Une méthode simple pour mesurer l’efficacité des masques contre le COVID-19

Mesure peu coûteuse de l’efficacité de masque faciaux pour filtrer les gouttelettes expulsées pendant la parole

Les masques sont exigés dans de nombreux lieux publics et écoles à la rentrée, sans exigences sur leur type ou de certification leur efficacité.
D’un côté on a entendu des doutes sur l’efficacité de simples masques faits maison au début de la crise, d’un autre des considérations écologiques ou autres ont incité certains à les employer. Effarés par le grand nombre de masques jetés dans la nature, doutant de l’industrie et, selon les pays, des autorités sanitaires, certains se sont mis à soupçonner qu’ »on » ait semé le doute pour vendre des masques à usage unique. D’autant plus qu’une analyse historique montrant que les masques à usage unique ont remplacé les masques chirurgicaux sans que des mesures réelles d’efficacité aient fondé ce choix, Strasser, B. J., & Schlich, T. (2020).
Alors que les casques sont soumis à des exigences, et doivent porter un label (BPA en Suisse)  Prof. Strasser précise que pour les masques  « Ce label existe en Suisse, mais n’est pas encore utilisé (contrairement à ce que dit l’EMPA, la COVID task-force, et Swiss-textile). En revanche, il existe déjà des masques testés par l’EMPA. Il faut faire une distinction importante (et rarement faite, même par les spécialistes) dans les mesures d’efficacité des masques. »

Prof. Strasser précise que : « Les masques peuvent offrir quatre types de protection:

1) protection des autres contre les gouttelettes (ce qui est mesuré dans la recherche citée ici)

2) protection du porteur contre les gouttelettes

3) protection des autres contre les aérosols

4) protection du porteur contre les aérosols
La raisons pour les porter, le calcul des risques, les normes d’efficacité, etc vont varier selon qui le masque doit protéger (le porteur ou les autres) et selon les modèles de contamination (gouttelettes ou aérosols). »

Concernant le cas 1) (la raison principale de l’obligation du masque  dans des lieux publics, si j’ai bien compris ) la nécessité de mesures simples abordables et pertinentes de ces masques est plus forte que jamais. Des chercheurs de l’université américaine de Duke (Fischer, et al., 2020) ont publié un article dans la très bonne revue Science Advances le 7 août avec un titre très explicite : Low-cost measurement of facemask efficacy for filtering expelled droplets during speech.

Une mesure plus pertinente : compter les gouttelettes à travers le masque quand un sujet parle

Un schéma du système de mesure proposé par Fischer, et al., 2020 est représentée sur la figure 1. En bref, un opérateur porte un masque facial et parle dans la direction d’un faisceau laser projeté à l’intérieur d’une enceinte sombre. Les gouttelettes qui se propagent à travers le faisceau laser diffusent la lumière, qui est enregistrée avec une caméra de téléphone portable. Un algorithme informatique simple est utilisé pour compter les gouttelettes dans la vidéo. Le matériel requis pour ces mesures est couramment disponible; des lasers et des composants optiques appropriés sont accessibles dans des centaines de laboratoires de recherche ou peuvent être achetés pour moins de 200 $, et une caméra de téléphone portable standard peut servir d’appareil d’enregistrement. La configuration expérimentale est simple et peut facilement être construite et exploitée par des non-experts. (Fischer, et al., 2020) Notre traduction.

https://advances.sciencemag.org/content/advances/early/2020/08/07/sciadv.abd3083/F1.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1

Fig 1:Schéma du montage expérimental. Un faisceau laser est dilaté verticalement par une lentille cylindrique et éclaire à travers des fentes l’enceinte. La caméra est située à l’arrière de la boîte, un trou à l’avant permet au sujet de parler. En bas à  gauche, l’encart montre la dispersion des particules d’eau d’un vaporisateur avec l’avant de la boîte retiré. Photo Credit: Martin Fischer, Duke University.[img]

Les auteurs soulignent que « nos expériences diffèrent à plusieurs égards des méthodes traditionnelles de validation des masques, telles que l’efficacité de filtration des particules de latex. […]. [Dans le cas 1)] La filtration liquide (et la réduction subséquente de la taille des particules) est plus pertinentes que la filtration solide. »  (Fischer, et al., 2020) Traduction.

