Masque bouillu… (correction de l’exercice)

Continuité pédagogique – Ce billet présente le corrigé de l’exercice d’E.M.I.S (éducation aux médias et à l’information scientifique) proposé le 27 avril 2020 sur ce blog.

Dans une telle matière, un bon corrigé d’exercice doit se faire au cas par cas, en fonction des ressources trouvées par celui qui a relevé le défi. L’idéal est de pouvoir donner des conseils de méthodologie de recherche… mais je ne peux malheureusement rédiger un article qui commente tous vos cheminements individuels !

Masque bouillu, masque foutu (corrigé)

Rappel : nous nous intéressions aux interrogations d’un type, désireux de stériliser son masque en tissu en rentrant le soir, pour éliminer toute présence de SARS-CoV-2, virus responsable de la COVID-19. Notre type n’a pas de machine à laver, et ne veut pas ravager le tissu de son masque artisanal anti-postillons. Le type a entendu dire que laver un masque à 60°C pendant une demi-heure avec de la lessive tue le virus. Il se dit qu’immerger un masque à 70°C pendant dix minutes dans une thermos, même sans lessive, « ça le fait ». Chez lui, il a une bouilloire électrique (qui fait monter l’eau à 100°C) et un robinet (eau à température ambiante, 20°C).

Question n°1 : Quelle calcul permet de savoir la température d’un mélange de deux liquides ?

Si tu n’as jamais vu cette formule en cours (ou si tu n’es pas tout à fait confiant dans ta mémoire), une petite requête sur le moteur de recherche de  ton choix avec les mots clefs « calcul température mélange deux liquides » t’amène à une kyrielle de ressources toutes cohérentes entre elles, autour des calculs de transfert de chaleur. La deuxième ou troisième réponse sur Google renvoie par exemple vers une page du site des « éditions Élisabeth », qui présente le calcul (côté droit de la page) et offre même un programme automatisant ledit calcul (milieu de la page).

Dans une enceinte parfaitement isolée de l’extérieure, la quantité de chaleur Q transférée par le liquide le plus chaud correspond à la quantité de chaleur Q₂ gagnée par le liquide le plus froid. Q = Q₂

Q₁ = masse du liquide 1 x capacité calorifique du liquide 1 x (température initiale du liquide 1 – température finale)

Q₂ = masse du liquide 2 x capacité calorifique du liquide 2 x (température initiale du liquide 2 – température finale)

Puisque Q₁ = Q₂, on arrive à l’équivalence :

masse du liquide 1 x capacité calorifique du liquide 1 x (température initiale du liquide 1 – température finale) = masse du liquide 2 x capacité calorifique du liquide 2 x (température initiale du liquide 2 – température finale)

Ou, pour simplifier l’écriture :

m₁ . c₁ . (ti₁ – tF) = m₂ . c₂ . (tF – ti₂)

Il n’est guère compliqué de retrouver la formule donnant tF (température finale) :

(m₁ . c₁ . ti₁) – (m₁ . c₁ . tF) = (m₂ . c₂ . tF) – (m₂ . c₂ . ti₂)

(m₁ . c₁ . ti₁) + (m₂ . c₂ . ti₂) = (m₁ . c₁ . tF) + (m₂ . c₂ . tF)

(m₁ . c₁ . ti₁) + (m₂ . c₂ . ti₂) = tF x (m₁ . c₁ + m₂ . c₂)

[(m₁ . c₁ . ti₁) + (m₂ . c₂ . ti₂)] / (m₁ . c₁ + m₂ . c₂) = tF

Si tu ne sais pas ce qu’est la capacité calorifique, ici, ça n’est pas grave. Pour deux liquides de nature identiques (comme c’est le cas ici, puisqu’on mélange de l’eau avec de l’eau), regarde bien ce qui se passe.

Puisque : capacité calorifique du liquide 1 = capacité calorifique du liquide 2 = capacité calorifique de l’eau cₑₐᵤ

tF = [(m₁ . c₁ . ti₁) + (m₂ . c₂ . ti₂)] / (m₁ . c₁ + m₂ . c₂)

tF = [(m₁ . cₑₐᵤ . ti₁) + (m₂ . cₑₐᵤ . ti₂)] / (m₁ . cₑₐᵤ + m₂ . cₑₐᵤ)

tF = cₑₐᵤ [(m₁ . ti₁) + (m₂ . ti₂)] / cₑₐᵤ (m₁ + m₂)

tF = [(m₁ . ti₁) + (m₂ . ti₂)] / (m₁ + m₂)

Et nous voilà débarrassé !

