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Évaluer la ventilation pour limiter la propagation des microorganismes - Par : Mathieu Bendouma, Camille Fertel, Claudiane Ouellet-Plamondon,

Évaluer la ventilation pour limiter la propagation des microorganismes


Mathieu Bendouma
Mathieu Bendouma Profil de l'auteur(e)
Mathieu Bendouma est post-doctorant au Département génie de la construction de l’ÉTS. Ses recherches portent sur les systèmes énergétiques et les transferts de chaleur et de masse dans les domaines du bâtiment et du transport.

Camille Fertel
Camille Fertel est directrice générale de Tecnea Canada, docteure en économie de l’environnement. Ses recherches portent sur la transition énergétique dans les secteurs de la chaine du froid, de la climatisation et la réfrigération.

Claudiane Ouellet-Plamondon
Claudiane Ouellet-Plamondon Profil de l'auteur(e)
Claudiane Ouellet-Plamondon est professeure au Département de génie de la construction de l’ÉTS. Son expertise porte sur la caractérisation et la fonctionnalisation des matériaux, le développement durable, l’analyse du cycle de vie.

Ventilation

Achetée sur istockphoto.com. Droits d’auteur.

RÉSUMÉ:

La ventilation peut jouer un rôle sur la dispersion des virus et des bactéries, notamment dans le cas des systèmes mal entretenus. Cette étude porte sur les systèmes de ventilation présents à la bibliothèque de l’ÉTS. Pour connaître leur influence sur la propagation d’agents pathogènes, un suivi d’espace fréquenté et non fréquenté est effectué. Une augmentation du débit d’air insufflé est appliquée pour vérifier l’incidence de la ventilation sur l’hygiène des surfaces. Afin de connaître la concentration de microorganismes, des mesures biochimiques d’ATP (Adenosine 5′ triphosphate) sont utilisées. Les résultats indiquent que la ventilation n’apporte pas de biomasse de manière significative sur les surfaces. En revanche, l’augmentation de la fréquentation a entraîné un dépassement des indicateurs de surveillance et de contrôle de l’hygiène. La flore bactérienne augmente lorsque la fréquentation est plus importante et la ventilation n’influence pas les valeurs mesurées.

Les microorganismes comme indicateurs de risque

Dans le contexte sanitaire actuel [1], il est essentiel de s’assurer de la propreté des espaces et des surfaces qui peuvent être vecteurs de bactéries et de virus. Le risque de transmission est multiplié par les vecteurs favorisant la dispersion d’aérosols introduits, comme la ventilation [2], [3]. La propreté des conduites et des filtres joue un rôle majeur. La bonne conception des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation peut permettre de réduire les risques de maladies respiratoires [4]. Cette étude exploratoire a pour but d’évaluer la contamination des surfaces ainsi que la concentration de microorganismes basée sur la mesure de la concentration d’adénosine triphosphate (ATP). Cette méthode ne permet pas de détecter la présence de virus, toutefois nous nous basons sur l’hypothèse que la forte concentration de microorganismes multiplie le risque de présence de virus dans les endroits exposés à la transmission [5]–[7].

Les résultats permettront de déterminer comment entretenir et utiliser les systèmes de ventilation afin de mieux gérer les risques de contamination. La transmission par les surfaces de la Covid-19 n’est pas une source de préoccupation majeure, cependant le nettoyage et la désinfection permettent de limiter la présence de virus [8], [9]. L’ATP-métrie se base sur la bioluminescence grâce à la réaction enzymatique nécessaire à la conversion énergétique de tous les êtres vivants [10] (Figure 1). Cette méthode peut être directement faite à l’ÉTS, sans séquençage d’acide désoxyribonucléique (ADN) par réaction en chaîne par polymérase (PCR).

Fonctionnement de l’atp-métrie

Figure 1 : Principe de l’ATP-métrie

Instrumentation utilisée et lieux échantillonnés

Un anémomètre« L’anémomètre est un appareil de mesure utilisé pour mesurer la vitesse du vent, des gaz et du débit d’air. » Réf. Conrad est employé pour mesurer les conditions ambiantes. Pour les débits d’air dans les espaces, un système de gestion technique centralisé (GTC), présent à l’ÉTS, est utilisé, en parallèle de mesures obtenues avec un balomètre« Un balomètre est un instrument de mesure utilisé en ventilation qui permet de prendre directement le débit de l'air qui sort d'un diffuseur ou entre dans une grille de retour à l'aide d'un cône en toile (ou hotte). Au bas du cône, une boîte principale contenant un débitmètre permet de mesurer le débit de l'air. » Réf. Wikipedia. Un analyseur de CO2 et un rugosimètre« …un instrument utilisé pour mesurer le relief d'une surface, notamment dans le but d'en évaluer la rugosité ou la micro-géométrie. » Réf. Wikipedia sont aussi employés (pour mesurer la qualité de l’air et du fait de la dépendance des mesures d’hygiène à la rugosité des surfaces). Les conditions d’hygiène des surfaces sont mesurées à l’aide de trousses de mesure, fournies par GL Biocontrol. Les mesures de ces tests sont comparées aux seuils de surveillance et de contrôle qui permettront de s’assurer que les mesures sanitaires sont adéquates avec le contexte sanitaire. Ces seuils s’inspirent de ceux définis dans un rapport de la communauté européenne (Biowyse) et visent à contrôler le taux de contamination de surfaces. L’ensemble du matériel utilisé pour l’étude est présenté sur la Figure 2.

