Comment le Covid-19 se propage-t-il dans l’air ?

Les compétences du LEGI (CNRS, Grenoble INP, UGA) en mécanique des fluides est mise à profit pour comprendre la propagation par voie aérienne du Covid-19.

La turbulence est naturellement présente dans des écoulements complexes de fluides, par exemple dans un écoulement d’air lorsque celui-ci rencontre les pales d’une éolienne, ou dans un écoulement d’eau au passage d’une turbine hydraulique, dans l’atmosphère… Et donc, dans l’air que l’on respire !

L’un des modes de transmission suspecté du Covid-19 est d’ailleurs la voie aérienne. Que se passe-t-il quand votre voisin éternue, qu’il tousse ou tout simplement, respire à proximité de vous ? Des microgouttelettes contenant le virus peuvent être éjectées et maintenues en suspension, puis éventuellement inhalées par d’autres personnes. Afin d’en avoir le cœur net, les chercheurs du LEGI, sollicités par des collègues du TIMC (CNRS, CHU Grenoble Alpes, Grenoble INP, UGA, VetAgro Sup), se sont penchés sur la question. « Évaluer les risques liés à ce mode de transmission et l’efficacité des dispositifs de protection nécessite de considérer de nombreuses configurations, explique Guillaume Balarac (HMG 2003), maître de conférence à Grenoble INP - Ense³ et chercheur au LEGI. La simulation numérique peut s’avérer un outil performant pour une telle évaluation, à condition que les phénomènes physiques mis en jeu soient reproduits le plus fidèlement possible. »

Des particules et des tourbillons

Forts de leur expertise en mécanique des fluides en général et en étude de la turbulence en particulier, les chercheurs ont étudié les effets des tourbillons sur les particules en suspension dans l’air. Particulièrement intéressants en ces temps de crise sanitaire, leurs travaux, menés en collaboration avec leurs collègues du CORIA, de l’IMAG, de l’Université du Vermont et du groupe SAFRAN, ont bénéficié de 10 millions d’heures de calcul sur le super calculateur Joliot-Curie, situé sur le site du CEA de Paris-Saclay. Ce ne sera pas de trop !

En effet, le comportement d’un fluide est régi par l’équation de Navier-Stokes, dans laquelle la turbulence est intrinsèquement contenue. La turbulence est un phénomène qui s’étend sur une gamme importante d’échelles spatiales. Pour réduire les temps de calculs (astronomiques), la turbulence aux plus petites échelles spatiales peut être décrite de manière universelle par un modèle simple : les tourbillons sont toujours simulés aux grandes échelles accessibles par le calcul, et les plus petits sont modélisés. Cette approche dite de Simulation aux grandes échelles (SGE) diminue grandement la durée du calcul tout en conservant une précision très satisfaisante.

Les chercheurs ont ici utilisé cette méthode, intégrée au code de calcul YALES 2, pour étudier la trajectoire de gouttelettes en fonction de leur taille, de l’écoulement externe (ventilation), etc. « Les résultats, encore en cours d’acquisition et d’interprétation, pourront notamment servir à évaluer l’intérêt de matériel de protection comme les visières. » Mais avant cela, les résultats devront être interprétés par des professionnels de la biologie et de la virologie, pour en tirer des conclusions pratiques.