Voici pourquoi la ventilation est importante
10 décembre 2020
Aérer, ventiler, filtrer. Ces trois mots d’ordre sont le nouvel angle d’attaque dans la lutte contre le coronavirus, dont la transmission par aérosols a tardé à être reconnue. Voyez comment la ventilation entre en jeu dans des lieux que vous fréquentez quotidiennement.
« L’air a été sous-estimé dès le départ », souligne Caroline Duchaine, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les bioaérosols à l'Université Laval.
Ce n’est qu’au début du mois de juillet, la pandémie alors bien installée, que l’Organisation mondiale de la santé (OMS) évoquait pour la première fois la transmission par aérosols. Le Centre de contrôle et de prévention des maladies des États-Unis et l’Agence de la santé publique du Canada ne l’ont reconnue à leur tour qu’à l'automne.
Mais encore aujourd’hui, la question ne fait pas consensus. La division chez les scientifiques vient de la définition même d’un aérosol, une particule respirable infiniment petite.
« Ce qu’il faut avoir en tête, c’est que bien que le virus soit très petit, les particules qui le contiennent sont plus grosses », enchaîne Caroline Duchaine.
« Le virus n'est jamais tout seul, tout nu dans l’air. »
- Caroline Duchaine, Chaire de recherche du Canada sur les bioaérosols, Université Laval
Ces plus gros aérosols, inhalables, jouent aussi un rôle dans la propagation de la COVID-19, prévient la professeure en microbiologie, en se logeant par exemple dans le nez ou la bouche et non pas seulement dans les poumons.
Une personne projette, en respirant, en parlant ou encore en toussant, des gouttelettes respiratoires sur une distance maximale de 2 mètres.
Les plus petites gouttelettes infectées, parfois appelées aérosols, peuvent toutefois demeurer en suspension dans l’air pendant plusieurs heures.
Et si les plus grosses gouttelettes tombent rapidement au sol ou sur les surfaces environnantes avec la gravité, les aérosols, eux, voyagent dans l’air.
« Quand l'air n’est pas renouvelé, les aérosols s'accumulent, ce qui augmente la chance que quelqu’un d’autre inhale ou respire ces particules », explique Caroline Duchaine.
« C’est comme avec la fumée de cigarette dans une pièce fermée où tout le monde fume, donne-t-elle comme exemple. Avec la ventilation, on s’assure de diluer ou de retirer ces particules, ce qui fait en sorte que leur concentration va demeurer beaucoup plus basse. »
À la maison
Le temps plus froid est propice aux rassemblements intérieurs, qui sont fortement découragés. Se réunir chez soi en famille ou entre amis, même si tout le monde garde ses distances, représente un risque élevé de contamination par aérosols.
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Dans cette simulation, huit personnes, dont une atteinte de la COVID-19, sont réunies dans une même pièce.
Après 4 heures de discussions animées, jusqu’à quatre personnes pourraient être infectées à leur tour, selon un modèle mathématique américain* qui estime la transmission par aérosols du coronavirus (et présume le respect de la distanciation). *voir méthodologie à la toute fin
Si la fenêtre est ouverte et que de l’air frais circule dans la pièce, la contamination pourrait se limiter à une seule personne.
Mais moins d’une personne risquerait d’être infectée si la durée de l’événement et le nombre d’invités étaient réduits de moitié.
« Le résidentiel peut être très problématique », soutient l’ingénieur Roland Charneux, spécialisé en mécanique du bâtiment.
La plupart des résidences ne peuvent compter que sur la ventilation naturelle, c’est-à-dire l’ouverture des fenêtres ou l’infiltration d’air, comme source d’aération.
« C’est probablement l’endroit où il y a le moins de ventilation. Quand on commence à regrouper des personnes de plusieurs milieux, ça devient risqué. »
- Roland Charneux, ingénieur en mécanique du bâtiment, Pageau Morel
Oubliez les ventilateurs sur pied ou de plafond pour aérer la pièce, en été comme en hiver : ils ne font que déplacer l’air vicié et augmenter la portée des particules.