Appareils de mesure pour ventilation

Figure 2 : Matériel utilisé pour l’étude des conditions intérieures et de l’hygiène des surfaces.
a) Anémomètre ; b) balomètre ; c) analyseur de CO2 ; d) kit de mesure d’ATP ; e) rugosimètre.

Les mesures sont effectuées dans la bibliothèque de l’ÉTS, dans deux espaces : un espace fréquenté et un espace non fréquenté (Figure 3). Trois zones sont étudiées dans l’espace non fréquenté afin d’obtenir de meilleures répétabilité et représentativité spatiales de l’espace étudié ; dans la zone fréquentée, une seule zone est étudiée pour évaluer l’influence de la fréquentation. Les mesures sont effectuées durant une semaine en août et une autre en novembre. Dans un premier temps, la semaine d’août nous permet d’avoir des conditions de référence, en situation de faible fréquentation, et d’effectuer un test de débit de ventilation, consistant à augmenter le débit d’air pour évaluer l’encrassement des filtres. En augmentant le débit, on souhaite créer une augmentation de pression de part et d’autre du filtre. Si ce dernier est encrassé, l’air circulera plus difficilement, pouvant conduire à une surpression au niveau des filtres et dans la gaine de ventilation. Une surpression au niveau du système de ventilation doit permettre d’avoir une indication sur l’encrassement, grâce à un dégagement de particules supplémentaires ou par une variation de débit anormale. Par ailleurs, l’encrassement des filtres peut être à l’origine d’une augmentation de la consommation énergétique du système. Dans un second temps, la semaine de novembre nous permet d’observer la bibliothèque en conditions de grande fréquentation.

Plan de la bibliothèque de l’ÉTS

Figure 3 : Les zones fréquentée (ZF) et non fréquentée (Z1, Z2 et Z3) à la bibliothèque de l’ÉTS.

Résultats

Pendant la semaine d’août, des travaux étaient en cours à proximité de l’ÉTS (Figure 4). Ils se sont terminés en milieu de semaine et nous avons effectué un test sur la ventilation consistant à augmenter le débit d’air insufflé au maximum. Les débits mesurés sont présentés sur la Figure 5. Durant le test, les valeurs de débits étaient hors du domaine d’utilisation de la GTC, celle-ci n’a pas pu nous fournir d’indication fiable. Toutefois, la mesure avec le balomètre permet de valider les conditions du test.

Rue Peel

Figure 4 : Travaux pendant la semaine d’août.

Débits de la ventilation

Figure 5 : Mesures des conditions ambiantes dans l’espace non fréquenté pendant la semaine d’août.

La Figure 6 présente les résultats des mesures d’hygiène, avec l’achalandage de la bibliothèque. Les résultats sont comparés à des seuils de surveillance et de contrôle, basés sur des valeurs validées en Europe, mais pas encore mises en place au Canada. Les seuils sont généralement définis pour des bactéries spécifiques [11] et sont utilisés ici à titre indicatif. Les seuils de surveillance et de contrôle indiquent respectivement si les zones étudiées doivent être suivies plus régulièrement, ou si une action corrective doit nécessairement être appliquée. Les valeurs de ces seuils peuvent être définies selon les normes agroalimentaires, très strictes puisqu’elles concernent les surfaces directement en contact avec les produits alimentaires (surveillance : 0.5 pg/cm; contrôle = 1 pg/cm2) ou suivant les conditions nécessaires pour l’aérospatial, comme dans le cadre du projet Biowyse (surveillance : 3 pg/cm; contrôle : 10 pg/cm2) [12]. Dans le cadre scolaire, aucun seuil n’est encore défini.

