Les masques en coton sont aussi efficaces que les masques N95 pour prévenir les virus (conseils de bricolage à conserver)

Porter un masque en coton fait maison peut non seulement prévenir efficacement les virus, mais également préserver l'environnement.

Écrit par | Xiaoye

L'hémisphère nord est sur le point d'entrer dans la saison la plus chaude de 2021, et les nouveaux variants imprévisibles du coronavirus menacent toujours le monde humain. Nous devons continuer à respecter la « protection en trois parties » : porter un masque, maintenir une distance sociale et faire attention à l’hygiène personnelle.

dans le pays, le port du masque est devenu une habitude quotidienne pour la plupart des gens. Il existe de nombreux types de masques sur le marché et l'offre est suffisante, notamment les masques de protection jetables, les masques anti-smog N90, N95, les masques lavables et réutilisables, etc. Mais au début de l'épidémie, il y a eu une période où il y a eu une pénurie mondiale de masques. À cette époque, un groupe de scientifiques a découvert comment fabriquer leurs propres masques et a également trouvé le meilleur tissu capable de bloquer efficacement les particules du coronavirus.

La pandémie de COVID-19 a obligé de nombreuses personnes à commencer à travailler à distance depuis leur domicile, et les scientifiques ne font pas exception. Edward Vicenzi est chercheur scientifique au Smithsonian Museum Conservation Institute (MCI) aux États-Unis. Avant l’épidémie, son travail principal consistait à utiliser divers équipements de précision pour examiner des artefacts et des reliques anciens rares. Jamie Weaver, chimiste au National Institute of Standards and Technology (NIST), étudie la chimie de la verrerie de la Suède pré-viking.

Les deux scientifiques sont compétents en recherche sur les matériaux. Au début de l'épidémie, ils ont formé une équipe avec deux autres scientifiques spécialistes des aérosols atmosphériques terrestres, James Radney et Chris Zangmeister, qui travaillaient également au NIST. Ils ont répondu à l’appel du monde universitaire et des services de santé, ont utilisé leurs connaissances et compétences professionnelles, ont fabriqué des masques eux-mêmes et ont étudié des tissus de masques capables de résister efficacement aux particules virales.

En 2020, les Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) aux États-Unis ont démontré et enseigné trois méthodes pour fabriquer des masques en tissu simples sur leur site officiel. Afin de renforcer l'effet protecteur, il est également recommandé de porter un masque chirurgical jetable à l'intérieur du masque fait maison.

Les étapes de fabrication des masques ont été publiées sur le site officiel du CDC américain. Cependant, chacun a des capacités pratiques différentes et les effets des masques personnels faits maison varient. Plus tard, il y avait une offre suffisante de masques sur le marché. Désormais, le CDC ne recommande plus de fabriquer des masques à la maison et a annulé la page de masques DIY.

Weaver utilise la méthode illustrée dans la figure ci-dessus. Vous aurez besoin d'utiliser une machine à coudre pour le coudre ensemble, mais le processus est assez simple :

1. Coupez deux morceaux rectangulaires de tissu en coton (des draps ou de vieux t-shirts conviennent également), d'environ 25 cm de long et 15 cm de large ;

2. Empilez-les ensemble, pliez les côtés supérieur, inférieur, gauche et droit vers l'intérieur, puis cousez-les ensemble avec une machine à coudre ;

3. Ensuite, prenez deux longs élastiques, passez-les à travers les deux côtés courts du masque et faites un nœud, puis enfoncez le nœud dans la couture latérale ;

4. Après avoir ajusté la position du masque et de l'élastique, ajustez le masque à votre visage et fixez la forme du masque ;

5. Enfin, cousez fermement la bande élastique à la couture latérale pour éviter qu'elle ne glisse. De cette façon, un simple masque en tissu est fabriqué.