Pour info, la capacité calorifique (ou capacité thermique) d’un corps est une grandeur qui mesure « l’énergie qu’il faut lui transférer pour augmenter sa température d’un degré Celsius » (ou d’un degré Kelvin). Cette grandeur permet également « de quantifier la possibilité qu’a ce corps d’absorber ou de restituer de l’énergie par échange thermique au cours d’une transformation pendant laquelle sa température varie ». Merci Wikipédia 🙂

 

Question n°2 : Le type a mis 50 cL d’eau dans sa bouilloire, et l’a porté à 100°C. Quel volume d’eau du robinet doit-il ajouter pour obtenir une eau à 70°C tout pile ?

Reprenons notre formule simplifiée : tF = [(m₁ . ti₁) + (m₂ . ti₂)] / (m₁ + m₂)

Bon, notre inconnue, c’est m₂. Ou plutôt v₂ (le volume d’eau à ajouter). Sachant que la masse d’un litre d’eau fait un kilo, on aura l’équivalence : vₑₐᵤ (en L) = mₑₐᵤ (en kg), ce qui est quand même très pratique.

L’eau du robinet est à température ambiante (si le circuit d’arrivée d’eau est en extérieur, la température ambiante est celle de l’extérieur du domicile de notre type). Pour simplifier les calculs, nous prendrons des valeurs simples, et considèrerons que la tembérature ambiante ti₂ est de 20°C.

tF = [(m₁ . ti₁) + (m₂ . ti₂)] / (m₁ + m₂)

  tF . (m₁ + m₂) = m₁ . ti₁ + m₂ . ti₂

  tF . m₁ + tF . m₂ = m₁ . ti₁ + m₂ . ti₂

tF . m₂ – m₂ . ti₂ = m₁ . ti₁ – tF . m₁

m₂ (tF – ti₂) = m₁ (ti₁ – tF)

m₂ = m₁ (ti₁ – tF)  / (tF – ti₂)

v₂ (en L) = m₂ (en kg)

v₂ = 0,5 (100 – 70) / (70 – 20)

v₂ = 0,5 x 30 / 50

v₂ = 0,3 L

m₂ = 30 cL

En ajoutant 30 cL d’eau à 20°C à 50 cL d’eau à 100°C, on obtient 80 cL d’eau à 70°C.

 

Question n°3 : Le type se demande si immerger un masque à 70°C pendant dix minutes, ça tue vraiment le virus. Trouve la réponse à cette question ! Tu dois trouver (au moins) une source fiable.

Attention : tu n’avais pas le droit d’utiliser de sources plus récentes ultérieures au 27 avril 2020 !

C’est là que les choses intéressantes commencent… et que chacun à sa méthode. La méthode la plus souvent utilisée par ceux qui se sont essayé à ce défi fut de taper « température nettoyage masque tissu » sur Google. Beaucoup d’entre vous sont tombé sur un article du magazine Science & Avenir dans lequel on peut lire « Les modèles de destruction thermique ayant permis d’établir que le virus était inactivé par la cuisson à 63°C pendant 4 minutes, mieux vaut par conséquent choisir le lavage à 60° qu’à 30°. » Okay, okay… Mais si vous vous arrêtez là, ça ne va pas. Pas du tout. Si vous n’êtes pas allé plus loin, c’est assez normal (c’est l’objectif de cet exercice de vous apprendre à creuser !). Si vous êtes allé plus loin, chapeau !

Quel est le problème avec cette source ? Vous êtes devant ce que l’on appelle une source secondaire : un article de presse qui donne une information… mais, hé, d’où vient cette information ? L’auteur(e) de l’article ne l’a pas imaginée (espérons-le !). Mais peut-être s’est il/elle trompé en recopiant l’information. Cela n’est peut être pas le cas… mais cela arrive TRÈS fréquemment, malheureusement (j’ai écrit tout un bouquin la dessus 😜!). Cette distorsion involontaire de l’information scientifique est ce qu’appelle la mésinformation, et il faut souvent s’assurer qu’un tel incident n’a pas eu lieu…

Si tu lis l’article plus en détail, tu y découvres ceci :

« Les seules données relatives à la survie du virus aux hautes températures sont celles de l’Anses, évoquées dans un avis rendu début mars face au risque de contamination alimentaire. »

Un « avis sur les risques de contamination alimentaire » ? Mmm… Est-ce que cela est réellement comparable à la situation d’un masque anti-postillon ? Pas sûr…

Cherchons la fameuse source de l’Anses (l’article de Science & Avenir fournit un lien), et faisons une recherche dans le texte (le raccourci clavier pour rechercher une chaîne de caractères dans un texte est probablement quelque chose comme CTRL + R ou CTRL + F) pour retrouver le fameux « 63 » des « 63 °C ». En y regardant de plus près, tu ter rendras compte que cette ressource est problématique. Comme on l’a dit, elle concerne explicitement la cuisson alimentaire. Mais surtout, elle résulte d’une extrapolation faites sur des données d’expériences réalisées sur d’autres coronavirus. Ce n’est pas une valeur correspondant à un test réellement mené sur le SARS-CoV-2. Zut. Cela ne signifie pas que l’information donnée dans l’article Science & Avenir est fausse, mais que la source vers laquelle le/la journaliste nous renvoie ne nous permet pas de nous faire une opinion indépendante.

