Posté par Adrien le Dimanche 24/01/2021 à 09:00

Covid-19 - Aérosols et gouttelettes: ce qu’il faut savoir

Les écoliers émettent des aérosols dans leurs salles de classe, les aînés dans leurs résidences, les travailleurs sur leurs lieux de travail. Nous émettons tous des aérosols. Pourquoi le terme est-il devenu si important ces derniers mois ?

Photo: CDC Public Health Image Library

Pour plusieurs, le mot "aérosol" rappelle ces canettes sous pression vendues en magasin, qui permettent de vaporiser un liquide dans l’air - par exemple, un "déodorant en aérosol". Les anglophones utilisent pour leur part le mot ‘airborne’, soit "aéroporté", plus près du concept qui occupe en ce moment la planète entière.

Qu’est-ce qu’un aérosol ?

Le terme aérosol désigne un ensemble de particules en suspension dans un milieu gazeux - en l’occurrence, dans l’air. Du préfixe aéro-, qui fait référence à l’air, et de sol, qui est ici l’abréviation de ce qu’on appelle en chimie une solution, une substance dissoute dans un solvant. Un aérosol est donc une substance "dissoute" dans l’air.

Produit-on continuellement des aérosols ?

Oui. Beaucoup. Mais ils sont rarement visibles à l’oeil nu. Sauf par les journées les plus froides de l’hiver, lorsqu’on expire et qu’on voit un "nuage" de condensation se former. Or, même quand il ne fait pas froid, ce "nuage" est toujours présent, à chaque respiration. Et il est rempli de millions de microgouttelettes d’eau, accompagnées de toutes sortes de choses. Comme des virus.

Chaque expiration, chaque toussotement, chaque parole, chaque note chantée expulsent dans l’air des gouttes d’eau de différents formats. Les plus grosses tombent rapidement au sol, sous l’effet de leur poids, mais les plus petites restent en suspension dans l’air de plusieurs minutes à plusieurs heures. D’où les inquiétudes à leur égard dans des milieux fermés et mal ventilés, comme les salles de classe.

Pourquoi certaines restent en suspension dans l’air et pas d’autres ?

Ce qui les différencie, c’est la taille. Il n’y a pas unanimité sur la "frontière" entre les deux. Mais la taille est déterminante pour savoir si une gouttelette va "tomber" ou "flotter".

"Historiquement, on considérait qu’une microgouttelette devait faire entre 1 et 5 ou 6 micromètres de diamètre pour flotter," explique l’ingénieur Stéphane Bilodeau (1 micromètre = 1 millième de millimètre).

"Mais des recherches récentes sur la contagion à la COVID-19 par aérosols ont permis de découvrir que des microgouttelettes peuvent atteindre un diamètre de 100 micromètres et continuer de "flotter" dans l’air", poursuit celui qui, titulaire d’un doctorat en génie mécanique, a déposé une thèse sur le thème de la ventilation.

Il ne s’agit pas d’une limite réelle: une particule de 101 micromètres ne tombe pas soudainement comme une roche. Il s’agit d’une limite arbitraire, parce qu’il fallait en fixer une.

Pour comparaison, le coronavirus responsable de la COVID-19 fait un peu plus d’un dixième de micromètre (0,125 micromètre, pour être précis).

Petites ou grandes, les lois de la gravité ne disent-elles pas que tout finit par tomber ?

En effet. Dans la réalité, les particules aérosols tombent bel et bien, mais avec une très grande lenteur, à cause de leur très faible masse et de la résistance de l’air. "Un peu comme un parachutiste lorsque sa voilure est ouverte", continue Stéphane Bilodeau.

Pour bien comprendre ce que signifie "résistance de l’air", déplaçons-nous sur la Lune, où il n’y a pas d’air. Une expérience filmée là-haut en 1971 par les astronautes de la mission Apollo 15 montre qu’un marteau et une plume, lâchés d’une même hauteur, tombent à la même vitesse et atteignent le sol en même temps.

Cela est possible d’abord parce que la gravité s’applique à tous les objets de la même façon: quelle que soit leur masse, ils sont attirés vers le sol à la même vitesse. Mais surtout, c’est possible parce que la Lune est pratiquement dépourvue d’atmosphère; il n’y a donc à peu près aucune molécule de gaz qui peut se mettre en travers de la route du marteau ou de la plume pour freiner leur chute. En comparaison, sur Terre, les molécules de l’atmosphère vont ralentir la chute des corps, avec un effet proportionnel à leur surface de contact avec l’air. "La plume, dont cette surface est très grande, mais qui a une faible masse, va être ralentie beaucoup plus que le marteau, plus lourd," explique Stéphane Bilodeau.

On constate de la même façon que, pour les gouttes de très petite dimension, les forces dues à la résistance de l’air deviennent très importantes, par rapport à l’attraction gravitationnelle. C’est pourquoi les aérosols restent en suspension dans l’air très longtemps. Ainsi, sur Terre, la goutte de 1 mm tombe plus vite que la microgouttelette de 0,01 millimètre (ou 10 micromètres).

Si le diamètre de cette gouttelette est réduit à 10 micromètres, c’est la résistance de l’air qui l’emporte provisoirement. C’est pourquoi les aérosols restent en suspension dans l’air assez longtemps.

Combien de temps un aérosol reste-t-il en suspension ?

Cela dépend du diamètre des particules. Mais il faut aussi tenir compte d’un dernier facteur: l’air n’est pas immobile.

Si tel était le cas, dans un air parfaitement stagnant, une microgouttelette de 5 micromètres lâchée d’une hauteur de 1,5 mètre mettrait environ 33 minutes à se déposer. Dans un endroit où l’air se déplacerait horizontalement et sans aucune turbulence à 20 cm/s (0,72 km/h), la microgouttelette pourrait alors être transportée sur 400 mètres avant de toucher le sol.

Mais dans une pièce remplie de gens qui s’agitent, l’air est parcouru de vagues et de turbulences. Celles-ci peuvent faire "remonter" les microgouttelettes d’aérosol à plusieurs reprises et les maintenir en suspension plusieurs heures après leur émission -voire toute la journée !

Ce n’est que le soir, lorsque la pièce est vide et calme, que les aérosols se déposent au sol et sur les surfaces, et que l’air "s’assainit". Si ces aérosols transportent des particules virales, l’idéal serait donc de les éliminer des espaces clos à mesure qu’ils sont émis, d’où les discussions actuelles sur la filtration de l’air et la ventilation.
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