Vous pourriez penser que les masques à gaz sont
You might think of gas masks as clunky, spooky, military-looking devices only found in spy movies or World War I museums. But you probably already own a mask that uses remarkably similar technology. And in the near future, we may need to rely on these filters as part of our everyday lives. In addition to emerging diseases, wildfire frequency has more than tripled from 1996 to 2021. As fires burn longer and cover more land, their smoke affects more people each year. Climate change is also causing more hot, sunny days, which accelerates the production of toxic ground level ozone. So, how do these masks work, and can they protect us from new and old airborne threats?
des appareils encombrants, effrayants et d’apparence militaire que l’on ne trouve que dans les films d’espionnage ou les musées de la Première Guerre mondiale. Mais vous possédez probablement déjà un masque qui utilise une technologie remarquablement similaire. Et dans un avenir proche, nous devrons peut-être utiliser ces filtres dans le cadre de notre vie quotidienne. Outre les maladies émergentes, la fréquence des feux de forêt a plus que triplé entre 1996 et 2021. À mesure que les feux brûlent plus longtemps et recouvrent de plus en plus de terres, leur fumée touche de plus en plus de gens chaque année. Le changement climatique entraîne également plus de journées chaudes et ensoleillées, ce qui accélère la production d'ozone troposphérique toxique. Comment fonctionnent ces masques et peuvent-ils nous protéger des menaces aéroportées nouvelles et anciennes ?
Well, the first rule of filters is making sure you have a tight seal. Without that, even the best mask in the world is useless. So assuming your mask is on tight, this technology can capture pollutants in one of two ways: filtering them out by size or attracting specific chemical compounds.
La première règle des filtres est de s’ assurer que vous avez un joint étanche. Sans cela, même le meilleur masque du monde ne sert à rien. En supposant que ton masque soit étanche, cette technologie peut capter les polluants de deux manières : en les filtrant par taille ou en attirant des composés chimiques spécifiques.
For an example of the first approach, let’s look at wildfire smoke. When forests burn, they generate a wide variety of chemicals. At close range, there are so many different pollutants at such high concentrations that no filter could help you— this is why firefighters travel with their own air supply. But further away, the situation is different. While there's still a range of chemicals, they’ve mostly aggregated into tiny solid or liquid particles smaller than 2.5 microns in diameter. This particulate matter is much of what you're seeing and smelling in smoke, and it's especially dangerous for children, the elderly, and those with respiratory or cardiovascular diseases.
Pour un exemple de la première approche, examinons la fumée des feux de forêt. Quand les forêts brûlent, elles génèrent une grande variété de produits chimiques. À courte distance, il y a tellement de polluants différents à des concentrations si élevées qu’aucun filtre ne peut vous aider... C'est pourquoi les pompiers voyagent avec leur propre alimentation en air. Mais plus loin, la situation est différente. Bien qu’il existe encore une gamme de produits chimiques, ils se sont pour la plupart regroupés en un petit solide ou des particules liquides de moins de 2,5 microns de diamètre. Ces particules sont en grande partie ce que vous voyez et sentez dans la fumée, et c’est dangereux pour les enfants et les personnes âgées, et les personnes souffrant de maladies respiratoires ou cardiovasculaires.
Luckily, the majority of these particulates are still large enough to be captured by the most basic filters, which are made of polypropylene or glass strands roughly 1/10 the width of a human hair. Under a microscope, they look like a thick forest, and at this scale, these branches have a special property.
Heureusement, la majorité de ces particules sont encore suffisamment grosses pour être capturées par les filtres les plus basiques, qui sont faits de polypropylène ou de fils de verre d’environ 1/10 de la largeur d’un cheveu humain. Au microscope, elles ressemblent à une forêt épaisse et, à cette échelle, ces branches ont une propriété particulière.
Typically, when you use a sieve, you’re filtering out objects larger than the sieve’s holes. But these polypropylene branches can catch particles much smaller than the gaps between them.
