Modèles numériques
Efficacité de la filtration à travers les masques de protection respiratoire

Pour protéger les personnes contre les micro-organismes biologiques et les aérosols, y compris les bactéries, virus et champignons qui causent des maladies, il est nécessaire d’améliorer les performances des dispositifs de protection existants et de développer de nouveaux équipements adaptés. Depuis début 2020, l’apparition du nouveau virus COVID-19 a entraîné une demande accrue pour l’adoption de nouveaux types d’équipements de protection individuelle (EPI) .

Il existe une grande variété de modes de transmission des micro-organismes classés en fonction de la taille des particules. À titre d’exemple, la transmission aérienne, mode de propagation sans contact, augmente les exigences en matière de protection du visage, comme à l’aide de masques. Ce type de transmission peut se produire soit avec les personnels de santé, soit avec les patients eux-mêmes, mais aussi dans différentes zones plus ou moins confinées .

Les particules en suspension dans l’air d’origine naturelle (éruptions volcaniques, tempêtes de poussière, incendies...) et artificielle (comme les émissions industrielles ou automobiles) sont à l’échelle du nanomètre. Plusieurs études  ont montré l’impact sévère de l’inhalation de particules ultrafines sur les maladies respiratoires et cardiovasculaires. Cette inhalation de ces particules a entraîné, selon les estimations, 8,9 millions de décès en 2015 . De plus, les nanoparticules en suspension dans l’air comme les bio-aérosols font partie des autres menaces pour la santé . Ces micro-organismes peuvent présenter un risque pour la santé. La protection contre les micro-organismes infectieux est d’une grande importance, et les études ont toujours essayé d’améliorer la protection envers ces derniers  .

La recherche de masques avec une capacité de filtration optimale des particules en suspension dans l’air, une grande efficacité dans l’élimination des bio-aérosols, ainsi qu’un confort optimal, a toujours été parmi les objectifs des études menées dans ce domaine . En général, la capacité de filtrage du masque est influencée par les spécifications du filtre du masque et par des facteurs externes  .

Les spécifications des filtres de masque comprennent les propriétés inhérentes des matériaux utilisés dans le masque, telles que la composition chimique du filtre, et des caractéristiques telles que l’épaisseur et la densité de tassement des fibres dans le filtre . De plus, des études ont montré l’importance de l’effet de facteurs externes tels que la vitesse de passage de l’air au travers du masque (inspiration et expiration) ou son débit, l’état de charge de la particule, la fréquence de la respiration, l’humidité relative et la température, et le temps de charges (polluantes ou non) sur l’efficacité de filtration des masques  .

Cet article est une synthèse d’une série d’articles à propos des masques de protection respiratoire. Après une présentation en détail des différents types de masques, le rôle des polymères utilisés dans les différentes couches des masques est étudié. Ensuite, les méthodes de fabrication industrielle de base des masques faciaux, telles que les technologies de meltblown, spunlaid, drylaid, wetlaid, airlaid et de fabrication additive sont exposées.

La quatrième partie de cet article explique les différents mécanismes de filtration. Du fait de l’influence significative des facteurs externes sur les performances de filtrage, la détermination du mécanisme de filtration présente un grand intérêt. Ce n’est qu’en clarifiant et en comprenant ces mécanismes qu’il sera possible d’augmenter et d’améliorer la conception et la filtration des masques . De nombreux paramètres, tels que la taille et la forme des particules, la vitesse frontale ou flux d’air ou encore le mode d’écoulement de l’air, influent fortement sur la pénétration. Des modèles numériques sont utilisés pour simuler les différents phénomènes physiques. Cette modélisation et la clarification du mécanisme de pénétration des bio-aérosols dans le masque sont d’une grande importance lorsque des particules et des micro-organismes contaminés atteignent la surface externe du masque  . Si cette surface ne détruit pas le virus ou les micro-organismes, ces particules peuvent pénétrer dans le masque par divers mécanismes  .