« Ça peut donner une impression de fausse sécurité, prévient l’ingénieur. S'il n'y a pas d’air neuf, ça n’aide pas à diluer les contaminants possibles dans l’air. »
Certains experts recommandent toutefois d’activer la hotte de la cuisine ou le ventilateur de la salle de bain pour forcer un changement d’air minimal, puisqu’ils permettent tous les deux d’extraire de l’air intérieur vers l’extérieur.
L'inconnue des écoles
À la rentrée scolaire, la majorité des nouvelles éclosions étaient concentrées dans les écoles et les garderies. Difficile toutefois de déterminer si la contagion s’est faite dans l’autobus, dans la cour de récréation ou encore en classe, mais la ventilation – ou plutôt son absence – a aussitôt suscité des craintes, surtout à l'approche de l’hiver.
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Un professeur atteint de la COVID-19 qui ne porterait pas le masque serait plus à risque de propager le virus qu’un élève malade. Il est debout, face à tous les élèves, parle presque sans arrêt et projette sa voix pour bien se faire entendre.
Après une période de 75 minutes, jusqu’à six élèves pourraient être infectés lorsqu’aucune mesure n’est appliquée.
Ils seraient moins nombreux à développer la maladie si l’ouverture des fenêtres permettait un changement d’air.
L’aération ou un système de ventilation mécanique, combiné au port du masque généralisé, réduirait la contamination à environ un élève.
En l’absence de fenêtres ou de ventilation mécanique, l’ajout d’un purificateur d’air à filtre HEPA permettrait aussi de limiter la contamination à moins d’un élève masqué.
Un élève atteint de la COVID-19 risquerait quant à lui d’en infecter moins d’un autre par aérosols si toutes les mesures étaient respectées.
Ceci étant dit, la ventilation dans les écoles n’est pas uniforme.
Au Québec, par exemple, 60 % des écoles n’ont pas de système de ventilation mécanique, selon le rapport d’un comité d’experts commandé par le ministère de l’Éducation.
Les plus vieilles comptent uniquement sur l’ouverture des fenêtres, surtout l’été, pour aérer leurs espaces. « Beaucoup d’écoles ne sont pas ventilées mécaniquement justement parce qu’il y a suffisamment de fenêtres ouvrantes », souligne l’ingénieur Jean-Philippe Morin.
Le ministère de l’Éducation du Québec recommande d’ailleurs d’ouvrir les fenêtres, même en hiver, « pour assurer une circulation d'air, lorsque la température extérieure le permet ».
En période de grands froids, l’ouverture des fenêtres doit être privilégiée entre les cours. Quant aux classes sans fenêtres ouvrantes, ce sont les portes qui doivent y rester ouvertes.
« Si on ouvre les fenêtres, on fait un changement d'air. Est-ce que c’est suffisant ou pas? L’histoire ne le dit pas. Mais appliquons le principe de prudence en mettant de la ventilation. »
- Jean-Philippe Morin, ingénieur mécanique et chargé de cours, Polytechnique Montréal
Impossible toutefois d’installer à court terme des systèmes de ventilation mécanique dans ces écoles pour améliorer la qualité de l’air cet hiver.
Jean-Philippe Morin évoque un long processus – de l’analyse des coûts à la conception, en passant par les appels d’offres, l’installation et la mise en service – qui peut prendre jusqu’à un an. « On ne les aurait pas pour cette année, c’est certain », estime le consultant, qui est aussi chargé de cours à Polytechnique Montréal.
Les experts recommandent entre-temps l’ajout de purificateurs d’air portatifs à filtres HEPA dans les salles de classe qui sont privées d’air frais. Ces équipements de filtration à haute capacité permettent de diminuer la charge virale dans une pièce.
Chaque classe devrait par contre être munie d’un appareil, voire deux, qui peut coûter jusqu’à quelques centaines de dollars l’unité, soit un investissement majeur pour déployer cette technologie dans toutes les écoles qui en auraient besoin.
« Mais ça pourrait être une solution sans augmenter le taux d’air neuf [avec la ventilation ou l'ouverture des fenêtres]. Parce qu’augmenter le taux d’air neuf, ça va coûter cher aussi. Il faut humidifier l’air et la chauffer en hiver. »
- Jean-Philippe Morin, ingénieur mécanique et chargé de cours, Polytechnique Montréal
Le virus réagit aussi à la température et à l'humidité, prévient-il. L’air plus frais et plus sec de l'hiver prolonge sa survie. Et chauffer l’air l'assèche. Il faut donc l’humidifier, sans toutefois dépasser le seuil qui pourrait générer un problème de moisissure.
