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Modélisation numérique haute fidélité des stratégies de mitigation par UV pour la transmission de virus aéroportés en environnements intérieurs

ED MEGEP

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La réduction de la transmission des virus aéroportés dans les environnements clos, tels que les transports publics, est devenue un enjeu crucial à la suite des récentes pandémies mondiales, notamment celle de la COVID-19. Les purificateurs d’air à ultraviolets (UV) se sont imposés comme une stratégie recommandée pour désactiver les virus en suspension dans l’air et limiter la propagation des infections. Cette étude développe une méthodologie de simulation numérique haute fidélité pour évaluer l’efficacité des purificateurs d’air UV dans la réduction de la dispersion des gouttelettes chargées en virus. Des simulations LES (Large Eddy Simulations) sont utilisées pour résoudre les dynamiques turbulentes à l'intérieur du purificateur, avec deux lampes UV activées dans des conditions de fonctionnement spécifiques. Une fois le champ d'écoulement statistiquement convergé, les champs moyens de vitesse et de température sont utilisés dans un couplage eulérien-lagrangien unidirectionnel pour modéliser la dispersion turbulente des gouttelettes. Le modèle prend en compte l'évaporation, un phénomène clé, car la majorité des gouttelettes quittant le purificateur sont des noyaux secs contenant de la matière non volatile et des copies virales. Le taux de survie viral est ensuite évalué à l'aide d'un modèle de désinfection par rayonnement UV, validé par des données expérimentales, montrant un taux d'inactivation de 99%, confirmant le potentiel de ce dispositif comme stratégie de mitigation efficace.

L'étude explore ensuite l'intégration des purificateurs UV dans un autobus urbain afin d'évaluer leur efficacité dans l'inactivation des virus en suspension. Différentes configurations sont testées à l'aide d'un modèle lagrangien de suivi des particules pour simuler la dispersion des gouttelettes et leur interaction avec l'écoulement. Les résultats indiquent que le positionnement du purificateur au centre du bus permet le meilleur taux d'inactivation, en réduisant efficacement la contamination aéroportée et de surface. Un placement à l'arrière s'avère également performant, en particulier pour limiter les émissions des passagers assis à l'arrière. En revanche, un placement à l'avant est moins efficace en raison des recirculations limitant l'interception des gouttelettes. L'étude montre également qu'une augmentation du débit volumique au-delà de 100m³/h améliore significativement le taux d'inactivation virale. L'optimisation du placement des purificateurs apparaît donc comme une stratégie efficace pour améliorer la qualité de l'air. L'utilisation de deux purificateurs — l'un au centre, l'autre à l'arrière — offre une couverture plus homogène et renforce l'efficacité du système. Ces résultats confirment le potentiel des purificateurs UV comme solution viable pour la réduction des agents pathogènes en suspension, apportant des éléments clés pour la gestion de la qualité de l'air dans les transports publics et autres espaces intérieurs à forte occupation.

Jury

Talib DBOUK	Université de Rouen	Rapporteur
Jeanne MALET	IRSN	Rapporteur
Guillaume BALARAC	LEGI Grenoble	Examinateur
Simon MENDEZ	Université de Montpellier	Examinateur
Nicolas FRANCOIS	Valéo Thermal Systems	Invited member
Florent Duchaine	Cerfacs	Directeur de thèse
Thierry Poinsot	Cerfacs	Co-directeur de thèse