Atténuer les risques sanitaires à l’intérieur

La modélisation prédictive pilotée par l’IA de Haven Diagnostics analyse et quantifie l’atténuation des risques sanitaires grâce aux solutions Armstrong. Les panneaux de plafond AIRASSURE et systèmes de purification d’air VIDASHIELD UV24.

Les décisions concernant les configurations CVC sont plus réfléchies aujourd’hui qu’il y a deux ans. Les risques de maladies infectieuses ont toujours existé, mais la dernière pandémie les a mis en évidence. Par conséquent, les mesures visant à réduire ces risques constitueront un facteur important des nouveaux dispositifs pour la reprise du travail. Une filtration, une ventilation et une configuration CVC efficaces peuvent jouer un rôle essentiel dans l’atténuation de ces risques. Les produits Armstrong sont capables d’augmenter à la fois la ventilation et la filtration, en tant que systèmes indépendants, ou en plus d’un système de filtration déjà performant. Notre modèle prédit que, lorsqu’ils sont mis en œuvre correctement et en combinaison, les panneaux de plafond Armstrong AIRASSURE, les systèmes de purification d’air VIDASHIELD UV24 et les ventilateurs à filtres (Fan Filter Units, FFU) peuvent réduire la propagation indirecte des virus respiratoires jusqu’à 25% et peuvent être un élément important dans la réduction du risque de la COVID- 19.

Résumé

1. Les épidémies et les pandémies se produisent fréquemment, et la transmission respiratoire des virus par les aérosols et les gouttelettes est une préoccupation importante au-delà de la COVID-19.
2. Outre le comportement individuel, les facteurs les plus importants pour réduire la concentration des aérosols de virus en suspension dans l’air sont la ventilation et la filtration.
3. Lorsqu’ils sont mis en œuvre correctement et en combinaison, les panneaux de plafond Armstrong AIRASSURE, les systèmes de purification d’air VIDASHIELD UV24 et les ventilateurs à filtres peuvent réduire la propagation indirecte des virus respiratoires jusqu’à 25%.

Beaucoup de personnes croient à tort que la pandémie de la COVID-19 est un événement unique et ponctuel. Mais si la mortalité et la morbidité du virus SRAS-CoV-2 sont beaucoup plus importantes que d’habitude, les épidémies et les pandémies sont fréquentes. Dans les pays développés situés en dehors des climats tropicaux, celles-ci sont le plus souvent dus à des virus respiratoires, tels que ceux énumérés ci-dessous :

Les virus respiratoires se transmettent à la fois par les aérosols et par les gouttelettes, et la quantité produite varie considérablement selon l’activité. Les gouttelettes plus grosses, supérieures à 100 μm, ont une trajectoire plus balistique et tombent au sol sur une distance relativement courte (c’est ce que l’on appelle communément la « règle des six pieds », bien qu’elles puissent être envoyées plus loin). De plus petites particules d’aérosols peuvent cependant flotter dans l’air pendant de longues périodes et provoquer une exposition indirecte au virus.

La première avancée majeure dans la quantification des taux d’infection aéroportée a été réalisée par Wells (1955) et Riley et al. (1978), aboutissant à la création de l’équation de Wells-Riley. Leur équation permet d’estimer le taux d’infection en fonction du nombre de personnes infectieuses et sensibles dans un espace, de leur rythme respiratoire, du taux de ventilation de la pièce et de la durée d’exposition.

Cette avancée repose sur l’idée que les gouttelettes et les aérosols inhalés n’entraînent pas tous une infection. Il existe plutôt, à de faibles niveaux d’exposition, une relation approximativement linéaire entre le nombre de gouttelettes et d’aérosols inhalés et la probabilité d’infection.

Cette équation sert de pierre angulaire pour l’estimation de la transmission dans le modèle à base d’agents de Haven Diagnostics et est également largement utilisée dans d’autres méthodologies d’estimation du risque, par exemple pour estimer le risque de transmission de la COVID-19 pendant les voyages en avion (Marcus 2020), évaluer l’efficacité des équipements de protection individuelle (Gammaitoni & Nucci 1997) et mesurer le risque de tuberculose dans les bâtiments (Nardell et al. 1991).

Bien que les principes fondamentaux de l’équation de Wells-Riley aient été révolutionnaires, il était, jusqu’à récemment, difficile de les traduire dans des environnements réels.

Le modèle de Haven Diagnostics s’efforce d’améliorer l’applicabilité dans le monde réel grâce à la modélisation à base d’agents, qui tient compte des comportements uniques des personnes tout au long de leur journée de travail et des effets d’un ensemble hétérogène d’environnements. Par exemple, ce modèle prend en compte les déplacements des employés dans leur espace de travail pour assister aux réunions, déjeuner et aller les toilettes. De plus, le modèle tient compte des comportements qui affectent l’ampleur des gouttelettes et des aérosols libérés dans l’environnement, comme l’utilisation de masques.