L’importance de la ventilation mécanique
Les écoles construites depuis le début des années 2000 comptent pour leur part, sauf rares exceptions, sur des systèmes de ventilation mécanique. C’est le cas aussi pour une grande partie des bâtiments institutionnels et commerciaux, où l’achalandage est souvent élevé.
« Si on a des locaux sans ventilation naturelle, il faut ajouter de la ventilation mécanique », explique Jean-Philippe Morin. L’objectif est de contrôler le taux de CO2 généré par l’être humain en expirant et d’éliminer odeurs, poussières et autres polluants.
Contrairement à l’ouverture des fenêtres, ces systèmes ont aussi l’avantage de permettre un renouvellement d’air constant et calculé.
La ventilation mécanique assure un nombre minimal de changements d’air à l’heure, qui varie généralement de un à six.
L’air frais tiré de l’extérieur est chauffé, en hiver, ou refroidi en été, avant d’être redistribué dans la pièce.
L’air vicié est pour sa part évacué ou recirculé après être passé dans un filtre. Il en existe différentes classes, qui permettent de capter la poussière, le pollen, les moisissures, la fumée ou encore les virus.
Les normes de ventilation sont évoquées dans les codes du bâtiment de chaque province. Elles s’appliquent au moment de la construction et diffèrent d’un édifice à l’autre.
Ce sont des ingénieurs en mécanique du bâtiment qui les déterminent, principalement en fonction de son usage, de sa superficie et de la densité d’occupation. Ces données leur permettent de calculer la quantité d’air neuf à alimenter dans un bâtiment. Aucun organisme réglementaire n’en supervise par la suite l’entretien.
Au bureau
C’est en milieu de travail que surviennent le plus grand nombre d’éclosions au Québec.
Pas étonnant qu’on mise sur le télétravail pour faciliter la distanciation physique. Car même avec un nombre réduit d’employés, le risque de contagion n’est pas nul pour autant, surtout qu’une journée de travail implique une exposition prolongée.
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Un employé infecté dans un espace de travail à aire ouverte où travaillent 20 personnes risquerait de contaminer jusqu’à 5 de ses collègues au terme de sa journée, s’il n’y avait pas de système de ventilation.
Trois fois moins d’employés développeraient la maladie dans un espace ventilé selon les normes en vigueur.
Si les employés portaient en plus le masque en tout temps, la propagation pourrait se limiter à moins d’un employé.
Réduire le nombre d’employés sur place de moitié, notamment grâce au télétravail, combiné aux autres mesures, permettrait aussi de réduire les risques.
En plus de faciliter la distanciation physique, le télétravail a des bénéfices sur la qualité de l’air, affirme l’ingénieur Roland Charneux.
« Si le débit d’air neuf est maintenu comme si le bâtiment était occupé à sa pleine capacité, c’est comme s’il y avait encore plus d’air neuf » que le prescrivent les normes, dit-il.
« On a huit fois plus d’air neuf qu’il n’en faut avec notre mode de ventilation régulier », confirme Maxime Drolet, gestionnaire en expertise technique et gestion durable chez Ivanhoé Cambridge, dont les tours de bureaux du centre-ville de Montréal sont occupées à 5 % à 10 % de leur capacité. Dans ce genre d’immeuble, de 10 % à 20 % d’air neuf est habituellement mélangé à de l’air recyclé (et filtré).
Maximiser l’apport d’air neuf est d’ailleurs la principale recommandation de la Société américaine des techniciens de chauffage, de réfrigération et de climatisation (ASHRAE) – la référence dans le domaine – dans le contexte de la pandémie.
« Ce qu'on a voulu faire, c’est de préparer un mode COVID à activer quand les gens seront prêts à retourner au bureau. »
- Maxime Drolet, gestionnaire expertise technique et gestion durable, Ivanhoé Cambridge
Chez Ivanhoé Cambridge, tous les filtres des systèmes de ventilation ont aussi été remplacés par des MERV 13, comme le recommande l’ASHRAE, parce qu’ils ont la capacité de filtrer la plupart des virus qui se retrouveraient dans l’air ambiant avant de le faire recirculer.
