Un simulateur d'éternuement montre la propagation d'insectes invisibles
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Un modèle 3D des voies respiratoires humaines a été utilisé pour tester la propagation des infections aéroportées
Un modèle imprimé en 3D du nez et des voies respiratoires supérieures d'un humain qui tousse et éternue a permis aux chercheurs de mieux comprendre comment les infections aéroportées se transmettent. Ces connaissances aideront à développer des moyens efficaces pour réduire cette propagation.
La pandémie mondiale de COVID-19 a démontré à quel point les maladies respiratoires peuvent facilement se propager par la toux et les éternuements. Il est essentiel de reproduire avec précision la transmission aérienne des maladies pour comprendre comment se propagent les maladies respiratoires. Cependant, il n'est pas toujours possible de recruter des personnes malades pour les études.
À cette fin, des chercheurs de l'Université Rovira i Virgili (URV) en Espagne ont conçu et construit un modèle 3D des voies respiratoires supérieures et de la cavité nasale humaines capable de simuler la toux et les éternuements pour mieux étudier la propagation des particules porteuses de maladies.
« Ce nouveau dispositif expérimental est utilisé ici pour générer des expirations ressemblant à des toux et des éternuements humains avec des paramètres réglables utilisés pour contrôler la force d’éjection de l’air », ont déclaré les chercheurs. « En utilisant des modèles réalistes imprimés en trois dimensions (3D) des voies respiratoires supérieures et de la cavité nasale, nous pouvons étudier le rôle de la force d’expiration et le rôle des voies nasales (en bloquant ou non les narines du modèle) sur la dispersion du nuage d’aérosols. »
Le modèle précis imprimé en 3D des voies respiratoires et de la cavité nasale humaines réalisé par les chercheurs s'est avéré crucial
La cavité nasale est essentielle à la dynamique du flux d’air ainsi qu’à la taille, à la direction et à la vitesse de dispersion des particules expulsées lors d’une toux ou d’un éternuement. Il existe également des différences entre les particules expulsées par le nez ou par la bouche. Comme ces facteurs ont un impact sur la transmission des maladies, les chercheurs ont voulu concevoir un modèle respiratoire aussi réaliste que possible.
Les chercheurs ont utilisé des caméras à grande vitesse et un faisceau laser pour étudier en temps réel la façon dont les particules se dispersaient dans l’air. Ils ont mesuré la trajectoire et la largeur des nuages de particules dans une série de conditions expérimentales conçues pour imiter différents « événements expiratoires violents » par le nez ou la bouche.
Les chercheurs ont découvert que l’expiration par le nez permettait de dévier les particules infectieuses vers le bas, les dispersant plus verticalement et moins horizontalement. Selon eux, si cette méthode peut réduire le risque de transmission de maladies aux personnes se trouvant à proximité immédiate, elle signifie également que les particules restent en suspension dans l’air plus longtemps. Dans les espaces confinés mal ventilés, cela peut augmenter le risque d’exposition des autres à long terme.
En revanche, l’expiration par la bouche a entraîné un déplacement plus important des particules infectieuses, le long d’un trajet plus horizontal. Selon les chercheurs, ce mode de dispersion augmente le risque de propagation de l’infection aux personnes à proximité, car les particules sont susceptibles d’atterrir directement sur elles, en particulier lors de conversations en face à face ou dans des environnements partagés.
L'auteur principal, Nicolás Catalán, tient le modèle des voies respiratoires supérieures imprimé en 3D
« Ces résultats nous aident à comprendre comment les noyaux de particules sont dispersés dans les espaces intérieurs et, par conséquent, comment les maladies se transmettent dans l'air », a déclaré Nicolás Catalán, chercheur au Département de génie mécanique de l'URV et auteur principal de l'étude.
Bien que des études supplémentaires soient nécessaires pour examiner comment les facteurs environnementaux tels que l’humidité et la température affectent la dispersion des particules, les connaissances acquises à partir de la présente étude peuvent éclairer les stratégies de ventilation dans les restaurants, les salles de classe, les hôpitaux, les transports publics, etc.
« L’optimisation des systèmes de ventilation basée sur la dynamique des nuages de particules a le potentiel de réduire considérablement le risque de transmission de maladies aéroportées », ont déclaré les chercheurs.