Lors de la fabrication de masques faits maison, les antécédents familiaux de Weaver ont joué un rôle important. Son nom de famille, Weaver, signifie « tisserand ». En effet, cinq générations de ma famille étaient des couturières qualifiées et collectionnaient toutes sortes de textiles. Cette fois, Jamie lui-même a utilisé la machine à coudre utilisée par sa grand-mère pour fabriquer des masques avec divers tissus, provenant de collections à la maison ou de tissus trouvés dans les magasins d'artisanat. Pour améliorer la sécurité, Weaver a cousu trois couches de tissu et a également fabriqué un patch près du nez pour éviter que le masque ne s'ajuste mal.

Les quatre scientifiques portant des masques faits maison sur la photo ont été les premiers à publier des recherches sur les matériaux des masques dans la revue. De gauche à droite : Jamie Weaver, James Radney, Edward Vicenzi et Christopher Zangmeister | Source : NIST

Le processus de fabrication de masques en tissu est simple, mais il n’est pas facile de trouver un tissu de masque avec un excellent effet protecteur. C’est également l’objet des recherches de l’équipe de quatre membres. Ils ont lu de nombreux articles sur les masques pendant la pandémie de grippe de 1918. En fait, c’est l’apparition de la pandémie de grippe de 1918 qui a fait passer les masques du statut d’instrument chirurgical à celui d’instrument de la vie quotidienne du grand public.

Un document de 1919 décrit les masques médicaux faits maison portés par le personnel médical à l'époque et comment les fabriquer, et la méthode donnée par le CDC est similaire.丨Source : George H. Weaver, Droplet Infection and its Prevention by the Face Mask, The Journal of Infectious Diseases, Volume 24, Numéro 3, Mars 1919, Pages 218–230,
https://doi.org/10.1093/infdis/24.3.218

Les ordres de rester à la maison ont tenu Vicenzi et Weaver éloignés de l’équipement de pointe du laboratoire. Cependant, comme les masques DIY ne sont pas un problème pour eux, les laboratoires DIY ne posent naturellement pas de problème non plus. Ils ont acheté un lot de microscopes simples chez Walmart pour moins de 30 $ chacun. Vicenzi a également trouvé sur Internet un microscope haute résolution qui permet de voir clairement les caractéristiques détaillées des fibres du tissu avec une précision allant jusqu'à 2 μm. Plus tard, dans les articles publiés par l'équipe, de nombreuses images microscopiques haute définition et exquises de structures de fibres ont été créées par Vicenzi. Vicenzi a également transformé un refroidisseur de bière en un simple humidificateur en fixant le tissu dessus avec du ruban adhésif. Tout cet équipement expérimental simple aide les deux scientifiques à observer et à tester les propriétés de divers échantillons de tissus : porosité, densité du fil du tissu, épaisseur et composition du fil du tissu, etc., révélant ainsi comment le tissu résiste aux minuscules particules virales.

Vicnezi a commencé à construire un laboratoire domestique en avril de l'année dernière. Source : Ed Vicnezi

Comparés à eux, Radney et Zangmeister ont eu beaucoup plus de chance. Ils ont obtenu une autorisation spéciale pour travailler en laboratoire pendant l’épidémie. Durant cette période, les deux hommes ont fait des allers-retours entre les domiciles de Weaver et de Vicenzi, apportant des paquets d’échantillons de tissus aux scientifiques de la maison. Dans le laboratoire de l'unité, ils ont utilisé du chlorure de sodium pour simuler le nouveau coronavirus et ont utilisé un « flacon pulvérisateur magique » pour lancer de petites particules ou aérosols de différentes tailles, avec des diamètres allant de 50 nanomètres à 825 nanomètres. Ils ont observé comment ces particules pénétraient le tissu dans le tube à essai fermé et ont mesuré le rapport du nombre de particules des deux côtés du tissu pour déterminer l'effet filtrant de chaque type de tissu.

Peu après juin 2020, les résultats de l’équipe de quatre membres ont été rapidement publiés dans la revue ACS Nano [1], ce qui a suscité un vif émoi. Selon les statistiques, cet article a été consulté plus de 64 000 fois depuis sa publication en ligne, devenant ainsi l'article principal de la revue en 2020.