Les filtres MERV sont catégorisés de 1 à 16, selon leur capacité de filtration. Viennent ensuite les filtres HEPA, qui sont encore plus performants. Ce ne sont toutefois pas tous les systèmes mécaniques qui sont compatibles avec des filtres à haute performance.
« L’idée, c’est d’agir selon le principe de précaution, mais en utilisant au mieux les équipements existants », explique Roland Charneux, lui-même membre d’ASHRAE.
Car améliorer ou remplacer les systèmes de ventilation représente des coûts additionnels, mais surtout du temps que les ingénieurs en mécanique du bâtiment n’ont pas devant eux alors que l’hiver est déjà entamé.
Et les transports en commun?
Des usagers de différents ménages se croisent en avion, en métro et en autobus, mais si toutes les mesures sanitaires sont respectées, à commencer par la distanciation physique et le port du masque, le risque de contagion par aérosols est limité.
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Un système de ventilation mécanique assure de 7,5 à 9 changements d’air par heure dans cet autobus climatisé, soit un rythme beaucoup plus fréquent que pour un bâtiment.
L’air frais est tiré de l’extérieur, puis refroidi ou chauffé selon les saisons, avant d’être alimenté à l’intérieur de l’habitacle.
L’air vicié est quant à lui filtré, puis mélangé à l’air neuf. On estime que l’environnement intérieur d’un autobus est constitué à 20 % d’air frais et à 80 % d’air recyclé.
L’échange d’air est aussi facilité par l'ouverture fréquente des portes ainsi que la possibilité d’ouvrir les fenêtres.
La ventilation et le respect des mesures sanitaires, comme le port du masque, rendent improbable la contamination par aérosols dans le transport collectif, même en présence d’une personne infectée.
L’air ambiant est complètement renouvelé toutes les 7 à 8 minutes dans un autobus, selon la Société de transports de Montréal (STM). C’est équivalent au métro, où l’air n’est pas recyclé, mais dilué dans plus d’air neuf. Qui plus est, un trajet s’étire en moyenne sur 25 minutes.
La STM rappelle que les transports collectifs sont jugés sécuritaires par les autorités sanitaires et qu’aucune éclosion n’a été reliée au réseau montréalais.
Quant aux avions, l’air y est renouvelé toutes les 2 à 3 minutes, grâce à un mélange à parts égales d’air neuf et d’air recyclé, qui est passé dans des filtres à très haute efficacité.
Pourquoi ventiler?
La ventilation n’a jamais été pensée pour lutter contre les pandémies, rappellent les experts. Leur travail vise à assurer la qualité de l’air, en contrôlant d’abord et avant tout les taux de CO2, et non à éliminer les virus et les bactéries.
« Comme ingénieur, notre job, c’est d’assurer la sécurité du public, explique Jean-Philippe Morin. C’est logique de dire qu’en ventilant ça va être mieux. Mais jusqu’à quel point? »
« Le feeling dit que ça devrait aider, mais ce n’est pas automatique. C’est beaucoup d’investissements pour des résultats incertains. »
- Jean-Philippe Morin, ingénieur mécanique et chargé de cours, Polytechnique Montréal
La COVID-19 a encore trop d'inconnues, selon lui, pour que tout repose sur la ventilation.
Combien de contaminants dans l’air émet un individu infecté? Quelle concentration de particules virales risque d’infecter une autre personne? « Avec ces informations, on serait capable de calculer le taux de changements d’air à l’heure que ça prendrait pour maintenir le taux ambiant de contaminants sous le seuil de contagion », poursuit-il.
Plus facile à dire qu’à faire, alors que la science apprend encore à connaître le SRAS-CoV-2.
« Ça va beaucoup varier, parce que les patients ne sont pas tous pareils, concède Caroline Duchaine. Les personnes malades n’émettent pas toujours le virus de façon constante ni la même quantité. Il y a beaucoup de facteurs qui entrent en ligne de compte. »
« Il faut vraiment faire preuve de prudence et assumer que les gens vont émettre à un moment donné du virus dans l’air, à des concentrations qui pourraient être élevées. »
- Caroline Duchaine, Chaire de recherche du Canada sur les bioaérosols, Université Laval
C’est d’ailleurs sur cette supposition qu’est basé le modèle mathématique qui a servi à élaborer nos mises en situation à la maison, à l’école, au travail et en autobus.