Leur méthode produit des résultats pour 14 types de masques … troublants

https://advances.sciencemag.org/content/advances/early/2020/08/07/sciadv.abd3083/F2.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1

Fig 1: Les masques faciaux étudiés. Fischer et al ont testé 14 masques ou alternatives de masques différents et un tissu pour masque (non illustré).Voir table 1 [img] Crédit photo: Emma Fischer, Duke University Fischer, et al. (2020) fournissent des exemples de l’efficacité de leur méthode Voir les résultats en figure 2.
On peut relever que le masque de cou (11) (appelé parfois Buff; Gaiter type neck fleece dans l’article) était très peu efficace voire pire que rien (les auteurs évoquent la possibilité qu’il disperse les plus grosses gouttelettes en une multitude de gouttelettes plus petites), ils ont trouvé que le bandana testé (12) est peu efficace, mais que le masque chirurgical jetable (1) testé est parmi les plus efficaces et que certains masques en tissu s’en approchent (4 ‘PolyProp’ et ‘Poly/Cotton’ 5).

Droplet transmission              through face masks. (A) Relative droplet transmission              through the corresponding mask. Each solid data point              represents the mean and standard deviation over 10 trials              for the same mask, normalized to the control trial (no              mask), and tested by one speaker. The hollow data points are              the mean and standard deviations of the relative counts over              four speakers. A plot with a logarithmic scale is shown in              Supplementary Fig. S1. (B)The time evolution of the droplet              count (left axis) is shown for representative examples,              marked with the corresponding color in (A): No mask (green),              Bandana (red), cotton mask (orange), and surgical (blue –              not visible on this scale). The cumulative droplet count for              these cases is also shown (right axis).

Fig 1: Transmission relative des gouttelettes à travers le masque correspondant. Chaque point de données solide représente la moyenne et l’écart type sur 10 essais pour le même masque, normalisés à l’essai témoin (sans masque = ~960 gouttelettes donc le bandana laisse passer entre ~25% et et ~78% de ces 960 gouttelettes) et testés par un humain qui parle.
Les points de données creux sont la moyenne et les écarts types des comptages relatifs sur quatre humains qui parlent.  (B) L’évolution temporelle du nombre de gouttelettes (axe gauche) est indiquée pour des exemples représentatifs, marqués de la couleur correspondante en (A): Pas de masque (vert), Bandana (rouge), masque de coton (orange) et chirurgical ( bleu – non visible sur cette échelle). Le nombre cumulé de gouttelettes pour ces cas est également affiché (axe de droite). [img]. Source: Fischer et coll. (2020). [img]. Source :Fischer et al. (2020)

Seul un examen détaillé de ces résultats permet de vraiment comprendre leur portée…Et ce graphique pourrait cristalliser bien des discussions autour des mérites respectifs des masques réutilisables ou jetables.
Il vaut la peine de bien examiner le graphique logarithmique  S1 (Supplementary Materials) qui distingue les valeurs les plus basses, pour distinguer si Les masques chirurgicaux restent les plus efficaces ou s’ils sont à peine plus efficaces que les masques en coton.

Si on considère comme les auteurs  a) le nombre de gouttelettes qui ont passé ou si on considère b) comme prof. Strasser l’efficacité ( les % de gouttelettes arrêtées) on met en évidence tout autre chose… En
a) la fig S1 montre un facteur 5 entre les moyennes de gouttelettes qui ont passé à travers les masques chirurgicaux et les meilleurs en tissus lavable alors que dans la perspective.
Mais comme les chiffres sont très petits d’autres estiment plus pertinente la perspective b)
b) la fig 1A montre que les masques ‘Poly/Cotton’ 5, et même les divers masques ‘Cotton’ 7, 8, 9, 10,13 protègent de 80%-90% et les masques chirurgicaux environ 90%. En résumé dans cette perspective, 80%-90% c’est pas très différent de 90%.
Ce qui est sûr c’est que cet article mérite d’être lu attentivement… et que chacun se fasse une opinion

Fischer et al. ne proposent pas un test complet mais une méthode de test

Si on lit bien, on comprend que l’article de Fischer et al. (2020) ne prétend pas être un test définitif des masques, mais plutôt la mise à disposition d’une méthode de mesure qui soit pertinente et relativement accessible.  « We do not attempt a comprehensive survey of all possible mask designs or a systematic study of all use cases. We merely demonstrated our method on a variety of commonly available masks » (Fischer, et al., 2020).

