air ambiant

L’importance du contrôle de l’humidité de l’air ambient pour réduire les infection respiratoires

Humidification

L’importance du contrôle de l’humidité de l’air ambient pour réduire les infection respiratoires

Paul-Emile DAVID Docteur en Pharmacie

Introduction

Conseils de la revue annuelle de virologie (1) (Mars 2020) pour limiter la transmission des virus respiratoires en hiver :

  • Se laver les mains pour éviter l’auto-inoculation après contact avec des fomites.
  • Porter un masque pour maintenir le nez le la gorge chaude et humide, et réduire drastiquement la propagation de virus et la charge virale dans l’air.
  • Maintenir le taux de vitamine D sanguin dans les valeurs normales en prenant si besoin des suppléments pour compenser réduction de la production corporelle due à la diminution de l’ensoleillement. La vitamine D est importante pour la défense immunitaire comme les vitamines A, C, B6, B9, et B12.
  • Dormir plus de 7 heures pour aider le système immunitaire.
  • Ventiler les intérieurs avec apport d’air neuf et extraction d’air intérieur pour réduire la charge virale et la charge de CO2.
  • Maintenir l’humidité relative de l’air intérieur entre 40% et 60% pour réduire la transmission virale et protéger les muqueuses de l’appareil respiratoire.

Cet ensemble de mesures sert à lutter avec efficacité contre la contagion des virus à transmission aérienne.
Pourquoi une humidité relative contrôlée entre 40% et 60% peut aider ?
Pour y répondre il faut expliquer dans un premier temps ce qu’est l’humidité de l’air puis parler de ses bénéfices lorsqu’elle est contrôlée.

Qu’est-ce que l’humidité relative de l’air ?

L’excès de l’humidité ruine les semences, et la sécheresse enfante des maladies dangereuses.

Abbé Raynal (1713-1796), Hist. phil. VII, 21

L’air dans lequel nous vivons, celui de la troposphère, est constitué d’un mélange d’azote, d’oxygène et d’autres gaz, vapeurs et contaminants.

L’humidité de l’air désigne la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. Le pourcentage massique de vapeur d’eau dans l’air peut se situer entre 0.1% et 2%. Le poids d’1 m³ d’air sec est d’environ 1205 g (2).

La quantité d’eau dans l’air ambiant oscille donc entre 0 g/m³ (jamais atteint) et 25 g/m³ … Bref quelques grammes…

L’humidité de l’air n’est pas facilement percevable par nos sens, parce que :

  • L’air ambiant est humide mais il ne mouille pas.
  • La vapeur d’eau dans l’air est absolument invisible.

En psychrométrie (la science de l’étude de l’air humide) l’humidité de l’air peut être quantifiée en utilisant différents paramètres. Les deux plus importants sont la teneur en eau et l’humidité relative.

  • La teneur en eau désigne la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. Elle s’exprime en gramme d’eau par mètre cube d’air sec (en geau/kgair sec). Cette quantité n’est pas soumise aux variations de la température.
  • L’humidité relative (en %) est le rapport de la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air sur la quantité de vapeur d’eau maximale absorbable par l’air et varie avec la température.
Température de l’air (en °C)-8-4048122028
Teneur en eau (g/kg)1.91.91.91.91.91.91.91.9
Humidité relative (%)1007151382922138
Variation de l’humidité relative et de la teneur en eau en fonction de la température de chauffage sans humidification

L’humidité relative de l’air fluctue donc avec la température de l’air. Chauffer les édifices consiste à augmenter la température de l’air intérieur, à en diminuer l’humidité relative parce que la teneur en eau reste inchangée. Cela explique pourquoi en hiver l’air non traité est sec.

L’humidification de l’air est l’action qui consiste à augmenter la quantité d’eau dans l’air, permettant d’augmenter l’humidité relative d’une pièce chauffée.

