Au Cœur de la Contamination Grippale: Dynamiques des Particules Respiratoires et Mesures Biophysiques

Fiches de vocabulaire biophysique couvrant la dynamique des fluides expiratoires, les mécanismes de formation des gouttelettes, l'aérobiologie de la contamination grippale et les mesures physiques d'ingénierie environnementale (ventilation, filtration HEPA, isolement).

Particules respiratoires (PR)

Particules liquides, semi-liquides ou solides résultant des émissions respiratoires (toux, parole, respiration, etc.), formant un continuum continu de tailles allant de l'échelle sous-micronique à plusieurs centaines de microns.

Particules respiratoires infectieuses (PRI)

Sous-ensemble spécifique de particules respiratoires (PR) contenant des agents pathogènes respiratoires viables.

Champ proche

Zone à proximité immédiate de la source émettrice où l'exposition est forte et concentrée, caractérisée par l'inhalation directe de fractions concentrées du nuage turbulent et l'impact direct de PRI sur les muqueuses.

Champ lointain

Zone distante de la source où l'exposition résulte de l'inhalation de particules infectieuses diluées et mélangées dans l'air ambiant, dont l'homogénéité dépend de la force de la ventilation.

Charge infectieuse active des PRI

Grandeur quantifiant le nombre moyen d'agents pathogènes infectieux viables par unité de volume d'une particule respiratoire infectieuse.

Dose infectieuse

Quantité minimale d'agent pathogène nécessaire pour parvenir à induire une infection ou une pathologie clinique chez un individu hôte réceptif exposé.

Dose Infectieuse Minimale (DIM à 50% de probabilité)

Dose infectieuse se situant de façon variable entre $100$ et $1000$ virions pour la grippe, quantité pouvant être contenue au sein d'une seule gouttelette aérosolisée de $1$ à $10\,\mu\text{m}$ (qui renferme classiquement $10^3$ à $10^7$ virions).

Exposition cumulée

Intégration temporelle de l'exposition prenant en compte le volume d'air inhalé, la concentration ambiante en PRI, leur charge infectieuse active et la fraction déposée dans les tissus cibles de l'hôte.

MUC 5B

Exemple de biopolymère glycoprotéique majeur présent dans la salive conférant à celle-ci son comportement rhéologique visco-élastique.

Temps de relaxation de la muco-salive

Paramètre temporel caractéristique du comportement visco-élastique de la salive humaine sous étirement, dont les valeurs répertoriées dans la littérature oscillent entre $2.24\,\text{ms}$ et $76.2\,\text{ms}$.

Poches de fluides

Bulles partielles formées lors de l'amincissement de filaments de fluide non newtonien dominé par la viscosité du solvant avant rupture en gouttelettes.

Instabilité de Rayleigh-Taylor

Mécanisme hydrodynamique d'éclatement au cours duquel une nappe de fluide expirée s'amincit en sac sous la pression de l'air, formant à ses rebords des ligaments perpendiculaires qui se fragmentent ensuite en gouttelettes.

Nombre de Reynolds ($Re$) respiratoire

Nombre adimensionnel caractérisant le régime d'écoulement du jet expiratoire, défini par la relation $Re = \frac{Q}{d \cdot v}$, avec $Q$ le débit, $d$ le diamètre buccal et $v$ la viscosité de la phase gazeuse (valant $10^4$ lors de la toux et $4 \times 10^4$ lors de l'éternuement).

Modèle de Wells (1934, 1955)

Approche théorique historique stipulant que les particules respiratoires sont émises de manière isolée sans nuage gazeux porteur et que, sans flux d'air ambiant, les plus grosses particules voyagent plus loin horizontalement que les plus fines.

Nuage turbulent multiphasique (Bourouiba et al.)

Émission conjointe d'un panache gazeux chaud et humide et de gouttelettes respiratoires maintenant les micro-particules piégées en suspension, augmentant la portée horizontale des particules de diamètre $< 10\,\mu\text{m}$ d'un facteur supérieur à $200$.

Particules fines ($< 2.5\,\mu\text{m}$)

Particules aérosolisées légères suivant la fluidité de l'air sans subir de sédimentation gravitationnelle notable ni d'arrêt par impaction inertielle, demeurant en suspension aérienne pendant des heures.

Équation de Wells-Riley

Modèle probabiliste fondé sur une loi de Poisson estimant le risque d'infection : $P_i = 1 - \exp\left(-\frac{I \cdot q \cdot p \cdot t}{Q}\right)$, où $I$ est le nombre de cas index, $q$ le taux de production de quanta, $p$ la ventilation pulmonaire, $t$ la durée d'exposition et $Q$ le débit de ventilation.

Filtre HEPA (High-Efficiency Particulate Air)

Dispositif d'épuration d'air à très haute efficacité conçu pour éliminer au moins $99.97\%$ des particules aérosolisées au calibre le plus pénétrant ($0.15$ à $0.2\,\mu\text{m}$) en exploitant l'impaction directe, l'interception et la diffusion.

Mécanismes de capture sur fibre

Phénomènes physiques responsables de la filtration d'aérosols sur média fibreux : l'interception directe, l'impaction inertielle (pour les grosses particules déviant des lignes de courant) et la diffusion brownienne (pour les particules submicroniques).

Most Penetrating Particle Size (MPPS)

Diamètre particulaire critique pour lequel l'efficacité combinée de filtration d'un filtre HEPA atteint son minimum (autour de $0.15\,\mu\text{m}$), marquant la transition entre la prédominance de la diffusion et celle de l'impaction/interception.

Priorisation des mesures d'ingénierie (qualité de l'air intérieur)

Hiérarchie de contrôle technique ordonnée en entonnoir : premièrement la ventilation par apport d'air extérieur (VMC modulable ou fenêtres), deuxièmement l'augmentation de la filtration centrale (filtres ePM 2,5 au minimum), et troisièmement l'utilisation d'épurateurs ou purificateurs d'air autonomes.

Chambre à Pression Négative (CPN / AIIR)

Pièce d'isolement hospitalière dédiée aux « Précautions Air » garantissant une dépression par rapport aux couloirs, un renouvellement d'air d'au moins $6$ à $12\,\text{ACH}$ et l'évacuation de l'air extrait directement dehors ou par filtration HEPA préalable.