Qualité de l'air intérieur : éliminer efficacement les virus

Avec des tests d'infection virale, par exemple un test de plaque ou un test TCID50, les chercheurs du Fraunhofer examinent si l'air après inactivation contient encore des virus infectieux et donc transmissibles. © Fraunhofer IGB

Simulation numérique de la dispersion de l'aérosol dans une salle de classe : Une personne infectée est assise dans le coin droit à l'avant de la salle. La coupe sélectionnée montre la répartition de la concentration de l'aérosol contenant le virus. Un purificateur d'air de pièce filtre l'air chargé d'aérosols et le renvoie purifié. © Fraunhofer EMI / Numerical simulation of the aerosol dispersion within a classroom: An infected person sits in the front right corner of the classroom. The selected crosssection shows the concentration distribution of the virus-containing aerosol. A room air purifier filters the aerosol-laden air and returns it purified. © Fraunhofer EMI

Appareil pour l'inactivation thermique des virus transportés par aérosol. © Fraunhofer IFAM / Dispositif pour l'inactivation thermique des virus transportés par aérosol. © Fraunhofer ITWM

Unité de réacteur mobile pour une utilisation sur site. © Fraunhofer IMM / Mobile reactor unit for on-site use. © Fraunhofer IMM

Comment éliminer efficacement les virus de l'air intérieur ? Cette question reste cruciale, notamment pour les écoles où un nettoyage de l'air efficace est essentiel. Dans le cadre du projet AVATOR, des chercheurs du Fraunhofer étudient et optimisent diverses technologies de filtration et de purification de l'air.

Dans tous les Länder allemands, l'école bat son plein – avec toute la classe. Les enfants et les adolescents sont assis densément dans les salles de classe, beaucoup d'entre eux étant non vaccinés en raison de leur jeune âge. Pour minimiser le risque de contamination, les gouvernements régionaux et les ministères de l'Éducation encouragent l'achat de purificateurs d'air. Mais que peuvent réellement faire les différentes technologies de purification de l'air intérieur ?

Les chercheurs et chercheuses de 15 instituts et établissements Fraunhofer, sous la direction de l'Institut Fraunhofer pour la physique du bâtiment IBP, examinent et optimisent ces technologies dans le cadre du projet AVATOR, abrégé de « Anti-Virus-Aerosol : Testing, Operation, Reduction ». Ils étudient également de nouvelles technologies de nettoyage encore non commercialisées.

Filtres à air classiques

La purification de l'air la plus connue se fait par des filtres à air classiques. Ils aspirent l'air à travers un voile filtrant, où les virus restent piégés, puis rejettent l'air purifié dans la pièce. Des simulations menées par le Fraunhofer EMI illustrent comment ces appareils peuvent être efficaces dans une salle de classe : avec un taux d'échange d'air judicieusement réglé et une position appropriée, la concentration d'aérosols peut être réduite d'environ la moitié après 10 à 15 minutes de fonctionnement. Ces simulations montrent également que la concentration d'aérosols dépend des conditions concrètes et n'est pas uniforme dans toute la classe. Pour mieux éliminer les aerosols expirés, notamment leur charge virale, les chercheurs du Fraunhofer LBF et IAP ont doté les plastiques utilisés pour fabriquer les voiles filtrants d'additifs. »Le pouvoir filtrant des voiles repose sur trois mécanismes différents«, explique le Prof. Dr. Gunnar Grün, directeur adjoint de l'IBP et responsable du projet AVATOR. »Les grosses particules ne passent pas à travers le voile, elles sont filtrées. Les particules plus petites sont ralenties, restant suspendues dans le matériau du voile par inertie. Les additifs polaires influencent la performance du filtre vis-à-vis des plus petites particules, qui adhèrent au matériau du filtre en raison d'effets de surface.«

Ce sont précisément ces effets de surface que les chercheurs modifient par l'ajout d'additifs, afin de filtrer plus efficacement les plus petites particules. La performance globale du filtre étant déterminée par la taille de particules la moins retenue, souvent très petites (environ 200 μm à 300 μm), cette efficacité peut encore être améliorée par cette couche. Bien que des approches existent déjà pour améliorer la filtration par des additifs, ces voiles filtrants optimisés sont conçus pour des aérosols à base d'huile courants. Or, les aérosols émis par les humains sont hydriques et se comportent différemment. »Nous avons notamment pu augmenter l'efficacité contre ces bio-aérosols«, indique Grün. Les chercheurs génèrent des aérosols de test hydriques au Fraunhofer IMM à partir de liposomes, en utilisant un appareil permettant la détection optique des particules virales dans l'air.

