Les acides aident à lutter contre les virus dans l'air

Les petites particules d'aérosols deviennent rapidement plus acides

Selon les chercheurs, les particules d'aérosol expirées s'acidifient plus rapidement que ce à quoi on pourrait s'attendre. La vitesse à laquelle les particules le font dépend de la concentration de molécules acides dans l'air ambiant et de la taille des particules d'aérosol. Dans l'air typique des pièces d'habitation, les particules de mucus nasal ainsi que de liquide pulmonaire synthétisé spécialement pour l'étude, dont la taille est inférieure à un micromètre, atteignent un pH de 4 après seulement 100 secondes environ, ce qui correspond à peu près à la teneur en acide du jus d'orange.

L'acidité est mesurée par la valeur du pH, une solution neutre ayant un pH de 7. Le pH des solutions acides est inférieur à 7, celui des solutions basiques supérieur à 7.

Pour les chercheurs, l'acide nitrique est le principal responsable de l'acidification des aérosols. Celui-ci pénètre dans les pièces intérieures avec l'air extérieur, par exemple lors de l'aération ou en aspirant l'air extérieur via des installations de ventilation. L'acide nitrique est produit par la décomposition des oxydes d'azote (NO_x), qui sont principalement rejetés dans l'environnement après des processus de combustion avec les gaz d'échappement des moteurs diesel et des installations de chauffage domestique. Il y a donc en permanence dans les villes et les agglomérations un réapprovisionnement en oxyde d'azote et donc en acide nitrique.

L'acide nitrique adhère rapidement aux surfaces, aux meubles, aux vêtements, à la peau, mais il est justement aussi absorbé par les minuscules particules d'aérosol expirées. Les molécules d'acide les rendent acides et font ainsi baisser leur pH.

Le pH des aérosols important pour l'inactivation des virus

L'équipe de recherche montre en outre que le milieu acide a une influence décisive sur la vitesse d'inactivation des virus emprisonnés dans les particules de mucus. Dans ce contexte, les deux types de virus se sont avérés avoir une sensibilité différente à l'acidité : le SRAS-CoV-2 est tellement résistant à l'acidité que même les spécialistes ont d'abord cru à une erreur de mesure. Les coronavirus n'ont été inactivés qu'à un pH inférieur à 2, c'est-à-dire dans des conditions très acides, comme dans du jus de citron non dilué. De telles conditions ne sont pas atteintes dans l'air intérieur typique. En revanche, les virus de l'influenza A sont inactivés dès des conditions acides de pH 4 au bout d'une minute, comme cela se produit dans les particules de mucus par absorption d'acide à peine deux minutes après l'expiration.

Si l'on additionne le temps nécessaire à l'acidification de l'aérosol et le temps nécessaire à l'inactivation des virus de la grippe à un pH de 4 ou moins, on comprend rapidement qu'il faut environ trois minutes pour que 99 pour cent des virus de la grippe A soient inactivés dans l'aérosol. Ce court laps de temps a surpris les chercheurs. Il en va autrement pour le SRAS-CoV-2 : Comme le pH de l'aérosol ne descend presque jamais en dessous de 3,5 dans les habitations typiques, il faut des jours pour inactiver 99 pour cent des coronavirus.

L'étude montre que dans les locaux bien aérés, l'inactivation des virus de la grippe A dans les aérosols fonctionne efficacement et que la menace du SRAS-CoV-2 peut également être réduite (voir illustration). En revanche, dans les pièces mal aérées, le risque de virus actifs dans les aérosols est 100 fois plus élevé que dans les pièces avec un fort apport d'air frais.

C'est pourquoi les chercheurs conseillent d'aérer fréquemment et correctement les espaces intérieurs afin que l'air ambiant contenant le virus et les substances basiques telles que l'ammoniaque provenant des émissions des personnes et des activités intérieures s'écoulent vers l'extérieur, tandis que les composants acides de l'air extérieur peuvent entrer dans les pièces en quantité suffisante.