Haven Diagnostics a créé le modèle en complétant l’équation de Wells-Riley avec les données de plus de 450 articles médicaux mesurant diverses propriétés des maladies aéroportées, telles que la distance de dispersion des gouttelettes et les taux de décomposition virale à différents niveaux de température et d’humidité.

Le modèle a été validé par rapport à une base de données d’événements de supercontaminateurs ainsi qu’à des données exclusives sur plus de 4 millions de pieds carrés d’espaces de travail.

L’approche adoptée par Haven Diagnostics consiste à modéliser l’environnement de bureau en simulant quatre principaux facteurs contributifs présents dans le bureau :

1. Comportement du personnel du bureau : réunions, rassemblements dans les aires communes, utilisation des toilettes, conversations
2. Connaissance physiologique de l’émission d’aérosols lors de diverses activités.
3. Décroissance virale basée sur les paramètres environnementaux : température, exposition aux UV et humidité.
4. Configuration CVC : emplacement de la bouche d’entrée et de sortie d’air, débit d’air entre les pièces, débit d’air à chaque conduit, renouvellements d’air frais par heure, niveau de filtration de l’appareil de traitement d’air (ATA) et pressurisation de la pièce.

Comportement

Le comportement du personnel de bureau s’appuie sur les pratiques optimales actuelles, notamment l’utilisation de masques, la distanciation physique dans la mesure du possible et l’évitement du temps prolongé dans les zones communes dans la mesure du possible. Ces comportements sont essentiels pour réduire la propagation directe d’une personne à l’autre (c’est-à-dire une gouttelette volant directement de la Personne A à la Personne B), ce qui donne plus de sens à la ventilation et à la filtration pour réduire la propagation indirecte.

Nous modélisons le comportement sur la base d’une version aléatoire d’un modèle d’emploi du temps, car même de petites variations de comportement peuvent avoir une incidence significative sur l’exposition aux aérosols. Les horaires des employés variant de jour en jour, pour chaque environnement de bureau, nous simulons 1 000 horaires aléatoires mais délimités pour chaque employé.

Le modèle d’emploi du temps est personnalisable en fonction du site, mais varie généralement selon le secteur et la fonction de l’équipe. Dans le cas de notre étude de modélisation avec Armstrong World Industries, nous avons créé des équipes de 4 personnes pour la configuration de bureau peu dense et de 18 personnes pour la configuration de bureau dense.

Concrètement, voici un exemple de modèle d’emploi du temps :

Groupe du service informatique

Taille du groupe : 4 personnes (+/- 2 avec une asymétrie positive)
Réunions d’équipes : 1,5 personne (+/- 0,5 avec une asymétrie positive)
Réunions intra-équipe :

1. Les membres du groupe du service informatique rencontrent les membres de l’équipe de vente
        a. En moyenne 1 par semaine
         b. 3 membres par équipe

2. Réunion à l’échelle du service
        a. Moyenne de 1 par mois
        b. Toute l’équipe est présente

Heure d’arrivée

• Les employés arrivent individuellement
• Les employés arrivent dans un créneau de 45 minutes en début de journée

Repas

• 25 % de chance de déjeuner ensemble dans l’espace commun.
• 50 % de chance de déjeuner seuls dans l’espace commun.
• 15 % de chance de quitter le bureau pour le déjeuner.
• 10 % de chance de déjeuner assis au bureau.

Émission d’aérosols

Les comportements simulés affectent à la fois l’emplacement de chaque personne dans un bâtiment pendant la simulation et la quantité d’aérosols que la personne émet. Par exemple, parler au téléphone produit environ 4,5 à 10 fois plus d’aérosols que de rester assis tranquillement. L’émission de gouttelettes varie également en fonction des personnes même si elles font la même activité. Certains facteurs qui déterminent le profil d’émission d’aérosols d’un individu peuvent être saisis par le modèle, comme le sexe, le poids et l’âge. Cependant, certains facteurs qui influent sur l’émission d’aérosols ajoutent de la variabilité. Pour capturer cette variabilité, nous appliquons un comportement aléatoire au taux d’émission par individu dans les simulations.

Décroissance virale

Au cours de la journée, les particules virales hors du corps humain deviennent inactives par dénaturation, et ce processus peut être accéléré par une augmentation de la chaleur, une exposition aux rayons UV ou le dépôt sur le sol et les surfaces peu touchées (où elles ne risquent pas de provoquer une transmission directe). Il convient de noter que les environnements intérieurs ont généralement une lumière UV minimale en raison du filtrage par le revêtement des fenêtres commerciales, ce qui explique pourquoi les espaces extérieurs présentent un risque de transmission si faible par rapport à l’intérieur.

