Comment est-il possible d’attraper des maladies à travers l’air?

Bien qu’il puisse nous sembler propre, l’air qui nous entoure contient de nombreux types de particules microscopiques, comme des particules minérales, des gouttelettes d’eau, du pollen, diverses catégories de matières biologiques ainsi que des polluants artificiels, que l’œil humain ne peut pas voir. Ces particules peuvent transporter des micro-organismes, des allergènes et des toxines qui provoquent un large éventail de maladies à la fois chez les humains et les animaux.

Dans le contexte d’un monde en proie à la pandémie de COVID-19, où de nombreux scientifiques et gouvernements s’engagent dans des débats autour des voies d’infection (gouttelettes, matières contaminées, aérosols) et des moyens de protection, il est temps d’étudier la façon dont les maladies peuvent se transmettre par l’air, de se pencher sur l'hygiène de l'air.

Comment les particules se retrouvent en suspension?

À grande échelle, les particules de poussière et les gouttelettes liquides peuvent se retrouver en suspension dans l’air, autrement dit aéroportées, au travers d’une action mécanique provoquée par un mouvement rapide de l’eau, du vent ou une autre perturbation physique. En raison de leur petite taille et de l’action des courants d’air, celles-ci peuvent rester en suspension dans l’air pendant de longues périodes et être transportées sur de grandes distances.

Les particules infectieuses peuvent finir en suspension dans l’air de plusieurs façons :

• Une perturbation physique telle que le balayage du sol, le transvasement de matières liquides ou solides, la pulvérisation, le broyage, le percement ou le labourage du sol 
• Des perturbations plus spécifiques à l’industrie : tri des déchets, compostage, transformation agricole et alimentaire
• Le vent, extérieur comme intérieur
• Le déclenchement de la chasse d’eau aux toilettes 

Le terme « bioaérosols » est employé pour désigner les petites particules (mesurant de 0,001 à 100 μm) d’origine végétale ou animale qui renferment des matières organiques, dont des micro-organismes pathogènes vivants ou morts.

À plus petite échelle, l’activité respiratoire humaine et animale – respirer, parler, crier, chanter, tousser, éternuer – produit des gouttelettes de tailles diverses.  Il est notoire que les maladies telles que la varicelle, la grippe, la rougeole, les oreillons, la coqueluche et la tuberculose sont transmises par l’inhalation de particules en suspension. Mais avec les récentes pandémies telles que celle de la COVID-19 qui frappe aujourd’hui, le SARS (causé par la même espèce de coronavirus que la COVID-19, mais dont la souche diffère), le MERS et la grippe porcine, on s’est de plus en plus intéressé à l’identification des diverses voies de transmission. À cette occasion, de nombreuses recherches ont été réalisées au sujet du rôle potentiel de la transmission par voie aérienne.

Jusqu’en juillet 2020, l’OMS fondait ses recommandations en matière d’équipement de protection individuelle (EPI) contre la COVID-19 sur le dépôt direct de gouttelettes (> 5 µm) sur une surface muqueuse (yeux, bouche, nez) et sur un dépôt indirect via des surfaces contaminées exclusivement. À la suite d’une lettre ouverte signée par plus de 200 scientifiques exhortant à reconnaître le potentiel de propagation aérienne de la COVID-19 par l’intermédiaire de microscopiques gouttelettes respiratoires (appelées microgouttelettes ou aérosols), l’OMS a, depuis, admis cette éventualité.

L’inhalation de particules en suspension

Une étude de l’OMS au sujet des dangers de la poussière en suspension a montré qu’une fois inhalées, les plus grosses particules de poussière aéroportées (> 30 μm) se retrouvent principalement dans les voies respiratoires supérieures, en particulier dans les cas de respiration par le nez associée à un faible rythme respiratoire. Elles sont prises dans le mucus qui tapisse les voies nasales et peuvent ensuite être expulsées.

Les particules de taille moyenne atterrissent dans les voies respiratoires, entre la tête et la partie supérieure des poumons. Elles peuvent aussi être facilement éjectées par l’action des cils (des cellules semblables à des cheveux) qui tapissent les voies aériennes et le mucus. Ce phénomène est néanmoins altéré par le tabagisme.

Les particules qui atteignent la partie la plus profonde des poumons, la région alvéolaire, mesurent pour la plupart d’entre elles moins de 10 μm. Les particules se déposant à cet endroit affichent une pointe à 2 μm, tandis que les particules plus petites ont tendance à être rejetées par expiration. Respirer par la bouche augmente de façon significative la quantité de poussière et de grandes particules qui se déposent dans les voies respiratoires inférieures.

