Particules aéroportées et filtres

La pandémie de la Covid-19 nous plonge dans une période où certaines situations nécessiteront le port de masques filtrants.  Le but de ce bulletin n’est pas de vous donner des conseils pour vous protéger du virus, mais d’expliquer comment les masques filtrants fonctionnent et pourquoi ils sont efficaces[1].

Pourquoi filtrer l’air?

Lorsqu’on parle de l’air, on ne pense pas à la filtration d’objets qui sont suffisamment lourds pour être attirés au sol par gravité (par exemple, les grains de sable ou la pomme de Newton).  Même des objets de faible densité, comme les plumes et les feuilles qui tombent des bacs de recyclage, ont la même tendance, bien que leur faible densité les rende susceptibles de se déplacer par de faibles courants d’air.

Cette situation est bien différente pour des particules de très petite taille : les particules de taille inférieure à 20 microns (20 microns = 0,020 millimètre) sont tellement petites qu’elles restent en suspension dans l’air.  En conséquence, elles sont appelées des « particules aéroportées ».  Ces dernières comprennent certains spores, certains grains de pollen, des cendres, de la suie, des fibres d’amiante, des bactéries et surtout les bioaérosols.

C’est quoi un bioaérosol?

Par définition, un bioaérosol comprend des particules aéroportées d’origine biologique, soit des spores et/ou particules de moisissure, des bactéries, des grains de pollen ou, dans le contexte de ce bulletin, des gouttelettes microscopiques produites principalement lorsque quelqu’un éternue, tousse, crache ou même parle.  Lorsque ces gouttelettes sont projetées par une personne infectée par le virus de la Covid-19, le risque de transmission du virus est envisageable.

Alors, pour la protection, quel est le type de filtre à utiliser?

Question simple, réponse complexe.  La majorité des filtres fonctionne par plusieurs mécanismes :

• captation physique – penser à la matrice du filtre comme un genre de tamis : lorsque les particules trop grandes sont aspirées, elles restent et s’accumulent sur la surface du filtre.  Bonne efficacité mais le filtre est rapidement bouché;

• diffusion – penser à la matrice du filtre comme les arbres dans la forêt : tout comme le Petit Chaperon Rouge, même si une particule peut passer entres les arbres, les détours entravent son chemin et la font ralentir.  Chaque respiration est un exercice de deux pas vers l’avant suivis d’un pas et demi vers l’arrière; un rythme inefficace pour arriver chez grand-mère;

• attraction électrostatique – penser à la matrice du filtre comme du Velcro ou du papier à mouches : le mouvement des particules, même des gouttelettes d’eau, induit des charges électrostatiques sur la particule, à la dépense d’une charge opposée sur la matrice.  Voilà!  Les particules collent sur et dans la matrice « électrolet »[2].

Il y a donc beaucoup de stratégies pour la filtration,ce qui soulève plusieurs possibilités pour la réaliser.

Merci mais vous n’avez pas répondu à ma question!

Enfin, pour identifier le meilleur masque filtrant, il faut le tester.  La théorie permet d’assembler l’aéronef, mais les essais permettent de prendre un vol.  Noter d’abord que l’efficacité de chaque type de filtre change avec la taille des particules aéroportées parce que les mécanismes de filtration peuvent varier.  Le fabricant identifie d’abord la plage de filtration la plus inefficace pour un filtre, ce qui est d’environ 0,1 à 0,3 micron pour la majorité de masques médicaux.  Par la suite, des tests plus poussés sont effectués pour déterminer l’efficacité du filtre dans cette plage.  La désignation « N95 » indique que 95 % des particules sont interceptées par le masque lors des essais.

Enfin, il n’y a pas de garantie 100 %?

Ce bulletin discute du matériau dont le filtre est fabriqué.  L’incorporer dans un masque et ajuster ce dernier sur le visage pour profiter de sa protection est une toute autre histoire.

par  Fred J. Ablenas, PhD, CFEI - Département chimie & métallurgie