La quarantaine et la chimie des grands intérieurs


Cela ressemblait à une soufflerie à l’autre bout du téléphone.

« Je suis vraiment désolée pour tout le bruit », a déclaré Rachel O’Brien. « Mon mari fait frire du bacon – pour une expérience. »

O’Brien est professeur adjoint au département de chimie de William & Mary. Elle étudie la chimie de l’environnement, en particulier les particules d’aérosol, la qualité de l’air et la chimie de l’air intérieur.

Alors que COVID-19 et les commandes à domicile ont bouleversé la vie telle que nous la connaissons, O’Brien a transformé sa cuisine en laboratoire de fortune. Elle et ses élèves ont littéralement concocté des expériences dans leurs maisons en mesurant les aérosols libérés pendant la cuisson. Le bacon, semble-t-il, est l’équivalent culinaire d’une machine à fumée.

« C’est un petit déjeuner de champions », a déclaré O’Brien. « Il crée également beaucoup d’aérosols. »

L'extérieur d'une maison d'essai pleine grandeur à l'Université du Texas à AustinL'extérieur d'une maison d'essai pleine grandeur à l'Université du Texas à Austin. (Photo de Carrie Richmond)Les aérosols sont créés lorsque de fines particules solides ou des gouttelettes liquides sont suspendues dans l’air ou un autre gaz. La poussière, la brume et la fumée sont tous des exemples d’aérosols. Ils jouent un rôle vital en influençant la qualité de l’air et le climat de la Terre.

« En général, les particules d’aérosol ne sont pas saines pour respirer à des concentrations élevées », a déclaré O’Brien. «Les plus petits peuvent pénétrer profondément dans vos poumons et les plus gros se déposent un peu plus. Vous ne voulez pas beaucoup de revêtement de matériau ou entrer dans vos poumons, alors vous voulez vous assurer que vous avez une charge de particules sûre. « 

Même en période de non-pandémie, les Américains passent près de 90% de leur temps à l’intérieur, la plupart dans leur propre maison, a-t-elle expliqué. Par conséquent, l’exposition des individus à la plupart des polluants atmosphériques est fortement influencée par l’environnement de leur foyer.

Au cours des dernières années, O’Brien a fait partie d’une équipe de chercheurs de 13 universités travaillant à identifier les aspects les plus importants de la chimie qui contrôle l’environnement intérieur. En juin 2018, le groupe a mené une expérience d’un mois à l’Université du Texas à Austin pour simuler les conditions réelles de la qualité de l’air à l’intérieur d’une maison d’essai de grande taille.

le Expérience HOMEChem (House Observations of Microbial and Environmental Chemistry) a été installé dans une maison préfabriquée de 1 200 pieds carrés. Les chercheurs ont utilisé une suite d’instruments pour mesurer une gamme d’environnements microbiens intérieurs et de réactions chimiques qui font partie de la vie quotidienne. Leurs recherches se sont concentrées sur les activités quotidiennes effectuées dans des environnements domestiques, comme la cuisine et le nettoyage.

« L’idée était de mener des expériences qui simulent différentes choses qui se produiraient dans un environnement familial typique, dans des conditions contrôlées que vous pourriez étudier », a déclaré O’Brien.

O’Brien et ses élèves analysent toujours le jeu de données HOMEChem, que l’équipe prévoit de rendre public cet été. Déjà, les données, collectées avec une instrumentation en temps réel, ont fourni des informations importantes sur les processus chimiques qui se produisent à l’intérieur.

Une constatation clé, détaillée dans un papier publié l’été dernier dans Sciences de l’environnement: processus et impacts, est que les activités de cuisine étaient la principale source de particules submicroniques intérieures. Le document a déclaré que lors des événements de cuisson, la masse de particules dans l’air augmente et une fraction substantielle des augmentations est due à des espèces chimiques liées à l’huile de cuisson. La majorité de ces particules associées à la cuisson sont en mode ultrafin.

Les étudiants de W&M Hannah Przelomski et Gloria Ge testent l'extracteur de surface intérieure (Photo gracieuseté)

« Nous avons constaté que la cuisson est l’une des principales sources de dépôt de particules d’aérosol dans l’environnement intérieur », a déclaré O’Brien.

