Matthew Stamats teste différents masques. Source: NIST
De nombreuses personnes portent des masques en public pour ralentir la propagation du COVID-19, en suivant les directives des Centers for Disease Control and Prevention. Cependant, les masques avec des valves d'expiration ne ralentissent pas la propagation de l'infection. De nouvelles vidéos du National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis montrent pourquoi.
La vidéo montre le flux d'air à travers des masques avec et sans soupapes d'expiration. Les matériaux ont été créés par Matthew Stamats, ingénieur de recherche du NIST. Les vidéos sont publiées avec un article de recherche complémentaire dans la revue Physics of Fluids .
"Lorsque vous comparez des vidéos côte à côte, la différence est frappante", a déclaré Staymats. "Ces vidéos montrent comment les valves permettent à l'air de s'échapper du masque sans le filtrer, ce qui va à l'encontre de l'essence même du masque."
Les valves d'expiration rendent la respiration à travers le masque plus facile et plus confortable. Ils conviennent lorsque le masque est destiné à protéger l'utilisateur lui-même. Par exemple, les masques avec valves protègent les travailleurs de la poussière sur un chantier de construction ou le personnel hospitalier des patients infectés.
Les masques recommandés pour ralentir la propagation du COVID-19 sont principalement conçus pour protéger les personnes autour du porteur. Ils piègent les gouttelettes expirées susceptibles de contenir le virus et ralentissent ainsi la propagation de l'infection. Selon les experts, même les personnes sans symptômes devraient porter des masques car elles peuvent être porteuses de la maladie de manière asymptomatique.
Cette vidéo, créée à l'aide du système d'imagerie Schlieren, montre la dynamique du flux d'air pour le masque N95 avec valve d'expiration (à gauche) et masque sans valve d'expiration. L'air passe à travers la valve sans filtre. Les masques de valve ne ralentissent pas la propagation du COVID et ne doivent pas être portés à cette fin. Source: Matthew Stamats / NIST.
«Je ne porte pas de masque parce que je veux me protéger. Je le porte pour protéger la personne à côté de moi, car je peux être un patient asymptomatique et propager le virus sans même le savoir, a déclaré Staymats. "Mais si je porte un masque avec une valve, alors je n'aide pas la situation."
Staymats est un expert des techniques d'imagerie de flux qui lui permettent de capturer le mouvement de l'air sur caméra. Il travaille généralement sur les nouvelles technologies pour détecter les explosifs et les drogues dans les aéroports et les terminaux, flairant littéralement les traces de ces matériaux dans l'air. Récemment, Staymats a adopté les masques pour développer de nouvelles façons de mesurer et d'améliorer leur efficacité.
Staymats a enregistré deux vidéos et utilisé différentes techniques de rendu de flux. La première vidéo a été créée à l'aide du système d'imagerie dit schlieren. Avec lui, la différence de densité de l'air est affichée dans l'appareil photo sous forme de motifs d'ombre et de lumière.
La méthode Schlieren rend visible l'air expiré car il est plus chaud et donc moins dense que l'air ambiant. Cette vidéo ne montre que le mouvement de l'air lui-même, sans le mouvement des gouttelettes expirées dans l'air. Dans la vidéo de gauche, Staymats porte un respirateur N95 avec une valve qui permet à l'air expiré de pénétrer dans l'environnement sans filtration. Il n'y a pas de valve à droite, mais l'air passe à travers le masque et la plupart des gouttelettes sont filtrées.
Cette vidéo a été créée en utilisant la technique de diffusion de la lumière. La vidéo montre la dynamique du flux d'air lorsque vous portez un masque N95 avec une valve d'expiration (à gauche) et sans valve d'expiration (au centre). Les masques de valve ne ralentissent pas la propagation du COVID et ne doivent pas être portés pour ce faire. Source: Matthew Stamats / NIST.
Staymats a créé une deuxième vidéo utilisant la diffusion de la lumière.
Pour la deuxième vidéo, le chercheur a construit un appareil qui émet de l'air à la vitesse et au rythme d'un adulte endormi, puis a connecté l'appareil à un mannequin. Au lieu d'expirer des gouttelettes, l'air transporte des gouttelettes d'eau de différentes tailles, typiques des gouttelettes dans la respiration humaine en expirant, en parlant et en toussant. La lumière LED haute intensité derrière le mannequin illumine les gouttelettes d'air, les faisant diffuser la lumière et apparaître pendant que vous photographiez.
Contrairement à la prise de vue avec la méthode schlieren, cette vidéo montre le mouvement des gouttelettes dans l'air. Sur la gauche, des gouttelettes sortent et ne sont pas filtrées à travers la valve du masque N95. Il n'y a pas de valve au milieu et aucune respiration n'est visible car le masque a piégé les gouttes. Le masque n'est pas à droite.
À l'aide d'un mannequin et d'un appareil respiratoire mécanique, Stamets a observé les modèles de flux d'air tout en maintenant constants la fréquence respiratoire, la pression atmosphérique et d'autres variables.
De plus, les vidéos capturées par diffusion de la lumière peuvent être analysées sur un ordinateur d'une manière qui n'est pas possible avec des images schlieren. Staymats a écrit un code qui comptait les pixels brillants de la vidéo et l'utilisait pour estimer le nombre de gouttelettes dans l'air. Il ne s'agit pas d'une mesure précise du nombre de gouttelettes: la vidéo 2D ne peut pas capturer ce qui se passe dans un volume d'air 3D complet. Cependant, les chiffres obtenus montrent des tendances qui peuvent être analysées pour mieux comprendre la dynamique des flux d'air à travers différents types de masques.
Ce projet de recherche a examiné un seul type de masque de valve; d'autres types de masques de valve fonctionneront différemment. Les masques qui ne s'adaptent pas parfaitement au visage permettent à l'air de passer autour du masque plutôt que de le traverser. Cela peut également dégrader les performances du masque.
L'effet principal des vannes est toujours visible sur ces rouleaux. Stamats espère que les vidéos aideront les gens à comprendre en un coup d'œil pourquoi les masques conçus pour ralentir la propagation du COVID-19 ne devraient pas avoir de valves.