On va donc devoir chercher ailleurs. Et c’est là où ça devient un peu difficile, mais c’est là où ça devient intéressant. Nous allons devoir chercher des études scientifiques, c’est à dire de vrais rapports d’expériences. Et ces rapports d’expériences, c’est toujours in english. But it is not a real problem, because si tu galères à comprendre, you can toujours t’aider de Google Traduction. Très pratique ! Pas à 100% fiable (c’est de la traduction à la pelleteuse robotique, hein, il y a régulièrement des erreurs, mais ça permet de faire de bonnes approximations).

Revenons à notre quête d’étude scientifique (study en anglais). Sur ton moteur de recherche, tu peux tenter une recherche en anglais avec des mots clefs comme « temperature survival sars-cov-2 study » ou « temperature destroy sars-cov-2 covid-19 study« . On met le nom du virus en entier, et pas juste « coronavirus », parce qu’il existe des dizaines de coronavirus différents.

La meilleure technique reste toutefois de rechercher ce genre d’infos directement sur un moteur de recherche spécialisé dans les études scientifiques. Google Scholar est pas mal, mais personnellement je ne l’utilise pas : il recense beaucoup de bonnes études, mais aussi énormément d’études publiées dans des revues scientifiques de mauvaise qualité, et il y a beaucoup de tri à faire. Une base de données (un peu) moins bordélique se nomme PubMed. L’idée est de faire une recherche avec nos mots-clés, en anglais. On peut rajouter le mot « cloth » (morceau de tissu) pour affiner la recherche. Le moteur de recherche fouille dans les mots des résumés des articles scientifiques.

Parmi les études que les lecteurs du blog m’ont cité comme source fiable, on m’a trouvé :

Cette première étude qui dit qu’il faut chauffer 56°C pendant 30 minutes : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7098028/

Cette autre étude qui dit qu’il faut chauffer 67°C pendant 60minutes : pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14631830/

La première étude ne nous aide pas beaucoup. Dire qu’il faut 30 min à 56° n’est pas contradictoire avec l’hypothèse de notre type, qui pense qu’il peut laver 10 min à 70°C. Ca ne lui donne ni tort, ni raison.

La seconde étude porte malheureusement sur le SARS-CoV-1… et non sur le coronavirus actuellement en circulation. Or, rien ne prouve que les deux virus réagissent de la même façon à la température.

Aucune n’est donc conclusive pour l’énoncé… ce qui nous oblige à resserrer l’enquête !

Une troisième étude m’a plusieurs fois été citée : https://www.thelancet.com/journals/lanmic/article/PIIS2666-5247(20)30003-3/fulltext

Et là, c’est du beau, c’est du lourd. Étude récente (publiée début avril 2020), qui porte vraiment sur SARS-CoV-2, et le résumé dit :

We first measured the stability of SARS-CoV-2 at different temperatures. […] The virus is highly stable at 4°C, but sensitive to heat. At 4°C, there was only around a 0·7 log-unit reduction of infectious titre on day 14. With the incubation temperature increased to 70°C, the time for virus inactivation was reduced to 5 mins.

Ce que Google Traduction te traduira en :

Nous avons d’abord mesuré la stabilité du SARS-CoV-2 à différentes températures. […] Le virus est très stable à 4 ° C, mais sensible à la chaleur. À 4 ° C, il y avait seulement une réduction d’environ 0,7 log-unité du titre infectieux au jour 14. Avec la température d’incubation augmentée à 70 ° C, le temps d’inactivation du virus a été réduit à 5 minutes.

La partie sur le « 0,7 log-unité » n’est peut-être pas pour toi d’une clarté phénoménale, mais la suite est beaucoup plus limpide ! Si cette étude a été correctement menée, 70°C pendant 5 minutes sont suffisant pour inactiver SARS-CoV-2. Donc les 10 minutes d’immersion du masque de notre type sont largement suffisants pour venir à bout du virus.

Bon, il y a une règle d’or en sciences : une étude isolée ne prouve pas grand chose. En effet, les chercheurs font parfois des erreurs… Il faut qu’elle soit reproduite (on dit « répliquée ») pour qu’on soit à peu près sûr que les choses aient été bien faites. Mais comme cette réplication n’a pas encore été effectuée, nous allons devoir nous y fier !

Attention ! La technique de notre type est pas mal… mais il y a un hic.

Venir à bout du virus ne suffit pas… On en parle dans la question subsidiaire 1.