L’un des défis de l’étude de la qualité de l’air dans des conditions réelles est l’instrumentation. En laboratoire, les chimistes s’appuient sur des spectromètres de masse pour analyser les composés. Les grands instruments piègent les ions et convertissent leurs signaux en un spectre de masse, qui fournit une analyse chimique détaillée des molécules que contient l’échantillon. Ce processus est, naturellement, difficile à réaliser dans un environnement domestique – car une masse-spec n’est pas un appareil de cuisine commun, sauf si vous êtes Mario Molina.

L’instrumentation inadéquate peut compliquer les mesures et ainsi perturber l’interprétation des données chimiques, a expliqué O’Brien. C’est ce qui a conduit O’Brien et ses étudiants, Hannah Przelomski (candidate à la maîtrise en chimie environnementale) et Gloria Ge (promotion 2021), à développer l’extracteur de surface intérieure.

« Nous avions besoin d’un outil qui nous permettrait de prélever des échantillons directement sur les surfaces pour analyse », a déclaré O’Brien. La Fondation Sloan a récemment accordé à l’équipe une subvention pour poursuivre son développement.

L’ISE prend un solvant, comme l’eau, d’une seringue et le dépose sur une surface. L’appareil aspire ensuite le solvant, ainsi que toutes les particules tombées à la surface.

« Le but est de pouvoir prendre cet extracteur et de marcher jusqu’à une surface et d’extraire une petite tache de matériau juste à partir de cette surface », a déclaré O’Brien. « Ensuite, nous pouvons ramener cet échantillon au laboratoire, le préparer et l’analyser, sans qu’il ne quitte jamais un environnement stérile. »

Przelomski a déclaré que l’ISE avait parcouru un long chemin depuis le premier prototype qu’elle avait développé il y a deux ans à partir de tuyaux en PVC et de boîtes recyclées. Elle a conçu la dernière version pour être presque entièrement imprimable en 3D.

« Les seules pièces que nous ne pouvons pas imprimer en 3D actuellement sont les composants qui entrent en contact avec le solvant et l’échantillon », a-t-elle expliqué. « Cette pièce est en acier inoxydable et en téflon, que nous n’avons pas la possibilité d’imprimer en 3D. »

Le projet a commencé il y a deux ans, dans un monde qui n’avait pas encore été fondamentalement changé par une pandémie. Pourtant, Przelomski a déclaré qu’elle réfléchit à la manière dont l’ISE pourrait être adapté pour tester les surfaces à la recherche de traces de matériel biologique comme le nouveau coronavirus.

« On m’a demandé de faire un échantillonnage biologique avec lui », a déclaré Przelomski. « C’est quelque chose que nous n’avons pas encore exploré à fond, mais je pense que ce serait possible, car l’ISE extrait du matériel des surfaces – et les bactéries et les virus sont sur les surfaces. »

L’objectif initial et ultime de Przelomski pour ce projet est de fournir une nouvelle compréhension des solides et des liquides en suspension dans l’air qui nous entoure. Elle a expliqué qu’il existe encore de nombreuses inconnues sur la chimie de l’intérieur. Il y a beaucoup plus de surfaces à l’intérieur qu’à l’extérieur, par rapport au volume d’air dans les deux environnements.

« Donc, si vous pensez à votre maison ou à votre lieu de travail, il y a toutes ces surfaces pour que les choses se déposent et réagissent avec le matériau déjà là-bas », a déclaré Przelomski. «Ce que nous faisons, c’est construire un outil pour mieux comprendre ce mélange organique que tout le monde fait à l’intérieur de ses maisons.»

O’Brien affirme qu’une meilleure compréhension de ce qui contribue à la formation de particules à l’intérieur, qu’elles soient émises par une réaction de surface ou une casserole de bacon, contribuera à la santé publique.

« Même lorsque nous ne sommes pas toujours coincés à la maison, il est important de penser à la qualité de l’air dans votre maison », a-t-elle déclaré. « Et cela commence par comprendre ce qui est réellement dans l’air. »

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