Généralement, quand vous utilisez un tamis, vous filtrez des objets plus grands que les trous du tamis. Mais ces branches en polypropylène peuvent capter des particules beaucoup plus petites que les espaces qui les séparent.
That’s because, when a particle collides with a thread, van der Waals forces cause it to stick as if it were made of Velcro. Plus, size-based filters can use electrically charged fibers that attract particles not already on a collision course. This is how even a simple N95 mask can catch at least 95% of particulate matter. And why an N100 mask or an air purifier with a high efficiency particulate air filter can catch at least 99.97% of particulates. With a tight seal, this level of protection will filter out most airborne pollution.
En effet, lorsqu’une particule entre en collision avec un fil, les forces de Van der Waals le font adhérer comme s’il s’agissait d’un velcro. De plus, les filtres basés sur la taille peuvent utiliser des fibres chargées électriquement qui attirent des particules qui ne sont pas encore sur une trajectoire de collision. C'est ainsi que même un simple masque N95 peut capter au moins 95 % des particules. Et pourquoi un masque N100 ou un purificateur d'air doté d'un filtre à particules à haute efficacité peuvent capter au moins 99,97 % des particules. Avec un joint étanche, ce niveau de protection filtrera la plupart des polluants atmosphériques.
Unfortunately, some pollutants are still too small for this approach, including ozone molecules. These are barely bigger than the oxygen that we need to breathe and exposure is associated with asthma, respiratory conditions, and even premature death. Our best chance to filter them are activated carbon masks. At the microscopic level, activated carbon looks like a vast black honeycomb, and it's highly microporous structure can trap tiny ozone molecules. But this material still needs help to capture other pollutants like hydrogen sulfide, chlorine, and ammonia. For these threats, we need to combine the activated carbon with some simple chemistry. If the pollutant is acidic, we can infuse the filter with a basic chemical. Then when the two meet, they react, and the gas is trapped. Similarly, we can use acids to trap basic pollutants.
Malheureusement, certains polluants sont encore trop faibles pour cette approche, notamment les molécules d'ozone. Ils sont à peine plus importants que l’oxygène dont nous avons besoin pour respirer et l’exposition est associée à de l’asthme, à des problèmes respiratoires et même à des décès prématurés. Notre meilleure chance de les filtrer sont les masques au charbon actif. Au niveau microscopique, le charbon actif ressemble à un vaste nid d’abeilles noir et sa structure hautement microporeuse peut piéger de minuscules molécules d’ozone. Mais ce matériau a encore besoin d'aide pour capter d'autres polluants tels que le sulfure d'hydrogène, le chlore et l'ammoniac. Pour ces menaces, il faut combiner le charbon actif à une chimie simple. Si le polluant est acide, on peut infuser un produit chimique basique dans le filtre. Puis, lorsque les deux se rencontrent, ils réagissent et le gaz est piégé. De même, nous pouvons utiliser des acides pour piéger les polluants basiques.
Even with the right mask, it's still smart to check air quality indicators
Même avec le bon masque, il est toujours judicieux
and to stay indoors when the threat level is high. And just like a mask, you'll want to make sure your house is well sealed. You can do this by closing windows, turning off fans that vent outside, and using HEPA filter equipped air purifiers or their cheaper, DIY cousin, the Corsi-Rosenthal box. Following these guidelines can help us breathe easy as we work on preventing these pollutants in the first place.
de vérifier les indicateurs de qualité de l’air et de rester à l'intérieur lorsque le niveau de menace est élevé. Et tout comme pour un masque, vous devez vous assurer que votre maison est bien scellée. Vous pouvez le faire en fermant les fenêtres, en éteignant les ventilateurs qui ventilent l’extérieur et en utilisant des purificateurs d' air équipés d'un filtre HEPA ou leur cousin moins cher et bricoleur, le boîtier Corsi-Rosenthal. Le respect de ces directives peut nous aider à respirer facilement alors que nous nous efforçons de prévenir ces polluants en premier lieu.