Température de l’air (en °C)1920212223242526
Teneur en eau (g/kg)6.87.37.88.38.89.39.910.5
Humidité relative (%)5050505050505050
Température et humidité de l’air intérieur conseillées
(Humidité relative entre 40% et 60%)
Maintenir la teneur en eau entre 7g/kg et 10g/kg permet de maintenir l’humidité relative de l’air intérieur

Quels sont les bénéfices d’une humidité relative contrôlée entre 40% et 60%

Actuellement de nombreuses études scientifiques internationales admettent qu’une humidité relative contrôlée entre 40% et 60% (aux conditions normales de température intérieure) est bénéfique pour réduire les infections respiratoires. Ses bienfaits touchent tout ce qui est en relation avec le système respiratoire, depuis la qualité de l’air respiré jusqu’à la protection des alvéoles pulmonaires. En résumant, ses bénéfices sont les suivants :

  • Aide à réduire la transmission aérienne d’agents infectieux,
  • Aide à maintenir les mesures de protection physiologique du tractus respiratoire,
  • Aide à modérer les réactions inflammatoires du système respiratoire.

Maintenir l’humidité relative entre 40-60% permet de réduire la transmission et l’infectivité des bioaérosols

De nombreuses études scientifiques assurent que la qualité de l’air est améliorée par une humidification contrôlée.

En plus de diminuer la quantité de poussières et d’allergènes en suspension dans l’air, elle permet d’agir sur les bioaérosols.

Respirer – Parler – Tousser – Éternuer, ces actions sont à l’origine de la dispersion dans l’air de fines particules contaminantes : les bioaérosols. Dans le cas des viroses respiratoires, les virus sont véhiculés dans des gouttelettes d’eau.

Les données gravimétriques (diamètre, masse) des bioaérosols et les conditions de l’air permettent d’expliquer la transmission des infections respiratoires. 

Dans les conditions d’ambiance normales, les bioaérosols tombent de 1,5 à 2,0 m de hauteur :

  • en moins de 6 secondes si leur diamètre est > 1 mm,
  • en ~ 6 secondes si diamètre ~ 100 µm,
  • en ~ 8 minutes si diamètre ~ 10 µm,
  • en ~ 1,5 heures si diamètre ~ 3 µm,
  • en ~ 12 heures si diamètre ~ 1 µm,
  • en ~ 41 heures si diamètre ~ 0,5 µm.
Note : 87% des bioaérosols exhalés sont < 1 µm

Dans les conditions d’ambiance normales, les bioaérosols tombent de 1,5 à 2,0 m de hauteur :

en moins de 6 secondes si leur diamètre est > 1 mm,

  • en ~ 6 secondes si diamètre ~ 100 µm,
  • en ~ 8 minutes si diamètre ~ 10 µm,
  • en ~ 1,5 heures si diamètre ~ 3 µm,
  • en ~ 12 heures si diamètre ~ 1 µm,
  • en ~ 41 heures si diamètre ~ 0,5 µm.
Note : 87% des bioaérosols exhalés sont < 1 µm (3,4,5,6)

L’air sec favorise l’évaporation des gouttelettes qui perdent de la masse, réduisent leur diamètre, jusqu’à devenir de noyaux de condensation. Pendant plusieurs heures, les noyaux de condensation flottent au gré des mouvements de l’air, qui les transporte (à plus de 10 mètres) et les entraînent d’une pièce à l’autre en fonction de la ventilation, et des activités quotidiennes comme le déplacement de personnes, ou de l’ouverture de portes. Les gouttelettes sont balayées par le mouvement de l’air et tombent sous l’effet de la gravité. Leur chute est freinée par les forces de friction. (4,5,6)

A l’exhalation, les bioaérosols contaminés sont des gouttelettes d’eau « salée » incorporant des virus respiratoires dispersées dans l’air. La quantité d’eau contenue dans les aérosols est en équilibre avec l’humidité relative de l’air.

Plus l’air est sec plus les gouttelettes s’amenuisent rapidement.
L’évaporation affecte le diamètre, la masse, et la chute des aérosols. (Les gouttelettes de moins de 30 μm atteignent leur taille d’équilibre en moins d’1s.) Elle change aussi tout ce qui est relatif à la chimie de l’eau de la gouttelette : le pH diminue et la concentration en sels augmente. (9)

Sels dissous
Virus actifs

Entre 40% et 60% d’humidité relative, la dessiccation des gouttelettes est limitée. Cela réduit la perte de masse des aérosols et facilite leur chute.

