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© CNRS - 2021

Masques anti-Covid face à la physique (Les)

Reference

7329

Duration

00:06:02

Production year

2021

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HD
16/9
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Commentaire off :
Ils sont artisanaux, chirurgicaux ou de normes FFP2 et sont entrés brutalement dans nos quotidiens avec l'émergence de la pandémie de COVID 19. Mais que savons-nous réellement de ces masques ? Comment réagissent-ils au contact de notre souffle ou d'un éternuement ? Peut-on en mesurer l'efficacité ? Conçus pour protéger les autres et nous-mêmes d'éléments contaminants et volatiles, ils sont depuis plusieurs mois étudiés par une équipe de chercheurs français spécialisés dans l'interaction entre les textiles et les liquides.

Commentaire off :
Christophe Josserand, Camille Duprat et Olivier Marchand travaillent au sein du laboratoire d'hydrodynamique LadhyX situé à Palaiseau. Ils s'intéressent à la mécanique des fluides et notamment aux aérosols, ces ensembles de fines particules en suspension dans l'air. Sur une station météo proche de leur laboratoire a été installé un piège en forme de filet qui permet de collecter et de caractériser les gouttelettes d'eau qui le constitue le brouillard. Les chercheurs ont développé des modèles mathématiques qui permettent d'évaluer la capacité de ces gouttelettes à se déplacer ou à se déformer en fonction d'un obstacle qu'elles peuvent rencontrer. Des thématiques de recherches qui ont trouvé une résonnance particulière en pleine pandémie.

Christophe Josserand :
Au moment où le Covid 19 est sorti sont apparues ces discussions autour de la dispersion du virus et notamment autour de ce qu'on appelle les aérosols qui sont des petites gouttes émises quand on respire ou quand on éternue. Donc vraiment l'idée c'est, issu de tout ce qu'on entendait et de ce qui se passait autour du Covid, de poser une question assez pragmatique, de se dire « mais finalement on sait, on pense que le masque est important mais dans quelle mesure le masque joue un rôle dans la dispersion des gouttelettes ? comment est-ce que le masque retient vraiment les gouttelettes ? est ce qu'il les retient ? ». On se rendait compte, tous, en respirant dans un masque que cela passait autour, que cela passait au-dessus, et donc l'idée était de caractériser ça, de se dire « est-ce que l'on peut visualiser un peu mieux, voire même compter le nombre de gouttes émises hors du masque et celles retenues dans le masque.

Commentaire off :
Pour tenter d'observer la réaction de ces gouttelettes au contact d'un masque, les scientifiques s'appuient sur des dispositifs construits par leurs soins. Cette machine est une soufflerie environnementale. Elle permet de produire un brouillard très contrôlé constitués de gouttelettes d'une taille de 4 microns, 20 fois plus fines qu'un cheveu. Les chercheurs placent à son extrémité différentes structures permettant de mesurer leur capacité à collecter des gouttelettes. En fonction du type de tissu ou du tressage ainsi que de la vitesse de propagation des gouttelettes, le textile n'aura pas les mêmes capacités à absorber ce brouillard artificiel.
Camille Duprat a ainsi testé des filets très différents et des systèmes simples composés de fils parallèles. Des fils très efficaces qui permettent un drainage immédiat : les gouttelettes s'écoulent le long de ces fils mais n'y restent pas accrochées.

Camille Duprat :
On voit bien que cet effet de goutte qui ne reste pas sur le fil va devenir important dès que l'on va avoir un système comme celui-ci, ou une grille, ou même un masque qui en fait composé d'un ensemble de fibres enchevêtrées irrégulier, ce qu'on appelle un intissé. Dans ce cas-là les gouttes vont rester accrochées au niveau des jointures entre les fils, ne vont pas s'écouler, donc au fur et à mesure que l'on collecte on va de plus en plus boucher le filet. Au bout de quelque temps le masque est saturé en gouttelettes et c'est l'une des raisons pour laquelle il faut changer de masque régulièrement.

Commentaire off :
Pour tenter de visualiser la dispersion de ces gouttelettes lorsque nous portons ces masques, les chercheurs utilisent une technique optique baptisée strioscopie. Un sujet équipé d'un masque est ainsi placé devant un miroir sphérique qui permet de concentrer les rayons d'une source de lumière. Il va devoir respirer puis éternuer afin d'effectuer des mesures comparatives. La différence de température entre son souffle et l'air de la pièce va faire varier les caractéristiques optiques de l'atmosphère ambiante. Une caméra haute vitesse va ainsi capturer la signature laissée par le flux d'air chaud qui porte les gouttelettes projetées hors du masque. Voici par exemple ce qu'il se passe lorsque toussons : à gauche une toux sans masque, à droite la même toux mais cette fois avec un masque devant la bouche. Une partie du flux n'est pas absorbée par le masque et s'échappe dans l'air ambiant.

Olivier Marchand
Ce que l'on voit avec la méthode de strioscopie, c'est qu'on a un écoulement qui est présent autour du masque, qui n'est pas si négligeable que ça, et donc on a besoin de connaitre plus précisément ce qu'il se passe au niveau des débits. Quand on tousse par exemple cela peut être assez efficace parce qu'on a un jet qui est très puissant et qui passe particulièrement à travers. Quand on respire on émet également des gouttelettes mais le débit n'est pas aussi fort et donc il y a un écoulement sur les côtés qui est apparemment un peu plus important, et c'est ça qu'on cherche à quantifier. Si l'efficacité du masque a été démontrer on peut encore améliorer son utilisation avec les données et les informations que l'on va recueillir.

Commentaire off :
Propriétés de filtration, réactions des fibres textiles face à un aérosol, déplacement des gouttelettes au sein d'un mouvement turbulent... au-delà de leur intérêt fondamental pour la mécanique des fluides les données collectées lors de cette étude pourraient permettre d'imaginer des masques mieux adaptés aux morphologies de chacun mais aussi aux différentes activités quotidiennes. L'occasion d'optimiser cette barrière défensive face à un avenir sanitaire encore bien incertain.

Résumé

Les masques font désormais partie de notre quotidien. Mais que valent-ils vraiment ? Quelle est la matière la plus efficace pour stopper les gouttelettes ?
Sur le site de l'Ecole Polytechnique de Saclay, l'équipe de recherche menée par Christophe Josserand, spécialisée dans la physique des flux en contact avec des surfaces, mène actuellement des expériences pour mieux caractériser l'efficacité des différents types de masques utilisés en barrière contre le Covid-19. Elle tente ainsi d'évaluer la physique des gouttelettes produites par notre respiration et nos éternuements et propose un modèle théorique pour évaluer l'efficacité de ces masques.

Auteur(s)

Rédacteur(s) en chef

CNRS Institute(s)

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