« Il faut toujours être conscient que ces modèles d’estimation ne représentent pas la réalité, rappelle Maximilien Debia, de l’École de santé publique de l’Université de Montréal. Mais ça permet quand même de comprendre pourquoi on parle de ventilation et de filtration de l’air. »
Le nombre d’infections supplémentaires causées par la présence d’une personne malade qui émet des aérosols autour d’elle varie en effet selon plusieurs facteurs. Le modèle permet toutefois de voir comment ventiler, réduire la taille et la durée des rassemblements et porter le masque contribuent à réduire la contagion.
Éliminer le virus à la source
« Le meilleur vendeur, c’est la peur », déplore Jean-Philippe Morin.
« Le problème, ce n’est pas la ventilation, c’est le virus. Il faut éliminer le virus à la source, en gardant les gens contaminés à la maison », donne-t-il en exemple.
Un point de vue que partage Roland Charneux. « Il ne faut pas que la ventilation donne un faux sentiment de sécurité que ça va tout régler. Mais, oui, ça peut aider. »
« On ne doit pas se fier sur la ventilation pour rendre un espace sécuritaire. Le port du masque pour éviter de contaminer l’environnement, c’est la première mesure à mettre de l'avant. »
- Roland Charneux, ingénieur en mécanique du bâtiment, Pageau Morel
« Si le masque est aussi important, c’est parce qu’il agit directement au niveau de l’émission et réduit la génération du contaminant dans l’air, appuie Maximilien Debia, spécialisé en hygiène du travail. Il y a donc moins besoin de ventiler à ce moment-là. »
Mais le port du masque à lui seul ne suffit pas non plus à éliminer les risques d’être infecté par voie aérienne lors d’une exposition prolongée.
Au-delà de la ventilation, la combinaison des mesures sanitaires comme la distanciation physique, le port du masque et le lavage des mains demeure donc indispensable dans la lutte contre le coronavirus.
Les différentes mises en situation ont été élaborées avec L’estimateur, un modèle mathématique développé par José Luis Jiménez, professeur à l'Université du Colorado à Boulder aux États-Unis, et révisé par des dizaines d’experts.
Les formules du modèle ont été développées à partir de plusieurs études de la transmission par aérosols basées sur des éclosions réelles.
Néanmoins, certains calculs reposent sur des données encore incertaines, comme la charge virale émise dans l’air par une personne infectée, et sont des estimations basées sur l’état des connaissances actuelles. Pour nos mises en situation, nous avons utilisé certaines valeurs par défaut et en avons ajusté d’autres avec cette étude (à laquelle le modèle faisait aussi référence) qui évalue les taux d’émission selon différentes situations.
Le nombre de changements d’air à l’heure utilisé dans nos mises en situation a notamment été déterminé en fonction des normes de ventilation de l’ASHRAE en vigueur aujourd’hui et calculées selon la superficie de nos lieux et de leur occupation.
Nos mises en situation impliquent aussi la présence d’une personne infectée, entourée de gens qui ne sont pas immunisés contre la maladie, ce qui n’est pas nécessairement le cas. Les résultats seraient aussi différents si nous avions pris en considération la prévalence du virus dans la communauté, qui évolue quotidiennement en fonction du nombre de nouveaux cas et change d’une région à l’autre.
Les projections ne prennent en compte que la transmission par aérosols et supposent que la distanciation physique de 2 mètres est respectée. Le risque d'infection serait sinon plus élevé. La transmission par les surfaces a aussi été écartée. L’efficacité des masques a en outre été établie à 50 % par le modèle, considérant qu’ils n’offrent pas tous la même protection et qu'ils ne sont pas toujours portés adéquatement.
Le même modèle mathématique a été utilisé par El País et le National Geographic . Il est accessible en ligne gratuitement pour quiconque souhaiterait l’utiliser.
Daniel Blanchette Pelletier journaliste, Melanie Julien chef de pupitre, Santiago Salcido designer, André Guimaraes développeur et Martine Roy coordonnatrice
