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Article

1 - DIFFÉRENTS TYPES DE MASQUES

2 - MATÉRIAUX UTILISÉS DANS LES MASQUES

3 - MÉTHODES DE FABRICATION DES MASQUES

4 - MÉCANISMES DE FILTRATION

  • 4.1 - Sédimentation par gravité
  • 4.2 - Impaction inertielle
  • 4.3 - Interception
  • 4.4 - Diffusion
  • 4.5 - Attraction électrostatique et rebond thermique

5 - INFLUENCE DE DIFFÉRENTS PARAMÈTRES DE CONDITION EXTERNE SUR LA PÉNÉTRATION

6 - MODÈLES NUMÉRIQUES

7 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : MED7800 v1

Matériaux utilisés dans les masques
Efficacité de la filtration à travers les masques de protection respiratoire

Auteur(s) : Sedigheh FARZANEH, Mohammadali SHIRINBAYAN, Michel BOCQUET, Abbas TCHARKHTCHI

Date de publication : 10 avr. 2022

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RÉSUMÉ

Cet article est une revue de la littérature sur les différents types de masques faciaux et respiratoires, leurs applications courantes, ainsi que leurs avantages et inconvénients à cet égard. Les matériaux utilisés et les différentes techniques de fabrication de ces masques sont présentés. Les conditions environnementales affectant la pénétration sont également étudiées. Les mécanismes connexes de pénétration des aérosols à travers les masques sont également examinés. Une attention particulière a été portée à la simulation numérique liée à ces mécanismes.

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ABSTRACT

Efficiency of filtration through respiratory protection masks

This article is a review of the literature on the different types of face and respiratory masks, their common applications, as well as their advantages and disadvantages in this regard. The materials used and the different manufacturing techniques for these masks are presented. Environmental conditions affecting penetration are also investigated. The related mechanisms of aerosol penetration through masks are also examined. Particular attention has been paid to numerical simulation linked to these mechanisms.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Pour protéger les personnes contre les micro-organismes biologiques et les aérosols, y compris les bactéries, virus et champignons qui causent des maladies, il est nécessaire d’améliorer les performances des dispositifs de protection existants et de développer de nouveaux équipements adaptés. Depuis début 2020, l’apparition du nouveau virus COVID-19 a entraîné une demande accrue pour l’adoption de nouveaux types d’équipements de protection individuelle (EPI) .

Il existe une grande variété de modes de transmission des micro-organismes classés en fonction de la taille des particules. À titre d’exemple, la transmission aérienne, mode de propagation sans contact, augmente les exigences en matière de protection du visage, comme à l’aide de masques. Ce type de transmission peut se produire soit avec les personnels de santé, soit avec les patients eux-mêmes, mais aussi dans différentes zones plus ou moins confinées .

Les particules en suspension dans l’air d’origine naturelle (éruptions volcaniques, tempêtes de poussière, incendies...) et artificielle (comme les émissions industrielles ou automobiles) sont à l’échelle du nanomètre. Plusieurs études  ont montré l’impact sévère de l’inhalation de particules ultrafines sur les maladies respiratoires et cardiovasculaires. Cette inhalation de ces particules a entraîné, selon les estimations, 8,9 millions de décès en 2015 . De plus, les nanoparticules en suspension dans l’air comme les bio-aérosols font partie des autres menaces pour la santé . Ces micro-organismes peuvent présenter un risque pour la santé. La protection contre les micro-organismes infectieux est d’une grande importance, et les études ont toujours essayé d’améliorer la protection envers ces derniers  .

La recherche de masques avec une capacité de filtration optimale des particules en suspension dans l’air, une grande efficacité dans l’élimination des bio-aérosols, ainsi qu’un confort optimal, a toujours été parmi les objectifs des études menées dans ce domaine . En général, la capacité de filtrage du masque est influencée par les spécifications du filtre du masque et par des facteurs externes  .

Les spécifications des filtres de masque comprennent les propriétés inhérentes des matériaux utilisés dans le masque, telles que la composition chimique du filtre, et des caractéristiques telles que l’épaisseur et la densité de tassement des fibres dans le filtre . De plus, des études ont montré l’importance de l’effet de facteurs externes tels que la vitesse de passage de l’air au travers du masque (inspiration et expiration) ou son débit, l’état de charge de la particule, la fréquence de la respiration, l’humidité relative et la température, et le temps de charges (polluantes ou non) sur l’efficacité de filtration des masques  .

Cet article est une synthèse d’une série d’articles à propos des masques de protection respiratoire. Après une présentation en détail des différents types de masques, le rôle des polymères utilisés dans les différentes couches des masques est étudié. Ensuite, les méthodes de fabrication industrielle de base des masques faciaux, telles que les technologies de meltblown, spunlaid, drylaid, wetlaid, airlaid et de fabrication additive sont exposées.