De plus, dans les gouttelettes, les variations de pH et concentrations en sels affectent les protéines de surface des virus enveloppés, qui deviennent instables et inactifs. (9)

Virus inactifs

Quand l’air est sec, le dessèchement des gouttelettes est rapide, les sels perdent leur activité parce qu’ils cristallisent. La cristallisation rapide des sels n’affecte pas les virus enveloppés qui restent actifs plus longtemps. (9)

Sel cristallisé

Virus enveloppésHumidité de l’air
FaibleMoyenneHaute
Influenza (PR8)+
Influenza A (PR8)+
Influenza A (WS Strain)++
Influenza A (WSN Strain)++
SARS COV++
Relation entre l’humidité relative environnementale et la survie de virus respiratoires

À température constante (20ºC), une humidité contrôlée entre 40% et 60% réduit l’infectiosité des aérosols contaminés par le virus de la grippe

Les chercheurs, de l’Institut pour la recherche sur la troposphère (TROPOS) à Leipzig et du Laboratoire national de physique du CSIR à New Delhi indiquent que la propagation du virus SARS-COV2 est aussi réduite lorsque l’humidité relative de l’air est située entre 40% et 60%.

L’humidification contrôlée de l’air est bénéfique pour l’épithélium respiratoire

L’épithélium respiratoire (présent dans le nez, le pharynx et le système trachéal) humidifie et réchauffe l’air inhalé. De plus, il nettoie les cavités respiratoires supérieures en produisant du mucus. Le mucus, se lie aux particules transportées vers le pharynx par les cils des cellules épithéliales (escalator mucociliaire). Chaque cellule épithéliale contient environ 200 cils (13). Cette clairance muco-ciliaire constitue la première ligne de défense du tractus respiratoire et des poumons. Sa réduction voire sa perte est une cause importante d’infections respiratoires. Elle peut être maintenue grâce à l’humidification de l’air (14).

Modération des réactions inflammatoires du système respiratoire

Les particules et les microorganismes qui échappent à la première ligne de défense, c’est-à-dire le mucus épithélial, atteignent le poumon distal. De là, ils doivent être éliminés rapidement et efficacement par la deuxième ligne de défense: les phagocytes. Les macrophages alvéolaires sont les cellules phagocytaires dominantes dans les poumons (14).
L’inflammation respiratoire aiguë (I.R.A.), représente la réponse immédiate à un agent agressif, de courte durée (quelques jours ou semaines), souvent d’apparition brutale et caractérisée par des phénomènes vasculo-exsudatifs intenses. De multiples médiateurs biochimiques déclenchent l’inflammation. Parmi eux, les interférons (IFN) activent les macrophages et inhibent la réplication des virus.

Un taux d’humidité intérieur d’environ 7 à 10 g/kg (humidité relative de 40 à 60 %), augmente la défense immunitaire naturelle des macrophages et diminue la virulence de l’I.R.A.

Une humidité correcte et contrôlée de l’air intérieur (H.R. OPTIMALE A 50 %)

  • Réduit les lésions des cellules respiratoires,
  • Diminue l’infection de l’épithélium des voies respiratoires,
  • Augmente la clairance du virus par les macrophages alvéolaires protecteurs,
  • Augmente l’immunité naturelle antivirale inductible,
  • Augmente l’immunité naturelle des IFN-médiés et des IFN-indépendants de type 1,
  • Augmente les autres mécanismes de défense naturelle.
  • Réduit la sensibilité à l’activation des inflammations,
  • Réduit l’activation de la caspase,
  • Diminue la production de cytokines (interleukines 1β et 18).
Protection naturelle des IFN macrophages