Les principales caractéristiques d’un aérosol qui déterminent sa durée de vie dans l’air sont sa taille et son taux d’évaporation. Par conséquent, les facteurs environnementaux tels que l’humidité et la température ont un effet significatif sur la demi-vie virale.

CVC et filtration active

Outre le comportement individuel, les facteurs les plus importants pour réduire la concentration des aérosols sont la ventilation et la filtration. Dans les bureaux modernes, le système CVC est en grande partie responsable de ces deux facteurs, notamment l’extraction de l’air de l’intérieur d’une pièce spécifique, l’introduction active de l’air extérieur dans le bâtiment et le filtrage de l’air recyclé. De nombreuses caractéristiques du système contribuent à l’efficacité du système CVC dans son ensemble, y compris le renouvellement de l’air par heure, les niveaux de filtration MERV, le programme d’admission d’air extérieur, l’emplacement des conduits, l’efficacité du faux plafond et toutes les options de filtration avancées utilisées.

Dans notre modèle, nous simulons le mouvement de l’air en suivant les changements de température et de pression à travers le volume de l’ensemble de l’espace et de l’ATA. La pression est fournie par les ventilateurs CVC de la source (et tout autre ventilateur présent) et la pression circule par le biais de la transmission de l’air vers les zones de basse pression du sol. Les zones de basse pression du sol sont les conduits d’air de retour et tout autre ventilateur présent au sol.

Les résultats des simulations du modèle sont des cartes de densité des aérosols pour chaque période de la journée (Fig. 2).

Armstrong a fourni à Haven Diagnostics des données techniques sur ses produits, y compris ses dalles de plafond AIRASSURE et les purificateurs d’air VIDASHIELD UV24, ainsi qu’un ventilateur à filtre (Fan Filter Unit, FFU) standard de l’industrie.
 

Panneaux AIRASSURE

Selon les spécifications techniques d’Armstrong, les panneaux de plafond standard ont un taux de fuite jusqu’à 4fois supérieur à celui des panneaux équipés de joints AIRASSURE. Les panneaux de plafond AIRASSURE augmentent également l’efficacité de la filtration à travers le plafond jusqu’à 40%. Cette caractéristique est à comparer aux plafonds suspendus classiques où l’air provenant du faux plafond et de la pièce pénètre dans l’interface entre le panneau de plafond et la suspension. Les aérosols et les gouttelettes ne peuvent évidemment pas traverser les barrières telles que les murs. Cependant, il est possible que l’air circule dans le faux plafond: ce mouvement d’air à travers la barrière a non seulement une incidence sur l’efficacité de la recirculation de l’ATA, mais il permet également à l’air non filtré de traverser le sol quelle que soit la disposition structurelle.

Le mouvement entre les barrières peut théoriquement être à l’origine de la propagation d’aérosols d’une pièce à l’autre à travers le faux plafond. Lorsque nous avons modélisé le mouvement des aérosols dans les zones ouvertes du sol, telles que le café de cotravail de 800 pieds carrés, l’effet de la présence d’un faux plafond dans la pièce par rapport à l’absence de plafond suspendu sur la transmission des aérosols n’était pas prononcé. Cependant, lorsque des salles de réunion et des bureaux privés étaient situés les uns à côté des autres, ou à côté d’espaces de cotravail, les fuites d’aérosols entre les pièces avaient un effet sur la transmission.

Pour modéliser l’effet de la technologie de plafond AIRASSURE sur les pièces adjacentes, Haven et Armstrong ont mené une expérience pour mesurer les niveaux de CO₂ dans une pièce source et la pièce adjacente. Pour ce faire, de la glace sèche a été utilisée comme source de CO₂ et la concentration de CO₂ qui en résulte a été mesurée dans la pièce adjacente.

Lors de nos tests, sans panneaux de plafond AIRASSURE, 16,6% du CO₂ a été transféré de la pièce source à la pièce adjacente. Avec les panneaux de plafond AIRASSURE, 11,6% du CO2 a été transféré de la pièce source à la pièce adjacente.

Ventilateurs à filtres (FFU)

Des ventilateurs à filtres sont installés sur les grilles de retour comme panneaux de plafond. Ils filtrent l’air qui entre dans le faux plafond, de sorte que tout cet air bénéficie d’une certaine filtration. Le ventilateur à filtre fournit également un gradient de pression entre le volume d’air du faux plafond et le volume d’air de la pièce. L’utilisation d’un ventilateur à filtre pour toutes les bouches de retour permet de minimiser le flux d’aérosols d’une pièce à l’autre et est fonctionnellement similaire à l’utilisation de bouches de retour par conduits.

