Etude expérimentale de l'influence des paramètres ambiants sur l'évaporation et le transport d'un spray de type bioaérosol

Experimental study of the influence of ambient parameters on evaporation and transport of a bioaerosol spray

• Auteur / Autrice : Chloé Ledent
• Direction : Romain Ceolato, Claire Laurent
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA EDyF Energétique et Dynamique des Fluides

Mots clés

Mots clés libres

Ecoulement multiphasique

Bioaérosol

Evaporation

Brouillard de gouttes

Multiphase flow

Bioaerosol

Evaporation

Drop mist

Résumé

Les récentes pandémies ont mis au jour la nécessité de comprendre les mécanismes d'infection des maladies aéroportées. Ainsi, de nombreuses études s'accordent et montrent que la transmission aérienne via l'expulsion de gouttelettes respiratoires est le mode de contamination privilégié par les maladies infectieuses du même type que la COVID-19. Il est donc primordial de comprendre comment ces particules infectieuses sont transportées dans l'air et évoluent en fonction des conditions ambiantes. Cette thèse propose de s'intéresser expérimentalement au transport et à l'évaporation d'un spray de type bioaérosol en conditions bien maîtrisées (composition des particules, humidité relative, température et vitesse de l'air). L'objectif est de déterminer un modèle d'évaporation adapté aux spécificités des aérosols d'origine humaine. Ce modèle permettra de corréler les risques de transmission et le taux de survie d'un virus à la composition finale du noyau résiduel fortement dépendante des conditions ambiantes. Dans ce cadre, de premières expériences fondamentales ont été menées sur une goutte isolée, en lévitation acoustique, et pour différents mélanges représentatifs des gouttelettes respiratoires. D'autres expériences doivent être menées dans une veine basse vitesse contrôlée en température et humidité. L'utilisation de techniques de mesures optiques telles que la granulométrie à diffraction laser, le PDA ou encore le LiDAR, permettra de caractériser l'évolution des particules émises et de l'analyser compte tenu des modèles développés à l'échelle de la goutte.

Recent pandemics have highlighted the necessity to understand the mechanisms of airborne diseases infection. Numerous studies have shown that airborne transmission via the expulsion of respiratory droplets is the preferred mode of contamination for infectious diseases such as COVID-19. It is therefore essential to understand how these infectious particles are transported in the air and how they evolve depending on ambient conditions. In this thesis, we propose to experimentally investigate the transport and evaporation of a bioaerosol spray under well-controlled conditions (particle composition, relative humidity, air temperature and velocity). The aim is to determine an evaporation model adapted to the specific characteristics of human aerosols. This model will allow to correlate the risk of transmission and the survival rate of a virus with the final composition of the residual core, which is highly dependent on ambient conditions. Within this framework, fundamental experiments have been carried out on an isolated droplet, under acoustic levitation, and for different mixtures representative of respiratory droplets. Further experiments will be carried out in a low-speed wind tunnel which is controlled by temperature and humidity. Optical measurement techniques such as laser diffraction granulometry, PDA and LiDAR will be used to characterize the evolution of emitted particles and analyze it in the light of the models developed at the drop scale.