Le filtrage élimine les acides de l'air

Même des systèmes de climatisation normaux avec des filtres à air peuvent entra?ner une réduction des acides volatils. La réduction des acides dans les musées, les bibliothèques ou les h?pitaux équipés de filtres à charbon actif est probablement encore plus marquée. Dans ces b?timents publics, le risque relatif de transmission de la grippe peut augmenter considérablement par rapport aux b?timents alimentés en air extérieur non filtré, écrit l'équipe dans son article.

L'équipe de recherche pourrait donc également imaginer d'ajouter à l'air filtré de petites quantités d'acides volatils comme l'acide nitrique et d'en retirer les substances basiques comme l'ammoniaque. Cela pourrait accélérer l'acidification des aérosols. Selon l'étude, une concentration de 50 ppb d'acide nitrique (50 milliardièmes de parts d'air, ce qui correspond à 1/40 de la valeur limite légale de 8 heures sur la place de travail) pourrait réduire de mille fois le risque d'infection par le coronavirus (voir illustration ci-dessus).

Un long chemin vers un climat intérieur plus sain

Les chercheurs sont toutefois conscients qu'une telle mesure sera très controversée, car les conséquences de telles quantités d'acide ne sont pas claires. Les musées ou les bibliothèques filtrent fortement l'air afin que les ?uvres d'art et les livres ne soient pas endommagés. Les ingénieurs en b?timent ne seraient probablement pas non plus ravis. L'ajout d'acides pourrait endommager les matériaux ou les canalisations. Les chercheurs qui ont participé à l'étude s'accordent donc à dire que des études à long terme sont nécessaires pour évaluer les risques pour l'homme et les b?timents. Par conséquent, il ne sera pas facile d'établir que les acides volatils éliminent efficacement les virus dans les particules d'aérosol, tandis que l'élimination de l'ammoniac - qui augmente le pH et stabilise les virus - ne devrait pas être controversée.

Une collaboration réussie

La présente étude résulte d'une collaboration multidisciplinaire entre des chercheurs de l'ETH Zurich, de l'EPFL et de l'Université de Zurich. Elle a débuté en 2019 en tant que projet exclusivement consacré à la grippe, précédé d'années de préparation. En raison de la pandémie de Covid-19, les chercheurs ont étendu leur projet au nouveau coronavirus.

Les chercheurs de la chaire de virologie médicale de l'Université de Zurich, autour de Silke Stertz, et de la chaire de chimie environnementale de l'EPFL, autour de Tamar Kohn, qui assure également la direction générale du projet Sinergia, ont étudié comment les deux virus réagissent aux milieux acides. Ils ont testé la sensibilité des virus de la grippe A et de la coronavirus à différentes conditions d'acidité dans du liquide pulmonaire produit artificiellement et dans du mucus nasal ou pulmonaire que les scientifiques avaient préalablement prélevé sur des cultures de cellules muqueuses cultivées à cet effet.

Les collaborateurs de la chaire de chimie atmosphérique autour de Thomas Peter et Ulrich Krieger ont étudié le comportement des particules d'aérosols contenant du mucus à l'aide d'un piège à particules électrodynamique. Gr?ce à cet appareil, les chercheurs peuvent "retenir" des particules en suspension pendant des jours, voire des semaines, et les étudier sans contact, par exemple comment elles se modifient en cas de changement d'humidité de l'air.

Les simulations du modèle ont également été effectuées par le groupe Peter. La modélisation pourrait être un point faible de l'étude globale, car d'autres études expérimentales doivent encore montrer comment les virus se comportent réellement dans les particules d'aérosols acides. Pour cela, les chercheurs autour d'Athanasios Nenes à l'EPFL développent actuellement des techniques expérimentales qui permettront à l'avenir de réaliser des expériences aussi bien sous des conditions strictes de biosécurité que sous différentes compositions d'air ambiant.