Évaporation de gouttes de fluides respiratoires porteuses de virus en fonction de leur environnement, génération et composition – Eva-Covid

Alors que l'hiver arrive en Europe, la COVID-19 se propage à une vitesse alarmante, ce qui soulève la question de la saisonnalité de tels virus, souvent observée mais peu comprise. Dans ce projet, nous proposons donc d’étudier systématiquement le lien unissant l’histoire d’une gouttelette respiratoire (composition, taille, humidité relative, température) avec son efficacité de contamination. Le SARS-CoV-2 est transmis par des gouttelettes aqueuses contenant la charge virale et générées par les éternuements, la toux, la parole ou la respiration. Elles peuvent ensuite atteindre directement la voie respiratoire d'un autre hôte ou indirectement après avoir été déposées sur une surface. Ces gouttelettes respiratoires sont composées d'un fluide complexe contenant de l'eau, des électrolytes, des protéines et des lipides. Après leur génération et leur expulsion, ces gouttelettes sèchent par évaporation de l’eau dans l’air environnant. Ce processus a un impact crucial sur la durée pendant laquelle les gouttelettes peuvent rester en suspension dans l'air avant de se déposer sur le sol. Il détermine également la distribution spatiale des virus dans les gouttelettes, ce qui impacte leur accessibilité ultérieure. Cependant, la nature complexe du fluide respiratoire a été très peu prise en compte jusqu’à présent dans les travaux de modélisation estimant la vitesse d’évaporation de l’eau, ainsi que sa dépendance en humidité relative et température. Cette insuffisance est très problématique pour obtenir des évaluations quantitatives fiables. En effet, la formation de gradients de composition dans la gouttelette en train de sécher peut conduire à la formation de zones très pauvres en eau, formant une « peau » où le transport de l’eau peut être diminué de plusieurs ordres de grandeur. Nous avons observé cette « peau » pour une grande diversité de fluides complexes, dont la salive, ce qui suggère son importance pour l’évaporation des gouttelettes respiratoires. Nous proposons le déploiement d’une stratégie combinant expériences et théorie, en prenant explicitement en compte la thermodynamique non idéale de solutions aqueuses complexes. Nous mesurerons les gradients de composition à l’aide de dispositifs de séchage contrôlé et en utilisant la microscopie Raman confocale, et nous varierons systématiquement l’humidité relative, la température et les principales variables de composition. Nous extrairons le coefficient de transport de l’eau de ces ensembles de données expérimentales à l’aide d’équations de transport et d’une équation de Fick généralisée, incluant la thermodynamique non-idéale. Nous utiliserons un virus modèle pour étudier les effets de localisation préférentiels à l'aide de la microscopie confocale à fluorescence. Nous cartographierons les conditions osmotiques rencontrées par les virus tout au long du séchage. Nous établirons donc une relation directe entre les expériences interfaciales et dynamiques de séchage, assez avancées , et les expériences de caractérisation statique et en volume, beaucoup plus simples à déployer dans un environnement de virologie.
Ce projet est coordonné par Kevin Roger, et s’appuie sur une équipe interdisciplinaire de chercheurs au Laboratoire de génie chimique, couvrant les domaines de la physico-chimie, biophysique, mécanique des fluides, avec une expertise particulière en séchage de fluides complexes.
Le projet débouchera sur un cadre quantitatif générique décrivant l'impact de l'environnement, de la composition et de la taille des gouttelettes sur l’efficacité de transmission d’un virus. Ce cadre donnera notamment des clés pour agir sur la transmission en contrôlant notre environnement intérieur et en évaluant la probabilité de transmission selon le mode de génération des gouttelettes.