Images agrandies de plusieurs tissus avec le meilleur effet protecteur au microscope : A. 100 % coton, serviette, B1 et B2 sont les surfaces extérieures et intérieures de 100 % coton, flanelle légère, C. 100 % polyester, tissu de vêtement, D. 100 % coton, taie d'oreiller, E. 100 % fibre discontinue de polyester | Source : ACS Nano 2020, 14, 7, 9188-9200

Selon l'article, les quatre scientifiques ont sélectionné 32 types de tissus et mesuré leur efficacité de filtration, leur pression différentielle, leur facteur de qualité et leurs paramètres de construction. Il a également été comparé à sept types de matériaux filtrants en fibres de polypropylène utilisés dans les masques chirurgicaux et les masques N95. Les résultats ont montré que la flanelle 100 % coton était la plus efficace en matière de protection contre les particules virales, tout comme les masques N95, suivie de près par les fibres synthétiques tissées. Si une ou deux couches filtrantes sont ajoutées à la flanelle, comme un filtre HEPA (filtre à air à haute efficacité pour les particules), un tissu filtre à café ou d'autres matériaux capables de capturer de minuscules particules d'aérosol, les capacités défensives du masque seront encore améliorées.

Alors, comment sont fabriqués les masques N95 ? Le prototype du masque N95 est issu de l'idée de conception d'un bonnet de sous-vêtements pour femmes par la rédactrice de mode américaine Sara Little Turnbull en 1958. Après des modifications continues, le masque final peut bloquer 95 % des aérosols comparables à la taille des nouvelles particules de coronavirus. En règle générale, une seule particule virale mesure environ 110 nanomètres de diamètre, mais selon les données de Zangmeister, les amas de virus dans l'air expiré des patients atteints d'une nouvelle pneumonie coronarienne sont enveloppés de protéines et de sels, et leur diamètre peut atteindre jusqu'à un ou deux microns. Lorsque les masques N95 sont fabriqués industriellement, l’extrusion par soufflage à l’état fondu est utilisée pour déformer les fibres plastiques du N95. De cette manière, des faisceaux de fibres de différentes épaisseurs sont mélangés pour former différentes formes et textures. Ce tissage mixte désordonné empêche les aérosols de traverser le masque.

La structure en fibre plastique à l’intérieur du masque N95 est en désordre. Source : Ed Vicenzi

L'imagerie structurelle de l'équipe de Vicenzi a révélé le mécanisme par lequel les masques en tissu protègent contre les particules virales ainsi que les masques N95. Les tissus courants comme la flanelle ont une structure interne entre le N95 et le polyester. Bien que ses fibres soient tissées selon un motif, elles restent très irrégulières. Cela est dû au fait que pendant le processus de tissage de la flanelle, des faisceaux de fibres se soulèvent de la surface, formant ce que l’on appelle le « duvet ». Les chercheurs supposent que cette surface en peluche donne non seulement au tissu un toucher doux, mais lui permet également de capturer davantage de particules d’aérosol comme un masque N95. « La flanelle est le N95 des textiles », a déclaré Vicenzi.

La microstructure du tissu en flanelle, qui est deuxième après les masques N95 en termes d'efficacité. Source : Ed Vicenzi

Le 8 mars 2021, le deuxième article de l’équipe a été publié dans la revue ACS Applied Nano Materials [2], révélant un autre avantage des masques en coton : l’humidité améliore l’efficacité protectrice des masques.

Ils ont simulé l'environnement à forte humidité dans lequel les gens respirent et ont découvert que lorsque des gouttelettes contenant le nouveau coronavirus frappaient, l'effet filtrant des tissus hydrophiles (tels que les tissus en pur coton) était renforcé. Le principe est simple à comprendre : l’humidité de notre air expiré est de 100 %, et les masques en coton absorbent l’eau. Après avoir absorbé l'eau, les fibres se dilatent et s'épaississent considérablement, ce qui rend le minuscule espace interne encore plus petit, ce qui rend de plus en plus difficile le passage des aérosols à travers le masque et leur pénétration dans la cavité nasale.