Nous avons également modélisé des configurations dans lesquelles des ventilateurs à filtres sont installés sur certaines bouches de retour. Dans de telles configurations, les pièces où ils sont utilisés ont vu une amélioration mesurable de la réduction de la transmission des aérosols vers le faux plafond, et donc vers d’autres emplacements sur le sol via des grilles de retour normales. Dans cette configuration, la migration dans la salle des aérosols externes est restée proche de zéro, même si l’air du faux plafond contenait quelques aérosols provenant d’endroits dépourvus de ventilateurs à filtres.

Unités de purification d’air VidaShield UV24 d’Armstrong

Les produits VIDASHIELD UV24 sont des unités de ventilation autonomes qui canalisent l’air au-dessus d’une source de lumière UV-C haute puissance. Le processus neutralise 97 % des agents pathogènes en un seul passage, selon les études techniques du produit. Ces appareils peuvent débiter 3 200 pieds cubes par heure et peuvent être placés spécifiquement là où l’accumulation d’aérosols serait la plus élevée sans modifier les conduits CVC existants.

Nous avons modélisé deux configurations différentes des unités VIDASHIELD UV24. Dans une configuration, nous avons utilisé le résultat d’une simulation précédente pour comprendre où la majorité de l’accumulation d’aérosols se produirait et avons placé 6 appareils VIDASHIELD UV24 autour du sol à ces endroits. L’autre configuration comportait 23 appareils VIDASHIELD UV24 installés autour du sol dans les zones à forte et faible circulation.

Nous avons modélisé un bureau avec les caractéristiques ci-dessus à deux niveaux de densité : faible densité (24 personnes) et haute densité (108 personnes) en utilisant une prévalence de la COVID-19 qui correspondait à la moyenne des États-Unis en juillet 2020, octobre 2020 et février 2021 (environ 1,2 % de la population activement infectée). Chaque scénario a été exécuté 1 000 fois pour tenir compte d’une variation des comportements.

Dans le scénario de base avec un faux plafond exposé et 24 personnes, 3,2 cas de transmission de la COVID-19 (en moyenne) ont été détectés sur un an, avec un écart type de 1,8 cas.

Dans le scénario de base avec un faux plafond exposé et 108 personnes, 35,7 cas de transmission de la COVID-19 (en moyenne) ont été détectés, avec un écart type de 9,3 cas. Il convient de noter que la variance capturée ici dépend des données et des estimations les plus récentes disponibles en mars 2021, et de nouvelles informations sur la transmission du SRAS-CoV-2 et de ses variants peuvent avoir une incidence sur les résultats.

Nous avons ensuite ajouté divers produits Armstrong et autres dans notre modèle afin de comprendre leur plus-value en matière de réduction des risques. Il convient de noter que les emplacements des appareils VIDASHIELD UV24 et des ventilateurs à filtres ont été optimisés en fonction des emplacements de dispersion maximale des aérosols et des gouttelettes.

Ces diminutions du risque sont comparables, voire nettement plus importantes, que de nombreuses autres interventions couramment utilisées par les entreprises. Par exemple, le « nettoyage en profondeur » du bureau réduit probablement le risque de moins de 1 %, les flèches unidirectionnelles ont probablement un effet négligeable, et même la prise quotidienne de la température a une sensibilité de seulement 8 à 18 % selon le seuil utilisé pour la fièvre (Bielecki 2020).

Synthèse

Les décisions concernant les configurations CVC sont plus réfléchies aujourd’hui qu’il y a deux ans. Les risques de maladies infectieuses ont toujours existé, mais la dernière pandémie les a mis en évidence. Par conséquent, les mesures visant à réduire ces risques constitueront un facteur important des nouveaux dispositifs pour la reprise du travail. Une filtration, une ventilation et une configuration CVC efficaces peuvent jouer un rôle essentiel dans l’atténuation de ces risques. Les produits Armstrong sont capables d’augmenter à la fois la ventilation et la filtration, en tant que systèmes indépendants, ou en plus d’un système de filtration déjà performant. Notre modèle prédit que, lorsqu’ils sont mis en œuvre correctement et en combinaison, les panneaux de plafond Armstrong AIRASSURE, les systèmes de purification d’air VIDASHIELD UV24 et les ventilateurs à filtres (Fan Filter Units, FFU) peuvent réduire la propagation indirecte des virus respiratoires jusqu’à 25% et peuvent être un élément important dans la réduction du risque de la COVID- 19.

Annexe

Politiques de base du bureau appliquées lors de la simulation:
– Utiliser un masque à moins de six pieds des autres
– Éviter les activités de groupe dans les cafés et autres zones de pause
– Appliquer la distanciation physique au-delà de six pieds dans la mesure du possible
– Respecter les capacités maximales de la salle de conférence et la durée des réunions
– Le fait d’éviter de se rendre au travail lorsqu’on est malade n’a PAS été supposé (la fréquence à laquelle les employés se rendent au travail atteints de la COVID-19 est égale à la prévalence nationale historique).