Néanmoins, les particules et gouttelettes infectieuses inspirées puis piégées au niveau des membranes de mucus dans la bouche, le nez, la gorge et les poumons peuvent infecter les tissus à cet endroit, en fonction du micro-organisme.

L’expiration de particules d’aérosol infectieuses

Les études menées sur des patients atteints de grippe démontrent que le flux d’air lent produit par l’inspiration et l’expiration peut générer des particules d’aérosol dans les poumons qui sont expulsées avec l’expiration. La toux produit à chaque fois un volume élevé de particules virales grippales. Il a été observé que la respiration expulsait moins de particules virales par bouffée ; toutefois, dans la mesure où elle est plus régulière que la toux, elle produit au total une plus grande quantité de matières infectieuses.

La toux et l’éternuement génèrent un flux d’air rapide à travers les poumons, la gorge, le nez et la bouche. Ce flux peut alors déloger les gouttelettes infectées du mucus et de la salive et les projeter à haute vitesse dans l’air ambiant. En termes de taille, ces gouttelettes vont des grosses gouttes visibles qui atterrissent rapidement à proximité, jusqu’aux microscopiques particules de l’ordre du micromètre qui se comportent comme des nuages et tourbillonnent dans l’air sur plusieurs mètres. Les vitesses d’écoulement de l’air de diverses activités respiratoires ont été mesurées.

• Respiration : jusqu’à 1 m/s
• Parole : 5 m/s
• Toux : 2 – 50 m/s
• Éternuement : > 100 m/s

Des vidéos haute vitesse prises par des chercheurs du MIT montrent que la toux et l’éternuement produisent des nuages gazeux et expulsent des gouttelettes volantes ainsi que du mucus et de la salive. Ils ont pu déterminer que les minuscules gouttelettes prises dans les nuages parcouraient une

distance de 5 à 200 fois supérieure à ce que l’on imaginait jusque-là. La turbulence du nuage maintient les plus petites gouttelettes en suspension, tandis que les plus grandes d’entre elles retombent. Tandis que les gouttelettes se déplacent dans l’air, elles s’évaporent et rétrécissent, laissant éventuellement derrière elles des noyaux de condensation suffisamment petits pour flotter dans l’air et être transportés par les courants d’air vers l’intérieur des bâtiments ou vers l’extérieur.

L’étude du MIT a démontré que les gouttelettes de 100 micromètres (soit à peu près la largeur d’un cheveu humain) de diamètre se déplaçaient cinq fois plus loin, tandis que les gouttelettes de 10 μm de diamètre (soit la taille ordinaire d’une gouttelette nuageuse) parcouraient une distance 200 fois supérieure. Les gouttelettes inférieures à 50 μm sont capables de rester en suspension dans l’air suffisamment longtemps pour atteindre les systèmes de ventilation, d’où elles peuvent ensuite être répandues plus loin autour d’un immeuble.

Plusieurs études ont observé la présence de particules virales de grippe viables dans des gouttelettes respiratoires de ces tailles-là ; par ailleurs, il y a peu (juillet 2020), des particules de SARS-CoV-2 viables ont également été détectées dans des gouttelettes respiratoires aérosolisées produites par la respiration, la vocalisation (parole, cri) et la toux.

Facteurs ayant une incidence sur le risque d’infection

De multiples facteurs exercent une incidence sur le risque d’infection. Même la distance que les particules parcourent dépend de nombreuses variables, pas seulement leur taille ou l’effet de la gravité.

• Distance de la personne infectée 
• Temps passé dans les environs 
• Dose infectieuse produite par une personne infectée 
• Densité des particules infectieuses dans l’air – et dose virale reçue
• Flux d’air dans les environs
• Type de bactérie ou virus — la viabilité et la quantité d’organismes nécessaires pour provoquer une infection varient grandement
• Aérodynamique des particules, dont le diamètre, la forme, la vitesse, la charge électrique, la composition et la densité
• Température et humidité

Les sujets infectés par des virus tels que la grippe ou le coronavirus ne sont pas tous contagieux. En cours de maladie, la production de virus atteint un pic durant une phase critique. D’après une étude du Wake Forest Baptist Medical Center, moins de la moitié des personnes atteintes de grippe libèrent du virus grippal dans l’air. Environ un patient sur cinq ayant fait l’objet de l’étude a été classé « supercontaminateur » car il produisait jusqu’à 32 fois plus de virus que les autres émetteurs. Ces supercontaminateurs souffraient de formes plus graves de maladie, du fait d’une production de charge virale plus importante dans leur corps.

Les études menées sur des patients atteints de COVID-19 ont permis de mesurer des écarts de production virale entre patients de plus de deux ordres de grandeur (x100), les « supercontaminateurs » atteignant une production de plus de 100 000 particules virales par minute de parole.