En revanche, les fibres plastiques synthétiques utilisées dans les masques N95 sont hydrophobes et la vapeur d’eau que nous expirons se condense sur la surface intérieure du masque. Vicenzi a utilisé une analogie : « ...comme un insecte bourdonnant qui frappe une moustiquaire, il est fermement piégé dès qu'il touche la surface du filet. » De même, dans l’environnement extrêmement humide à l’intérieur d’un masque en coton, les particules d’aérosol grossissent en raison de l’absorption d’eau et sont finalement piégées dans un petit espace.

Une simulation des effets de filtration et de protection d'un masque en coton par rapport à des matériaux secs et humides. On peut voir que les particules d'aérosol traversant le tissu sec (Figure a) sont plus nombreuses que les particules traversant le tissu humide (Figure b) | Source : L'hydratation des masques en tissu hydrophile améliore la filtration des nanoparticules

Cependant, cela ne signifie pas que vous devez tremper le masque dans l'eau avant de le porter, mais cela signifie que si vous continuez à porter un masque en coton, la couche filtrante humide à l'intérieur du masque améliorera l'effet de protection contre les virus au fil du temps.

Comme nous le savons tous, au début de la pandémie de COVID-19, la question de savoir s’il était nécessaire de porter des masques a suscité une vaste controverse dans le monde entier. Les recherches de l'équipe de Vicenzi ont révélé le mécanisme structurel des masques bloquant les particules virales, prouvant que l'approche de la Chine est correcte : pendant l'épidémie, tout le monde doit porter des masques pour protéger sa santé et celle des autres.

Une étude récente publiée dans la revue Science[3] a également prouvé théoriquement que le port d’un masque dans la vie quotidienne peut réduire la propagation du nouveau coronavirus. Dans les lieux publics, nous ne pouvons pas éviter de respirer l’air expiré par les autres, surtout dans les hôpitaux où la concentration de virus est la plus élevée. Même les masques médicaux les plus efficaces ne peuvent pas fournir une protection adéquate si nous ne portons pas de vêtements de protection et ne maintenons pas une ventilation. Cependant, dans l'environnement de vie des gens ordinaires, la concentration du nouveau coronavirus dans les aérosols expirés par les gens n'est pas élevée, ce qui appartient au régime limité par le virus. Tant que tout le monde porte un masque, même le plus simple masque chirurgical jetable, cela peut réduire efficacement le contact possible avec le virus, tout en filtrant mieux les virus résiduels et en réduisant davantage le taux d'infection. En résumé, pour obtenir la meilleure protection, les patients et les personnes en bonne santé doivent porter des masques tout en maintenant une bonne ventilation et une distance sociale.

Dans un environnement limité par le virus, c'est-à-dire l'environnement dans lequel vivent les gens ordinaires, la différence entre porter un masque et ne pas porter de masque est que les points rouges représentent des particules d'aérosol contenant le nouveau coronavirus, tandis que les points verts représentent des particules d'aérosol qui ne contiennent pas le virus.丨Source : Tinu CA de www.freeicons.io, distribué sous CC-BY 3.0.

La lutte mondiale contre l’épidémie est une activité systématique extrêmement complexe. Même un léger changement dans le comportement humain peut considérablement modifier la trajectoire et l’effet de la transmission du virus. L’épidémie n’est pas encore terminée et le nouveau coronavirus en constante mutation peut nous apporter de nouvelles menaces à tout moment. Lorsque l'été chaud est sur le point de se terminer, autant fabriquer soi-même des masques en coton avec des motifs et des couleurs que l'on aime pour se protéger et protéger l'environnement. Après tout, tant la recherche scientifique que la pratique quotidienne ont prouvé l’importance pratique du port du masque, qui est en effet l’une des armes les plus puissantes pour nous, les gens ordinaires, pour lutter contre l’épidémie.

Référence originale : https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/using-store-bought-microscopes-and-eye-detail-heres-what-smithsonian-scientists-have-learned-about-mask-effectiveness-180977216/

Références

[1] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05025

[2] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c03319

[3] https://science.sciencemag.org/content/372/6549/1439

[4] https://doi.org/10.1093/infdis/24.3.218