 

Question subsidiaire 1 : Quelles autres questions importantes sur le nettoyage des masques notre type a peut-être oublié de se poser ?

Comme je l’explique dans l’article que j’ai écrit sur ce sujet dans le quotidien Libération, mettre sa pâté au SARS-CoV-2 c’est très bien. Mais sur un masque, il peut y avoir d’autres germes, potentiellement plus résistants au virus. Notre type doit donc se demander si 70°C/10min sont suffisants pour venir à bout de ces micro-organismes.

Notre type doit également prendre en compte le fait que du mucus peut être emprisonné dans les mailles du tissu, et constituer un terrain favorable au développement de micro-organismes. Frotter le masque avec un peu de savon n’est peut-être pas du luxe.

Il doit aussi s’interroger sur le temps de séchage : si son masque ne sèche pas assez vite, des bactéries ou des champignons pourraient se développer dans le linge humide… qu’il mettra ensuite contre son visage.

Dernier point que notre type devra prendre en considération : l’usure du tissu. La procédure de nettoyage est moins aggressive pour le masque que de l’ébouillanter, mais ses mailles vont néanmoins se distendre avec le temps. Si notre type a cousu un masque avec du tissu de récupération, les mailles sont peut-être déjà très lâches.

L’objectif d’un masque n’est pas d’agir comme un filtre à particules fines (la contamination par des particules virales en suspension est très peu vraisemblable hors d’un contexte hospitalier), mais d’agir comme une barrière à postillons. Si les mailles sont trop lâches, la salive chemine plus rapidement au travers du tissu, acheminant le virus (si virus il y a) avec elle.

Les questions que l’on peut se poser ne relèvent pas uniquement du strict champ de la biologie. On peut ouvrir la réflexion au champ des sciences économiques ou de la politique.

Les masques en tissu ne sont pas réutilisables à l’infini, et leur coût n’est pas négligeable. Notre type peut donc se demander si tout le monde aura les moyens de s’acheter et de renouveler ses masques en tissu. Se pose également la question des moyens : tout le monde ne dispose pas d’un environnement permettant de réaliser le séchage rapide de son masque en tissu (tout le monde n’a pas de sèche-linge, ou même de sèche-cheveux).

Notre type pourra aussi se demander si 20 masques jetables à usage unique n’auraient pas coûté moins cher qu’un masque tissu utilisable 20 fois. Cela ouvre alors à d’autres questions : les autorités Françaises ont-elles correctement géré l’approvisionnement et le stockage de masques jetables, en quantité suffisants et à coût suffisamment modéré pour protéger la population ? Les masques, jetables ou non, ne devraient-ils pas être gratuits pour les personnes les moins fortunées, afin que la population dans son ensemble soit correctement protégée ? Tout ceci peut se débattre. Tu peux essayer de réfléchir aux arguments « pour » et aux arguments « contre ».

 

Question subsidiaire 2 : Ça veut dire quoi, « adiabatique » ?

Adiabatique signifie « sans qu’aucun transfert thermique n’intervienne entre le système étudié et le milieu extérieur ». Une bouteille thermos est, à ton domicile, ce qui se rapproche le plus d’une enceinte adiabatique (un espace qui réduit au maximum les échanges de chaleur vers l’extérieur).

N’hésite pas à commenter ce « corrigé », pour partager d’autres détails sur ta méthode d’investigation !

Amicalement;

@curiolog

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  • utip.io/curiolog

Post scriptum :

Allez, c’est l’heure de la récré.


Masques : les voilà, ils sont prêts…

 

2 pensées sur “Masque bouillu… (correction de l’exercice)

  • 3 mai 2020 à 12 h 00 min
    Permalink

    Bonjour,
    est-il pertinent de ne considérer que la température et la durée d’exposition du virus à celle-ci ? Si on tient compte de la présence de détergent, ou de savon, est-ce qu’il n’est pas raisonnable de supposer que le virus n’a guère de chances de « survivre » à un lavage « à l’eau chaude de plusieurs minutes » ?
    Après tout on ne se lave pas les mains à 60° pendant 45 minutes pour s’en débarrasser… Ok, il est peut être hasardeux de comparer une peau éventuellement souillée de « quelques » virus à un tissus « imprégné » de postillons, mais bon.
    Cordialement

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    • 3 mai 2020 à 13 h 03 min
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      Bonjour ; c’est également une question qui s’ajoute aux autres qu’aurait du se poser « le type » ! Le sujet est abordé dans l’article publié dans Libé. Le savon détruit la couche lipidique qui enveloppe le matériel génétique du virus. Savon + action mécanique + température est une combinaison qui couvre tous les angles :). L’exercice proposé initialement exclut le savon pour simplifier la question… mais aussi parce que la question m’a été posée telle quelle par un proche ! C’est lui qui m’a inspiré l’exercice, et cette succession de bonnes questions !

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