modèle, cinq personnes ont été exposées au virus. Parmi eux, trois appartenaient au premier groupe où la personne index était présente, et deux appartenaient au deuxième groupe. Aucun du troisième groupe n’a été exposé. Ces prédictions indiquent que la simulation est qualitativement valide.
La deuxième étude a décrit un autre événement de grande diffusion lors d’une répétition de chorale, où 52 des 61 participants ont été infectés. Les prédictions obtenues en simulant cette situation ont également validé l’efficacité du modèle.
Application du modèle
Le modèle a été utilisé pour évaluer la transmission du SRAS-CoV-2 dans une file d’attente devant une unité de service dans une pièce non ventilée. La simulation n’impliquait qu’une seule personne hautement contagieuse parmi de nombreux piétons sensibles. Comme la pièce n’était pas ventilée, on s’attendait à ce que tous les nuages d’aérosols restent là où ils se trouvaient initialement.
Le modèle a prédit que des concentrations virales plus élevées se produisent là où de nombreux nuages sont superposés. On prévoyait que les personnes se tenant immédiatement derrière la personne infectieuse présenteraient un risque élevé d’exposition. Ces personnes devaient contenir le même nombre de particules virales que le contact étroit dans la situation de référence. De plus, il a été prédit que le degré d’exposition pourrait être réduit en augmentant la distance entre les personnes faisant la queue.
Importance de l’étude
L’étude décrit le développement et la validation d’un nouveau modèle mathématique adapté à l’évaluation qualitative du risque d’exposition au SRAS-CoV-2.
Selon les prédictions du modèle, les longues files d’attente dans les pièces non ventilées présentent un risque d’exposition significativement élevé. Plusieurs personnes dans une file d’attente peuvent atteindre une exposition à haut risque même si elles ne se tiennent pas immédiatement après une personne infectieuse.