Purification de l'air par plasma

Malgré leur efficacité dans les salles de classe, les filtres à air atteignent leurs limites dans certains environnements comme les chambres froides humides ou les abattoirs – surtout lors de rénovations. Pour éviter d'ajouter une résistance supplémentaire à l'air dans ces systèmes, des dispositifs de purification utilisant du plasma à basse température proposent une alternative pour éliminer les virus. Les virus ne restent pas accrochés aux voiles filtrants, mais sont désactivés dans le plasma et déposés sur des électrodes. Là aussi, le groupe de chercheurs du Fraunhofer a pu apporter des améliorations dans le cadre du projet AVATOR. »Nos collègues du Fraunhofer IPM ont développé des électrodes autonettoyantes basées sur la technologie d’un partenaire industriel du secteur automobile – le nettoyage habituel n’est plus nécessaire«, explique Grün.

« Virusgrill » : stérilisation par surchauffe

Les filtres à air et le plasma éliminent les virus de l'air intérieur. Une approche totalement différente pour éviter la transmission est celle du « Virusgrill » : ils chauffent l'air à plus de 90 degrés Celsius, rendant ainsi les virus inoffensifs. Bien que les virus restent présents dans l'air, ils ne peuvent plus se multiplier – ils sont inactivés – et ne peuvent plus nuire aux personnes. L'institut Fraunhofer IFAM à Dresde a déjà démontré que ce principe fonctionne. Grâce à une récupération très efficace de la chaleur, le fonctionnement de la purification de l'air devient économe en énergie, tout en minimisant l'apport de chaleur dans la pièce. Cela est particulièrement important dans les salles de classe, les bureaux et autres espaces non climatisés. Les chercheurs poursuivent le développement de cet appareil, notamment en miniaturisant ses composants.

Paravent de bureau

Une solution particulièrement adaptée aux grands espaces de bureaux a été développée par le Fraunhofer ICT et le Fraunhofer IBP en collaboration avec un fabricant de mousses. Ils utilisent des parois antibruit en mousse pour purifier l'air de leur charge virale et réduire ainsi le risque de transmission. »Toute la surface de la mousse est recouverte d’un composé d’argent antimicrobien – cela permet d’obtenir une forte inactivation virale lors du passage de l’air«, résume Grün. Un démonstrateur existe déjà. La fonction d’absorption acoustique n’est pas négligée : notamment dans le domaine de la parole humaine, entre 1000 et 4000 Hertz, la absorption du son est élevée.

Virocide pour la désinfection des pièces

Pour désinfecter des locaux inoccupés, des agents virucides sont utilisés. Cependant, ces substances dangereuses doivent généralement être transportées jusqu’au lieu d’utilisation et stockées jusqu’à leur emploi. Les chercheurs du Fraunhofer IMM ont développé une alternative plus pratique : un réacteur mobile qui produit le virucide Peroxodicarbonate à partir d’une solution inoffensive de carbonate de sodium. Le virucide lui-même se décompose en produits également inoffensifs. Le réacteur fonctionne déjà, et des essais de toxicité sont en cours au Fraunhofer ITEM – ils visent à étudier l’efficacité du virucide contre les micro-organismes et à vérifier s’il présente un risque critique pour l’homme et l’environnement.

Validation des technologies par détection virale

Que ce soit des filtres à air classiques, le « Virusgrill » ou des parois de séparation : toutes ces technologies de nettoyage doivent être rigoureusement évaluées quant à leur efficacité. Trois instituts Fraunhofer s’en chargent : l’ITEM, l’IBP et l’IGB. Ils vaporisent des virus non pathogènes, sans danger pour l’homme, qui ressemblent en taille, structure enveloppante et ARN aux virus SARS-CoV-2. Ces virus de substitution sont produits à grande échelle, nettoyés, formulés en aérosols de test, puis vaporisés dans le cadre des tests pour différentes technologies de nettoyage. Pour vérifier l’efficacité des nouveaux procédés d’inactivation, les chercheurs analysent la infectiosité et comparent le nombre total de virus avant et après inactivation.