Permettant de sortir d’un débat idéologique opposant les inquiétudes diverses ( ceux qui n’ont pas confiance dans l’industrie, ceux qui n’ont confiance que dans le matériel médical à usage unique, ceux qui ont peur pour l’environnement, ceux qui sont inquiets de la gêne occasionnée,…) ces auteurs proposent des mesures relativement faciles à répéter et qui permettront de fonder le choix de chacun sur des données et non des opinions. Des mesures qui pourraient déboucher sur un label, que les associations de consommateurs, les journalistes d’investigation pourront vérifier.

« Our measurement setup is inexpensive and can be built and operated by non-experts, allowing for rapid evaluation of mask performance during speech, sneezing, or coughing.«    Cela pourrait établir comment il faut le porter et quels masques réutilisables sont efficaces et dans quelles conditions de nettoyage p. ex.  « En outre, notre méthode pourrait éclairer les tentatives d’amélioration de la formation sur l’utilisation appropriée des masques et aider à valider les approches pour rendre les masques existants réutilisables. »(Fischer, et al., 2020) Notre traduction

encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine : ici

Les titres sensationnalistes dans les médias

Les médias se sont emparés de ces résultats comme s’il s’agissait de réponses définitives. On a là un cas classique de transposition didactique (Chevallard, Y., 1991). :

Le Temps (pourtant pas le plus sensationnaliste) titre ici : »Les masques chirurgicaux restent les plus efficaces contre le Covid-19″  (Le Temps, 11 août 2020)

Alors que Fischer, et al., 2020 titrent « Une méthode simple pour évaluer l’efficacité des masques contre le COVID-19″

On voit  dans ce même article vulgarisé (Le Temps, 11 aout 2020) que les méthodes de mesure, la discussion de leurs limites et potentiels sont réduits au minimum, et qu’on met en avant des résultats présentés comme définitifs :

« Sans surprise, les masques réservés au personnel hospitalier N95 (la norme américaine, équivalente aux FFP2 en Europe) sont les plus efficaces, réduisant la transmission de gouttelettes de plus de 99,9%, par rapport à une personne parlant sans masque.
Suivent les masques médicaux à trois couches, qui la réduisent de plus de 90%, et juste derrière les masques en polypropylène et coton/polypropylène. Pour les masques faits maison en coton, la réduction oscillait entre 70 et 90%, selon le nombre de couches et le plissage. Les bandanas réduisaient les gouttelettes de 50%. »

Le Temps ne relève pas la possibilité de tester divers masques réutilisables pour identifier ceux qui seraient aussi efficaces que les jetables – historiquement une troublante lacune que relèvent Strasser, B. J., & Schlich, T. (2020).
Pourtant Fischer, et al., 2020 présentent une méthode et quelques exemples, puis en discutent les limites et les potentiels, permettant à d’autres d’obtenir des données et discuter… par exemple mesurer l’efficacité globale, tenant compte de la manière de le porter. En effet le meilleur masque, s’il est mal ajusté pourrait bien être moins efficace qu’un masque moins efficace qui serait bien ajusté au visage.

Selon professeur Strasser, « il y a encore des expériences cruciales à faire sur les masques, notamment pour savoir quelle proportion de flux d’air passe par le masque. Ça ne sert à rien de tester les tissus quand une grosse fraction de l’air passe par les côtés,… ce qui n’est pas une mauvaise chose pour le cas 3, car des études anciennes indiquent qu’avec les masques trop étanches (genre N95), on aspire tellement fort à travers le masque que l’on fait sécher les gouttelettes et on finit par aspirer les particules virales. »

encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine : ici

Toutes ces mesures sont désormais possible, et à la portée même de citoyens enthousiastes puisqu’ils publient leur méthode en détail et que leur article est distribué librement, pour autant qu’on les cite :

https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial license, which permits use, distribution, and reproduction in any medium, so long as the resultant use is not for commercial advantage and provided the original work is properly cited.

Essayer de réaliser l’expérience de comptage des gouttelettes traversant les masques à l’école, avec les élèves ?

Un collègue suggère  » Si on montait un protocole applicable à l’école en cours de science (bio, physique, voire chimie), ce serait très cool, non ?
Chaque élève pourrait tester l’efficacité de son masque. »
N’hésitez pas à le contacter en répondant à  Jump-To-Science qui transmettra

Références:

Remerciements

Remerciements au professeur B. J. Strasser pour ses commentaires et précisions, et à Dr Laura Weiss pour sa relecture attentive et des commentaires judicieux

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