La quatrième partie de cet article explique les différents mécanismes de filtration. Du fait de l’influence significative des facteurs externes sur les performances de filtrage, la détermination du mécanisme de filtration présente un grand intérêt. Ce n’est qu’en clarifiant et en comprenant ces mécanismes qu’il sera possible d’augmenter et d’améliorer la conception et la filtration des masques . De nombreux paramètres, tels que la taille et la forme des particules, la vitesse frontale ou flux d’air ou encore le mode d’écoulement de l’air, influent fortement sur la pénétration. Des modèles numériques sont utilisés pour simuler les différents phénomènes physiques. Cette modélisation et la clarification du mécanisme de pénétration des bio-aérosols dans le masque sont d’une grande importance lorsque des particules et des micro-organismes contaminés atteignent la surface externe du masque  . Si cette surface ne détruit pas le virus ou les micro-organismes, ces particules peuvent pénétrer dans le masque par divers mécanismes  .

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-med7800


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2. Matériaux utilisés dans les masques

2.1 Rôle des polymères

Certains polymères sont généralement utilisés pour les fibres de masques comme le polypropylène, le polyéthylène, les polyesters, les polyamides, les polycarbonates, l’oxyde de polyphénylène. Certains polymères fluorés sont également utilisés comme le tri-fluoro-chloro-éthylène. On peut noter que les polymères thermo-plastiques hydrophobes, non absorbants et au toucher glissant, sont plus favorables à l’application . La fibre de polypropylène est utilisée en raison de ses propriétés non absorbantes pour les masques médicaux de base, et elle n’absorbe pas l’humidité . La figure 3 illustre deux types de masques différents, l’un est fabriqué à partir de polypropylène pelucheux et l’autre est un masque chirurgical isolé en polypropylène. Il convient de mentionner que le PP pelucheux est également utilisé pour border les respirateurs chirurgicaux et N95 standard afin d’éviter les fuites. Le joint de bordure permet de réduire considérablement les fuites bactériennes des masques standards. Il est préférable de le coller avec du ruban adhésif en papier afin de diminuer la résistance respiratoire. Il a été affirmé que le masque en PP spécialement conçu avec un adhésif synthétique sur le bord du masque peut être plus efficace que le masque chirurgical standard et le respirateur N95.

Madsen et al. ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - TCHARKHTCHI (A.), SEYDANI (M.Z.), ZIRAK (N.), FARZANEH (S.), SHIRINBAYAN (M.) -   An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration.  -  Bioactive materials, vol. 6, n° 1, p. 106-122 (2021).

  • (2) - BUNYAN (D.), RITCHIE (L.), JENKINS (D.), COIA (J.) -   Respiratory and facial protection: a critical review of recent literature.  -  Journal of Hospital Infection, vol. 85, n° 3, p. 165-169 (2013).

  • (3) - McDONALD (F.), HORWELL (C.J.), WECKER (R.), DOMINELLI (L.), LOH (M.), KAMANYIRE (R.), UGARTE (C.) -   Facemask use for community protection from air pollution disasters: an ethical overview and framework to guide agency decision making.  -  International Journal of Disaster Risk Reduction, vol. 43, p. 101376 (2020).

  • (4) - CHENG (V.C.C.C.) et al -   The role of community-wide wearing of face mask for control of coronavirus disease 2019 (COVID-19) epidemic due to SARS-CoV-2.  -  Journal of Infection, vol. 81, n° 1, p. 107-114 (2020).

  • (5) - BURNETT (R.) et al -   Global...

NORMES

  • Appareils de protection respiratoire – Demi-masques filtrants contre les particules – Exigences, essais, marquage - NF EN 149 + A1 - 09/09

  • Acoustique – Méthode de calcul du niveau d’isosonie - ISO 532 - 1975

1 Réglementation

Loi n° 83-634 du 13 juillet 1983 portant droits et obligations... (version consolidée du 3 mars 2002)

Décret n° 2000-44 du 13 janvier 2000 portant... (version consolidée au 5 octobre 2007) JO n° 11 du 14 janvier 2000 page 369 NOR : FPPA9910013D.

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2 Brevets

Procédé d’oxydation électrolytique du cérium et ensemble d’électrolyse pour sa mise en œuvre CA2582058.

Brevet N202031044170 a été déposé le 4 décembre 2020 par Sankha Dey, Sarthak Chatterjee, Saikat Pal, et Dr. Biswarup Neoget. Intitulé : Le masque anti-COVID-19 avec système d’alarme de protection pour les yeux, le nez et la bouche intégré.

Brevet CN111194953 a été déposé le 26 mai 2020 ; intitulé : Le masque anti-virus à haute température.

Brevet CN111759945 déposé le 13 octobre 2020 ; intitulé Le masque pour prévenir et traiter la COVID-19 à base de plantes médicinales...

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