Une étude surprenante sur les projections des éternuements et toux

Publié par Publication le 09/04/2014 à 12:00
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Nuage de gouttelettes expulsées - Illustration MIT
Une nouvelle étude menée par des chercheurs du MIT montre que la toux et les éternuements sont associés à un nuage de gaz qui maintiennent leurs gouttelettes potentiellement infectieuses en l'air sur des distances beaucoup plus grandes qu'on ne le pensait.

"Lorsque vous toussez ou éternuez, vous voyez les gouttelettes ou vous les sentez si quelqu'un éternue sur vous", dit John Bush, un professeur de mathématiques appliquées au MIT, et co-auteur d'un nouveau livre sur le sujet. "Mais vous ne voyez pas le nuage, la phase gazeuse invisible. L'influence de ce nuage de gaz est de diffuser et de propager les gouttelettes individuelles, en particulier les petites ".

En effet, l'étude constate que les petites gouttelettes qui émergent d'une toux ou d'un éternuement peuvent voyager de 5 à 200 fois plus loin que celles déplacées en tant que groupes de particules non liées. La tendance de ces gouttelettes de rester en l'air, mises en suspension par des nuages de gaz, signifie que les systèmes de ventilation peuvent être plus enclins à transmettre des particules potentiellement infectieuses que ce qui avait été soupçonné.

En conséquence de cette étude, les architectes et les ingénieurs devront réexaminer la conception des lieux de travail, des hôpitaux ainsi que la circulation de l'air à bord des avions, pour réduire les risques de transmission par la ventilation d'agents pathogènes entre les personnes.

"On peut avoir une contamination due à la ventilation d'une manière beaucoup plus directe que nous ne le pensions", explique Lydia Bourouiba, professeur adjoint au Département de MIT de génie civil et de l'environnement, autre co-auteur de l'étude.

Le document intitulé, "les événements expiratoires violents: la toux et les éternuements," a été publié dans le Journal of Fluid Mechanics . Il est co-écrit par Bourouiba, Bush, et Eline Dehandschoewercker, un étudiant diplômé de l'ESPCI ParisTech, une université technique française, qui était auparavant étudiant stagiaire au MIT, soutenu par le programme MIT-France.

Gouttes plus petites égale longues distances

Les chercheurs ont utilisé l'imagerie à haute vitesse pour visualiser les projections de la toux et des éternuements, ainsi que des simulations en laboratoire ainsi que la modélisation mathématique. Leurs conclusions bousculent une réflexion préalable sur le sujet. Par exemple: les chercheurs avaient précédemment supposé que les grandes gouttelettes volent plus loin que les plus petites, parce qu'elles ont plus d'élan, classiquement défini comme la masse multipliée par la vitesse.

Ce serait vrai si la trajectoire de chaque gouttelette était sans rapport avec ce qui l'entoure. Mais les observations montrent que ce n'est pas le cas; les interactions entre les gouttelettes en forme de nuage de gaz sont différentes dans leurs trajectoires. En effet, les toux ou éternuement ressemblent plutôt à une fumée sortant d'une cheminée.

"Si vous avez ignoré la présence du nuage de gaz, votre première proposition serait que les grandes gouttes vont plus loin que les plus petites", dit Bush. "Mais en élucidant la dynamique du nuage de gaz, nous avons montré qu'il y a une circulation dans le nuage - les petites gouttes peuvent être dispersées autour et remises en suspension par les tourbillons dans le nuage, et ainsi descendre plus lentement. Fondamentalement, les petites gouttes peuvent être propagées à une grande distance par ce nuage de gaz, tandis que les grosses gouttes tombent. Vous avez donc un renversement de la dépendance de la trajectoire par rapport à la taille ".

L'imagerie à grande vitesse a permis aux chercheurs du MIT de déterminer que certaines des gouttelettes de la toux et les éternuements peuvent porter beaucoup plus loin que les études précédentes l'avaient estimé.
Illustration MIT Massachusetts Instute of Technology

Plus précisément, l'étude constate que les gouttelettes de 100 micromètres ou millionièmes de mètre de diamètre vont cinq fois plus loin que précédemment estimé, tandis que des gouttelettes de 10 micromètres de diamètre vont aller 200 fois plus loin. Les gouttelettes de moins de 50 micromètres peuvent souvent rester en suspension assez longtemps pour atteindre les unités de ventilation au plafond.

Une toux ou éternuement est un "nuage flottant turbulent multi phase," que les chercheurs nomment ainsi dans le journal, parce que la nuée se mélange avec l'air ambiant avant que sa charge de gouttelettes tombe ou s'évapore dans les résidus solides, ou les deux à la fois.
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