La recherche sur les flux d'air pourrait réduire la propagation des maladies et de la contamination

Le flux d'air dans une pièce peut avoir un impact sur la transmission de virus comme le COVID-19.

Un scientifique de Texas A&M AgriLife Research étudie comment le chauffage, la ventilation et la climatisation, le CVC, les configurations des systèmes et la conception des bâtiments pourraient atténuer la propagation des micro-organismes, y compris les virus, qui nuisent à la santé humaine.

Le Dr Maria King, directrice du Center for Agricultural Air Quality Engineering and Science du Département de génie biologique et agricole, a récemment reçu une subvention de 400 000 $ des National Institutes of Health sur deux ans pour étudier les voies aériennes des agents pathogènes dans les établissements de soins de santé. L'étude devrait faire la lumière sur un aspect largement invisible de la conception des bâtiments qui a un impact important sur la santé humaine.

King a déclaré que l'étude relie les disciplines scientifiques telles que la biologie, la virologie, la modélisation informatique et l'ingénierie à la recherche appliquée d'une manière passionnante et innovante. L'étude intervient également après que le monde a passé plusieurs années à faire face à des épidémies de COVID-19, qui se propagent principalement par voie aérienne.

Cette perspective d'ingénierie innovante a un impact important sur la façon dont les installations envisagent la conception des flux d'air, a déclaré King.

"L'utilisation de l'ingénierie pour examiner les problèmes des sciences de la vie fait une grande différence dans la façon dont nous envisageons la prévention des maladies", a-t-elle déclaré. "Nous réalisons le potentiel que les outils et les perspectives d'ingénierie peuvent présenter pour aborder l'assainissement ou lutter contre les microbes et les organismes qui ont un impact sur la santé humaine."

Les systèmes de ventilation font partie de la plupart des environnements bâtis, de sorte que l'effet des propriétés de l'air sur les virus en aérosol est d'une importance cruciale à étudier. Les chercheurs utiliseront la modélisation et les simulations de flux d'air pour modéliser visuellement la façon dont les agents pathogènes peuvent se déplacer dans un espace en fonction de divers facteurs. L'étude de King répondra aux questions fondamentales liées à ce mouvement.

King espère que le nouveau projet pourra éduquer les scientifiques et les ingénieurs sur la façon dont les virus se transportent dans un espace sous diverses formes de bioaérosols, telles que les gouttelettes d'une toux ou d'un éternuement.

L'objectif est d'aider à développer et à mettre en œuvre des stratégies et des directives de ventilation interdisciplinaires dans la conception, la gestion et le suivi des maladies dans les établissements de santé et qui peuvent être appliquées à d'autres environnements bâtis.

En outre, l'équipe cherche à savoir comment des facteurs tels que la température, l'humidité et la vitesse de l'air transportent des gouttelettes de différentes tailles à travers des espaces aux configurations, dimensions, caractéristiques de surface et autres caractéristiques variables, a-t-elle déclaré. Comprendre les conditions qui contribuent à une exposition plus élevée aux agents pathogènes peut orienter les conceptions qui réduisent l'entraînement et la propagation des agents pathogènes.

King a précédemment montré que les approches combinées de modélisation et d'échantillonnage peuvent atténuer le mouvement des micro-organismes infectieux en suspension dans l'air par la ventilation.

Par exemple, King a étudié le flux d'air dans une usine de transformation de la viande avec des simulations de modélisation pour montrer comment les barrières, tout comme les écrans en plastique transparent aux caisses des épiceries, pourraient avoir un impact sur la propagation des agents pathogènes entre les personnes travaillant à proximité les unes des autres le long d'une chaîne de transformation. La modélisation a montré que les barrières affectaient le flux d'air, mais qu'un blindage supplémentaire au-dessus de chaque travailleur améliorerait sensiblement la protection.

King a déclaré que la modélisation et les simulations de flux d'air nécessitent une quantité incroyable d'entrées de données et une technologie de calcul sophistiquée dans les ressources du groupe Texas A&M High Performance Research Computing pour visualiser correctement les modèles de flux d'air. L'équipe de recherche utilisera également des collecteurs de bioaérosols à volume d'air élevé pour étudier comment les virus pourraient se propager dans un système CVC avec différentes configurations d'admission et d'échappement et des taux de renouvellement d'air.

En plus de King, l'équipe de recherche comprend également le Dr Sandun Fernando, qui a récemment été nommé à la chaire Dow Chemical Endowed Professorship, et le Dr Zivko Nikolov, tous deux du Département de génie biologique et agricole. Un autre membre de l'équipe est le Dr Gabriel Hamer, professeur agrégé au Département d'entomologie.

L'équipe mènera également des expérimentations dans une maquette à l'échelle 3/4 d'une chambre d'hôpital ventilée et en milieu hospitalier réel.

"L'aspect le plus excitant de cette étude pour moi est l'expertise de notre équipe et les technologies et installations uniques que nous utilisons pour en savoir plus sur les défis complexes que présente cette recherche", a déclaré King. "La recherche innovante commence avec la bonne équipe, et nous avons une excellente équipe interdisciplinaire et un soutien complet du département et du Collège d'agriculture et des sciences de la vie. C'est un environnement de travail très synergique."

Les simulations et la modélisation ont déjà révélé que certains aspects de la ventilation, tels que les impacts de la conception des bâtiments ou le nombre de renouvellements d'air par heure, ACH, peuvent être contre-productifs pour l'assainissement ou la prévention des infections.

Par exemple, un hôpital pourrait adopter un ACH élevé en supposant que les particules en suspension dans l'air seraient éliminées plus rapidement, a déclaré King. Mais, selon la disposition, l'ACH peut déplacer les particules dans la pièce comme un mélangeur, ce qui augmente considérablement l'exposition.

Dans un autre exemple, dans une usine de transformation de la viande, les unités d'admission d'air CVC étaient situées près des enclos de bétail. L'emplacement d'admission augmentait le risque que des bactéries, des champignons ou d'autres micro-organismes indésirables aient un impact sur l'assainissement dans les zones sensibles de l'installation de transformation de la viande.

King a déclaré que bien que l'étude se concentre sur les établissements de soins de santé, la recherche a d'innombrables applications, notamment pour les écoles, les industries de transformation des aliments, les épiceries, les bureaux et les installations militaires.

"Les exemples peuvent sembler évidents maintenant, mais ils n'ont pas été pris en compte dans cette perspective de flux d'air lorsque les installations ont été configurées", a déclaré King. « Ces exemples illustrent la valeur de comprendre comment la modélisation peut aider à optimiser des objectifs spécifiques au stade de la conception et de la planification de la construction. Nous sommes donc ravis de voir où cette étude nous mène car nous pensons que ces découvertes sont très importantes pour les infrastructures essentielles et également applicables aux aspects quotidiens de nos vies.

Cet article d'Adam Russell a été initialement publié sur AgriLife Today.

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