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La simulation numérique révèle que les mesures de distanciation sociale sont insuffisantes contre COVID-19

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La simulation numérique est devenue un processus normal dans le monde de l'ingénierie, mais elle est encore assez rare dans le secteur médical. L'épidémie de coronavirus, cependant, prouve le potentiel de la modélisation numérique

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Ansys, le spécialiste mondial de la simulation numérique, vient de publier une série d'études dont une simulation de la propagation de gouttelettes pouvant transmettre le virus. Leurs modèles numériques montrent que les mesures de distanciation sociale sont insuffisantes pour être vraiment efficaces. Nous nous sommes entretenus avec Thierry Marchal, directeur mondial de l'industrie et de la santé chez Ansys pour le savoir

La simulation numérique est beaucoup plus acceptée dans l'ingénierie que dans l'industrie médicale. Les jumeaux numériques pour la conception et le design des moteurs sont devenus une pratique courante dans les industries automobile et aérospatiale. Mais le jumelage numérique n'est pas encore très répandu dans le secteur médical. Mais le coronavirus est sur le point de changer la donne, selon Thierry Marchal, directeur de la division Industrie et santé mondiale chez Ansys.

Comme l'épidémie arrivait en Europe, a-t-il dit, Ansys a commencé à travailler sur une série de modèles à la mi-février, avec des partenaires du monde universitaire (Oklahoma State University, Université d'Eindhoven), des groupes industriels (pharmaceutique, médical, automobile, aéronautique) et des régulateurs (la FDA aux États-Unis).

Ils ont décidé de publier leurs études en mars lorsqu'ils ont estimé que leurs modèles étaient suffisamment précis pour donner aux autorités des recommandations sur la distanciation sociale.

Le magazine DirectIndustry : Dans la lutte contre la propagation de COVID-19, les mesures de distanciation sociale sont importantes. Mais vos modèles numériques montrent que les distances recommandées par les autorités ne sont pas assez importantes pour être vraiment efficaces

Thierry Marchal : En effet, notre simulation numérique montre que les gouttelettes peuvent être expulsées jusqu'à 28 mètres lorsqu'on tousse ou qu'on éternue. La distance entre 2 personnes statiques devrait donc être au minimum de 2 mètres, soit le double de la distance actuellement recommandée. Les joggeurs devraient garder une distance d'au moins 3 mètres et les cyclistes devraient garder une distance de 10 mètres

Le magazine DirectIndustry : Ansys est connu pour ses jumelages numériques pour les industries automobile et aérospatiale. Comment avez-vous réussi à fournir une analyse précise pour le secteur médical ?

Thierry Marchal : Nous avons utilisé notre logiciel existant, Fluent, qui est un logiciel de mécanique des fluides qui nous permet de modéliser tous les aspects de l'écoulement des particules, de la turbulence, du transfert de chaleur et de l'aérodynamique pour des applications industrielles. Nous utilisons déjà ce logiciel dans le secteur automobile. Dans un moteur de voiture, il y a des pistons, et de petites gouttelettes pour une meilleure combustion, nous avions donc l'habitude de simuler ces gouttelettes numériquement. Nous avons établi des partenariats avec des universités et des professionnels du secteur médical pour adapter le logiciel et modéliser le flux de particules lorsque les gens parlent ou courent. Nous nous sommes associés à l'université d'Eindhoven pour utiliser l'une des plus grandes souffleries d'Europe, ce qui nous a permis de vérifier le flux de particules dans l'air et le comportement des gouttelettes d'une personne à l'autre.

Le magazine DirectIndustry : Quels sont les défis que vous avez dû relever pour adapter le logiciel ?

Thierry Marchal : Nous avons d'abord mené des recherches pour connaître le profil de vitesse de l'air qui sort de la bouche lorsque nous respirons, éternuons et toussons et comment les gouttelettes sont dispersées. Ensuite, nous avons dû cibler les cas les plus importants parmi les millions d'analyses expérimentales possibles. Pour le jogger, nous avons imaginé 3 cas : a) 2 personnes courant côte à côte, b) 2 personnes courant et se croisant et c) 2 personnes courant l'une derrière l'autre. Nous avons d'abord pensé que le cas le plus inquiétant serait celui où les deux personnes se croisent. Mais la simulation montre qu'en raison de la vitesse du joggeur (~ 14 km/h), les gouttelettes potentiellement contaminées d'un joggeur qui respire et/ou tousse passeront derrière lui et atteindront facilement le visage et les vêtements du joggeur suivant. Nous avons également intégré dans nos modèles l'effet du vent lorsque deux personnes se parlent. Nous avons montré qu'une distance de 1,80 m est bonne, à moins que le vent ne soit derrière elle. Nos études montrent que dans le cas d'une très légère brise, 1m/s (moins de 4km/h) une distance de 1,80m n'est plus suffisante. Lorsqu'il y a du vent et que vous voulez parler à quelqu'un, vous devez vérifier d'où vient le vent et vous tenir perpendiculairement au vent.

Le magazine DirectIndustry : Sur la base de ces résultats, vous êtes donc en mesure de faire des recommandations.

Thierry Marchal : La simulation numérique a la capacité de modéliser et de rapporter les phénomènes très rapidement. Nous fournissons des informations aux autorités afin qu'elles puissent comprendre immédiatement une situation et prendre les bonnes mesures. Les autorités américaines se sont intéressées à notre modèle de dispersion des gouttelettes pour les joggeurs et nous ont demandé de faire des simulations pour les personnes qui marchent, ce qui est le cas le plus fréquent. Ainsi, avec notre partenaire de l'université d'Eindhoven, nous avons fourni une simulation de la dispersion des particules lorsque les gens marchent et nous pouvons voir que c'est toujours dangereux. A 1m, vous serez inondé par les gouttelettes d'une autre personne. A 1,80m, le nombre de gouttelettes diminue. Si vous faites du jogging, ne vous placez pas à moins de 5 m derrière un autre joggeur et si vous devez le dépasser, faites un mouvement latéral de 2 m. Lorsque vous faites du jogging avec un ami, restez toujours au même niveau. Mais le risque zéro n'existe pas. En Chine, on a trouvé des coronavirus dans la poussière d'un système de ventilation. Des modèles plus avancés seront donc nécessaires pour savoir ce qu'il advient des gouttelettes lorsqu'elles retombent. Deviennent-elles une sorte de poussière virale qui se déplace ? La crise COVID-19 est l'occasion de montrer l'utilité de la simulation numérique. Tout comme les industries automobile et aéronautique utilisent des jumeaux numériques, le secteur de la santé devra les utiliser davantage une fois la crise passée.

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