Dans une étude récente publiée dans la revue Physique des Fluidesdes chercheurs ont simulé la propagation d’un virus à l’intérieur de la cabine d’un bateau de croisière.
Sommaire
Arrière-plan
La pandémie de la maladie 2019 (COVID-19) de coronavirus a poussé la communauté scientifique à étudier ses mécanismes d’infection et la capacité du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère à muter rapidement. En tant que tel, des cadres informatiques ont été développés pour déterminer les paramètres nécessaires aux outils permettant de prédire l’évolution d’une pandémie.
Entre-temps, plusieurs études ont exploré la propagation des gouttelettes libérées par les personnes infectées et ont suggéré des lignes directrices et des stratégies d’atténuation. Cependant, les recherches sur la ventilation et la transmission des aérosols dans les navires de croisière sont limitées.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont simulé l’impact de la ventilation dans la cabine d’un bateau de croisière sur la transmission virale aéroportée.
Un mélange fluide avec de l’eau liquide et un gaz à plusieurs composants (vapeur d’eau et gaz sec) a été considéré pour les simulations multiphasiques. L’équipe a examiné les effets de quatre débits de ventilation (60 m3/h, 120 m3/h, 240 m3/h, et 600 m3/h) et le positionnement de la personne qui tousse à l’intérieur de la cabine lorsque les gouttelettes de salive s’évaporent.
Résultats de l’étude
La toux a été simulée sur 0,12 seconde et un flux pleinement développé a été atteint après 60 secondes. La vitesse globale du flux était faible (2 m/s), sauf pendant une courte période pendant la toux (8,5 m/s). Dans le premier cas (A), la personne qui toussait était positionnée au centre de la cabine. Au débit de référence (60 m3/h), les gouttelettes de salive ont parcouru < 36 cm en 0,12 seconde.
Les gouttelettes ont rapidement parcouru 91,5 cm dans la première seconde après avoir toussé, atteignant la distance maximale seulement après quatre secondes. Au bout de huit secondes, la plupart des gouttelettes se sont déposées sous la hauteur de la taille ou se sont évaporées. À des débits plus élevés, la distance de pénétration des gouttelettes était initialement réduite, ce qui était réversible lors des phases ultérieures.
La vitesse du champ d’écoulement a affecté l’évaporation des gouttelettes, en particulier aux stades ultérieurs. L’augmentation du débit accélère l’évaporation, sauf au débit le plus élevé. Dans tous les cas, une fraction infinitésimale de salive ne s’est pas évaporée même après 20 secondes. A 120m3/h, la pénétration des gouttelettes était la plus faible (1 m), alors qu’elle était la plus élevée (1,5 m) à 600 m3/h.
La diffusion des gouttelettes était environ trois fois plus importante à des débits plus élevés qu’au débit de référence. A 600m3/h, les gouttelettes se sont déposées sur le sol en quatre secondes, avec des durées similaires à d’autres débits. Le débit optimal était de 120 m3/h pour limiter les gouttelettes de salive à un petit espace autour de l’individu.
L’équipe a observé des flux d’air supplémentaires à des débits plus élevés, augmentant ainsi la propagation des gouttelettes. De plus, au débit de référence, seule une fraction de l’air de la cabine était renouvelée, et il aurait fallu 40 minutes pour que l’air de la cabine se rafraîchisse complètement. Par contre, à 120 m3/h, un volume important d’air de la cabine a été rafraîchi en trois minutes.
Dans le deuxième cas (B), le sujet toussant était positionné près de la porte de la cabine. Dans ce cas, l’air soufflait derrière la personne, ce qui avait un impact minime sur la pénétration des gouttelettes en fin de toux à 60 m.3/h. Les gouttelettes se sont déplacées de moins de 10 % dans la direction axiale pendant les quatre premières secondes par rapport au cas A au même débit. Au bout de huit secondes, les gouttelettes ont pénétré dans les espaces de la cabine 20 % plus haut que dans le cas A.
À des débits plus élevés, la pénétration était plus importante que dans le cas A. À 600 m3/h, la pénétration des gouttelettes était de plus de deux mètres en huit secondes. Les taux d’évaporation étaient similaires au cas A, sauf à 60 m3/h, la réduction de masse étant légèrement plus lente. La diminution du diamètre et de la masse des gouttelettes était beaucoup plus rapide dans le cas B.
Dans le cas B, les gouttelettes ont parcouru plus de 2,5 m à 600 m3/h, et tous les débits ont produit une pénétration plus élevée que dans le cas A. De plus, les gouttelettes se sont déposées beaucoup plus rapidement à des débits élevés dans le cas B par rapport au cas A. De même, 120 m3/h était le débit optimal qui conduisait à la pénétration et à la diffusion des gouttelettes les plus faibles.
Conclusions
En résumé, les résultats indiquent que des débits de ventilation plus élevés ne peuvent pas réduire/empêcher la transmission de maladies aéroportées. Une ventilation adéquate peut accélérer la dessiccation ; cependant, l’évaporation rapide des gouttelettes ne reflète pas nécessairement l’inactivation instantanée de l’agent pathogène. Les auteurs proposent d’utiliser la ventilation à un débit moyen de 120 m3/h.
Ce débit peut minimiser la propagation des gouttelettes et maintenir une ventilation, une consommation d’énergie et un confort adéquats. Une fois le local libéré, le débit pourra être augmenté jusqu’à 600 m3/h pendant 12 minutes avant de le réduire au minimum ou de l’éteindre. Cette stratégie pourrait garantir que l’air de l’habitacle soit entièrement renouvelé pour les prochains occupants.
