Des simulations informatiques ont été utilisées avec grand succès ces derniers mois pour visualiser la propagation du virus COVID-19 dans diverses situations. Dans Physique des fluides , les chercheurs expliquent comment la turbulence dans l'air peut créer un comportement surprenant et contre-intuitif des gouttelettes exhalées, potentiellement chargé de virus.

Des chercheurs de l'Université de Floride et de l'Université libanaise américaine ont effectué des simulations informatiques détaillées pour tester une théorie mathématique qu'ils avaient développée précédemment. Ils ont découvert que des expirations presque identiques pouvaient se propager dans des directions différentes lorsque de minuscules variations initiales étaient considérablement amplifiées par la turbulence. C'est ce qu'on appelle l'effet papillon.

Les enquêteurs appellent le volume d'air expiré dans une toux ou un éternuement une bouffée. Ils ont découvert que la plupart des gouttelettes liquides susceptibles de contenir le virus restaient dans la bouffée au fur et à mesure qu'elle se propageait. Cependant, un petit nombre de gouttelettes sont éjectées de la bouffée à des vitesses proches de la balistique, dépassant largement la majeure partie de l'air expiré.

Les gouttelettes jaillissant de la bouffée comme des balles sont plus grosses que la norme, tandis que ceux qui restent dans la bouffée sont plus petits. En outre, les auteurs ont découvert que la partie de la bouffée avançant à une vitesse plus élevée entraînerait quelques gouttelettes avec elle. Ce mécanisme induit par la turbulence explique pourquoi les gouttelettes éjectées s'éloignent parfois si loin de la source.

"L'une de nos découvertes intéressantes était qu'une petite partie de la bouffée d'air pouvait se détacher, ", a déclaré l'auteur Nadim Zgheib. "La partie détachée ressemble à une structure en forme d'anneau de vortex et avance relativement rapidement dans une direction qui s'écarte légèrement de la direction de l'écoulement."

Les parties décollées sont en forme d'anneau, permettant aux poches d'air séparées d'avancer à une vitesse plus élevée, répandre potentiellement des gouttelettes dangereuses chargées de virus sur une grande surface.

"Nous avons remarqué que le centre de la bouffée séparée est pratiquement vide de toute gouttelette, " a déclaré l'auteur Jorge Salinas.

La direction dans laquelle cette partie détachée se déplace ne peut pas être prédite. De multiples passages ont révélé que des poches détachées d'air chargé de virus pouvaient voyager dans de nombreuses directions, atteindre de grandes distances de la personne potentiellement infectée.

Tandis que les gouttelettes sont entraînées par la poche d'air décollée, d'autres restent bloqués dans le corps principal de la bouffée. La densité de ces gouttelettes est considérablement plus élevée que l'air ambiant, ils ont donc tendance à se déposer sous l'effet de la gravité et finissent par atterrir sur le sol ou les surfaces en dessous.