Conclusion

Le corps de l’être humain est constitué de plus de 65-70% d’eau.
Toutes ses barrières (peau et muqueuses) le protégeant de l’extérieur ont des échanges thermiques et hydriques avec l’air ambient. L’air sec absorbe leur eau, les assèche et réduit leur capacité de protection.
Lorsque l’humidité relative de l’air intérieur est maintenue entre 40% et 60%, l’air devient un allié pour l’organisme. Elle permet d’améliorer la qualité de l’air, réduire la quantité et l’infectiosité des bioaérosols, maintenir le mucus-piège des épithéliums et d’assurer l’efficience du système immunitaire. Le confort physique produit par cette humidité de l’air a aussi un effet positif sur le sommeil (selon une étude de la NASA (16)).
Elle réduit aussi les problèmes d’électricité statique, chose importante lorsque des gaz inflammables (comme l’oxygène) sont manipulés. Dans le traitement de l’air intérieur, l’humidification est tout aussi importante que la filtration, le chauffage, et le renouvellement, et tout cela a un coût. Le coût de l’humidification en hiver peut facilement être compensé par une réduction des dépenses en chauffage parce qu’1°C de chauffage peut être économisé lorsque l’humidité relative passe de 20 à 50 % (17). Le contrôle de l’humidité de l’air n’est certes pas gratuit, mais son absence est assurément très coûteuse.

Références et citations
  1. Annual Review of Virology 2020. 7:2.1–2.19 Seasonality of Respiratory Viral Infections Miyu Moriyama,1 Walter J. Hugentobler,2 and Akiko Iwasaki1,3,4
  2. D. Pedro Rodriguez Ramos. La importancia de la humedad relativa en el control ambiental. Calidad del aire interior
  3. Wells, W. F., On Air-borne Infection. Study II. Droplets and Droplet Nuclei. Journal article: American Journal of Hygiene 1934 Vol.20 pp.611-18
  4. ASHRAE Position Document on Airborne Infectious Diseases Approved by ASHRAE Board of Directors April 14, 2020
  5. Fabian P, McDevitt JJ, DeHaan WH, Fung ROP, Cowling BJ, et al. (2008) Influenza Virus in Human Exhaled Breath: An Observational Study. PLoS ONE 3(7):e2691. doi:10.1371/journal.pone.0002691
  6. Natural Ventilation for Infection Control in Health-Care Settings Editors: James Atkinson, Yves Chartier, Carmen Lúcia Pessoa-Silva, Paul Jensen, Yuguo Li, and Wing-Hong Seto. Geneva: World Health Organization; 2009.
  7. Blausen.com staff (2014). « Medical gallery of Blausen Medical 2014 ».
  8. COVID-19: Why we should ware all mask, Sui Huang.
  9. Yang, Wan, and Linsey C Marr. “Mechanisms by which ambient humidity may affect viruses in aerosols.” Applied and environmental microbiology vol. 78,19 (2012): 6781-8. doi:10.1128/AEM.01658-12
  10. Lowen AC, Mubareka S, Steel J, Palese P (2007) Influenza virus transmission is dependent on relative humidity and temperature. PLoS Pathog 3(10): e151. doi:10. 1371/journal.ppat.0030151
  11. Noti JD et. al, High Humidity Leads to Loss of Infections Influenza Virus from Simulated Coughs, PLoS ONE 8(2): e57485, 2013 (11) 2017 ASHRAE Fundamentals Handbook, Chap 10. Indoor environment health
  12. Ahlawat, A., Wiedensohler, A. and Mishra, S.K. (2020). An Overview on the Role of Relative Humidity in Airborne Transmission of SARS-CoV-2 in Indoor Environments. Aerosol Air Qual. Res. (in press). DOI: 10.4209/aaqr.2020.06.0302
  13. Scherzad A, Hagen R, Hackenberg S. Current Understanding of Nasal Epithelial Cell Mis-Diff erentiation. J Infl amm Res. 2019;12:309-317 https://doi.org/10.2147/JIR.S180853
  14. William J. Janssen, Adrianne L. Stefanski, Bruce S. Bochner, Christopher M. Evans, Control of lung defence by mucins and macrophages: ancient defence mechanisms with modern functions, European Respiratory Journal Oct 2016, 48 (4) 1201-1214; DOI: 10.1183/13993003.00120-2015
  15. Kudo E, Song E, Yockey LJ, Rakib T, Wong PW, et al. 2019. Low ambient humidity impairs barrier function and innate resistance against influenza infection. PNAS 116:10905–10
  16. Caddick, Z. A., et al. (2016). Sleep environment recommendations for future spaceflight vehicles. 7th International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics: Advances in Intelligent Systems and Computing, 484, pp. 923-933.
  17. ISO 7730:2005 Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.