Prendre une profonde inspiration, malgré le Corona

À l'aide d'un test d'activité virale, les chercheurs du Fraunhofer examinent si l'air filtré par les systèmes de ventilation contient encore des virus infectieux et donc transmissibles. © Fraunhofer IGB

Les systèmes de ventilation et de purification de l'air peuvent-ils protéger contre le Covid-19 ? Comment doivent-ils être conçus à cet effet ? Et comment doivent être élaborés les concepts d'hygiène et de ventilation pour réduire la transmission virale par aérosols ? Des réponses à ces questions sont fournies par une équipe de recherche des instituts Fraunhofer IBP, IGB et IPA dans un nouveau centre de conseil pour un air intérieur sain.

En décembre 2020, le ministère de l'Économie, du Travail et du Logement du Bade-Wurtemberg a décidé de l'Initiative Air Sain, un programme intégré de conseil et de recherche. « Surtout les petites et moyennes entreprises ont un besoin élevé de conseils pour éviter les aérosols dans le contexte actuel de la pandémie. Avec l'Initiative Air Sain, nous voulons rapidement et de manière pratique proposer à nos entreprises des solutions scientifiquement fondées pour la ventilation afin d'éviter les aérosols », explique la ministre Dr Nicole Hoffmeister-Kraut.

Les trois instituts Fraunhofer de Stuttgart, IBP, IGB et IPA, créent donc ensemble un centre de conseil pour un air intérieur sain. Ils aident les petites et moyennes entreprises du Bade-Wurtemberg à mettre en œuvre des concepts de ventilation. En collaboration avec des fabricants, ils exploitent des environnements de test et effectuent des tests d'efficacité des technologies de purification de l'air. De plus, une étude examine comment les systèmes de ventilation mobiles et fixes influencent la propagation des aérosols infectieux SARS-CoV-2.

Études sur la rénovation et la reconstruction de systèmes de ventilation

À l'origine, les systèmes de ventilation et de purification de l'air ont été conçus pour filtrer la poussière et l'air vicié des espaces intérieurs, ainsi que pour aspirer l'air frais de l'extérieur. Leur impact sur la propagation des virus a longtemps été peu étudié. Puis est arrivé le Covid, et il est désormais clair : les systèmes de ventilation, combinés à la technologie climatique, peuvent favoriser la propagation de SARS-CoV-2 dans des espaces clos. « Plus l'air est froid et sec, plus le virus se propage facilement », explique le Dr Udo Gommel, responsable du domaine automatisation et technologie de la pureté à l'Institut Fraunhofer pour la technologie de la production et l'automatisation IPA. « Car alors, les minuscules gouttelettes d'eau dans lesquelles le virus peut être contenu s'évaporent plus rapidement, et le virus reste plus longtemps en suspension dans la pièce », ajoute le professeur Dr Gunnar Grün, directeur adjoint de l'Institut Fraunhofer pour la physique du bâtiment IBP.

Comme une ventilation constante ou fréquente n'est guère une alternative, même en hiver, les systèmes de ventilation et de purification de l'air existants doivent être rénovés et ceux à construire doivent être conçus différemment. Mais comment ? Et comment les systèmes existants sans technologie climatique influencent-ils la propagation de SARS-CoV-2 ? C'est précisément ce que souhaite découvrir une équipe de recherche dans une étude conjointe.

Désinfection des filtres

Les chercheurs veulent d'abord faire un état des lieux : quels appareils de ventilation fixes ou mobiles sont disponibles sur le marché ? Comment influencent-ils la charge virale, les particules, le bruit et le confort dans les espaces clos ? « Notre attention porte bien sûr aussi sur des aspects durables, comme l'application pratique, la maintenance et la consommation d'énergie des appareils », indique le professeur Grün. Les considérations théoriques aboutissent d'abord à des simulations, puis à des tests pratiques. L'équipe de recherche souhaite réaliser des essais avec ces appareils dans la salle blanche de l'IPA, dans les laboratoires des instituts Fraunhofer IBP et IGB, ou simplement là où ils sont déjà installés, par exemple dans des salles de réunion, des salles de conférence ou des postes de travail. Là, ils simuleront et évalueront, en collaboration avec des fabricants, différents scénarios pour voir comment ils affectent la distribution des aérosols dans la pièce. Cela permet d'obtenir rapidement des résultats fiables.

À terme, des propositions concrètes seront faites pour améliorer ou remanier les systèmes de ventilation afin de limiter au maximum la propagation de SARS-CoV-2. Mais une chose est déjà claire : « Lorsque les systèmes de ventilation filtrent des agents pathogènes dans des espaces intérieurs, leurs filtres sont contaminés par des virus », souligne le responsable de l'étude Gommel. « Il est donc possible de les inactiver par exemple en les exposant à une lumière ultraviolette, ce qui désactive les virus. Comme cette radiation UV est nocive pour l'œil humain et la peau, l'exposition doit se faire dans un boîtier ou une zone spécialement conçue, protégée. »

Tests avec des virus modèles démontrent l'efficacité des technologies de purification de l'air

Parallèlement à l'étude, Gommel, Grün et leur collègue, la professeure Dr Susanne Bailer de l'Institut Fraunhofer pour la technologie des interfaces et des procédés biologiques IGB, créent le centre de conseil pour un air intérieur sain. Il sert de point de contact pour les petites et moyennes entreprises du Bade-Wurtemberg pour toutes les questions relatives à la conception de la ventilation en période de pandémie. Des bancs d'essai appropriés seront spécialement installés pour les fabricants afin d'étudier l'efficacité des technologies de purification de l'air. « Pour obtenir des résultats aussi fiables que possible, nous utilisons des virus modèles appelés surrogats. Ces virus modèles, utilisés pour les tests pratiques, sont très similaires aux nouveaux coronavirus, mais sans danger pour l'homme et l'environnement », explique l'experte en virus Bailer. « En analysant l'activité et la quantité de virus avant et après les mesures de purification de l'air, nous pouvons tirer des conclusions sur les ajustements nécessaires des systèmes de ventilation ou des étapes d'inactivation. » Pour répondre également aux besoins d'information des fournisseurs et fabricants de systèmes de ventilation et de purification de l'air, les chercheurs partageront leur expérience issue de leur pratique de conseil.

Les aérosols sont également dangereux dans d'autres domaines de la vie

L'Initiative Air Sain dure un an et bénéficie d'un financement de 2,7 millions d'euros. Son lancement sera marqué par une session en ligne gratuite, « Meet (y)our experts », le 3 mars 2021, sur le thème de la purification de l'air (voir encadré d'information). Lors de cet événement, les scientifiques impliqués présenteront leur centre de conseil et expliqueront comment les entreprises peuvent y participer. Dans des webinaires ultérieurs, le groupe de recherche partagera ses nouvelles découvertes.

Les résultats de l'étude, attendus début 2022, pourraient servir de base à d'autres recherches. En effet, les aérosols constituent un problème sérieux en tant que vecteurs d'autres virus infectieux et dans d'autres domaines de la vie : de la pollution de l'air par les particules fines et les oxydes d'azote dans de nombreuses grandes villes allemandes, aux fumées toxiques dans les cabines d'avion et aux émanations de matériaux dans les bâtiments, jusqu'aux particules toxiques ou conductrices qui perturbent la fabrication de batteries. Sur la base d'études complémentaires, l'industrie pourrait à l'avenir développer des systèmes de ventilation et de purification de l'air efficaces et peu coûteux pour de nombreux domaines d'application.