Pour les zones étudiées, les mesures de rugosité des surfaces (10 mesures pour Z1, Z2, Z3 et ZF) sont similaires : dans les zones non fréquentées, une valeur moyenne de 2,1 µm (σ = 0,41) et dans les zones fréquentées, 1,6 µm (σ = 0,24). En août, le test de débit sur la ventilation et les travaux ne semblent pas augmenter le niveau de biomasse sur les surfaces des zones étudiées. Durant la semaine de novembre, on constate des concentrations d’ATP plus importantes, en lien avec la fréquentation supérieure de la bibliothèque, comme attendu. Cela met en avant l’importance de respecter les gestes barrière et les recommandations de la santé publique lorsque les lieux confinés sont fréquentés de manière importante. On peut conclure qu’un changement des conditions d’usage du système de ventilation (débit d’air plus important) ne modifie pas nécessairement la concentration de flore bactérienne sur les surfaces, ce qui signifie que les systèmes sont adéquatement entretenus. Par ailleurs, l’apport de biomasse dans les espaces étudiés est essentiellement dû à la fréquentation de la bibliothèque. Lors de périodes de forte fréquentation, il pourrait être suggéré d’augmenter le renouvellement d’air des espaces pour diluer la concentration d’aérosols, qui tend à augmenter avec la fréquentation, toutefois il faut veiller à ce que la ventilation n’entraîne pas de dispersion d’aérosols viraux [13], [14].

Mesure de microorganismes

Figure 6 : Mesures des conditions d’hygiène et achalandage pendant les semaines d’août et de novembre.
Les seuils définis sont donnés à titre indicatif et correspondent au domaine aérospatial.

Conclusion

Cette étude est basée sur l’ATP-métrie comme indicateur de l’hygiène des espaces. Ce test est basé sur la bioluminescence, il est rapide, fiable et a un faible coût. Les résultats ont montré que l’apport de biomasse sur les surfaces est essentiellement dû à la fréquentation des espaces dans la bibliothèque de l’ÉTS. De plus, durant la période précédant la période des examens de l’hiver, la fréquentation de l’ÉTS était de beaucoup supérieure à celle de l’été, ce qui a entraîné une augmentation des concentrations d’ATP. Le nettoyage et la désinfection des surfaces de manière fréquente permettent de limiter la transmission communautaire de bactéries et de virus lors de fortes fréquentations. La mise à disposition d’outils de nettoyage aux étudiants, tel qu’appliqué à l’ÉTS, est donc propice à la limitation des risques de transmission. Durant ces périodes, il peut aussi être intéressant de limiter la recirculation d’air ou d’augmenter la dilution dans le but de diminuer la concentration de microorganismes aéroportés. Les mesures obtenues montrent que la ventilation n’entraîne pas, ou peu, d’apport de biomasse sur les surfaces : les niveaux d’ATP n’augmentent pas au cours de la semaine d’août, y compris à la suite du test de débit. Les conditions d’entretien sont donc respectées, la ventilation limite l’apport de biomasse dans les espaces étudiés en période de fréquentation basse. Cette étude met en avant que les systèmes de ventilation de l’ÉTS sont bien entretenus.  Une étude spécifique au virus de la COVID-19 et ses variants nécessiterait des analyses génétiques. Enfin, une simulation de contamination, avec des aérosols contenant des particules de tailles similaires à la COVID-19, et sans risques sanitaires, pourrait permettre de déterminer l’influence de la ventilation sur la dispersion de la COVID-19 dans les espaces confinés. De plus, cette étude a mis en évidence le besoin de définir des seuils de surveillance et de contrôle spécifique pour les infrastructures scolaires.

Remerciements

Nous remercions le programme Mitacs Covid et Tecnea Canada pour leur soutien dans cette étude, ainsi que le programme d’amélioration pédagogique de l’ÉTS et la collaboration du personnel de l’ÉTS. Nous remercions également GL Biocontrol pour leurs conseils techniques.

 

Mathieu Bendouma

Profil de l'auteur(e)

Mathieu Bendouma est post-doctorant au Département génie de la construction de l’ÉTS. Ses recherches portent sur les systèmes énergétiques et les transferts de chaleur et de masse dans les domaines du bâtiment et du transport.

Programme : Génie de la construction 

Profil de l'auteur(e)

Camille Fertel

Profil de l'auteur(e)

Camille Fertel est directrice générale de Tecnea Canada, docteure en économie de l’environnement. Ses recherches portent sur la transition énergétique dans les secteurs de la chaine du froid, de la climatisation et la réfrigération.

Profil de l'auteur(e)

Claudiane Ouellet-Plamondon

Profil de l'auteur(e)

Claudiane Ouellet-Plamondon est professeure au Département de génie de la construction de l’ÉTS. Son expertise porte sur la caractérisation et la fonctionnalisation des matériaux, le développement durable, l’analyse du cycle de vie.

Programme : Génie de la construction  Génie de l'environnement 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada sur les matériaux de construction multifonctionnels durables 

Laboratoires de recherche : CÉRIÉC-Centre d’études et de recherche intersectorielles en économie circulaire  CIRODD- Centre interdisciplinaire de recherche en opérationnalisation du développement durable 

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