Les salles propres sont conçues pour maîtriser les particules, les micro-organismes et les contaminants chimiques dans des environnements où une contamination, même invisible, peut compromettre un produit, un procédé ou la sécurité d’un patient. Mais la filtration et le respect des normes ne suffisent pas. Comportement humain, circulation de l’air, positionnement des équipements ou encore dynamique des bioaérosols influencent directement la performance réelle de ces environnements. Aujourd’hui, la recherche s’oriente vers une approche plus globale, combinant microbiologie, mécanique des fluides, simulation numérique et, à terme, jumeaux numériques.

De l’industrie pharmaceutique à la microélectronique, en passant par les hôpitaux, la cosmétique, l’agroalimentaire ou encore le spatial, les salles propres sont devenues indispensables à de nombreux secteurs. Leur objectif pourrait sembler simple : créer un environnement dans lequel la contamination reste inférieure à un niveau prédéfini. Dans la pratique, le défi est beaucoup plus complexe.

Lors d’une session présentée à Forum LABO, les experts de l’ASPEC sont revenus sur les principes fondamentaux de la maîtrise de la contamination, mais aussi sur les nouvelles technologies qui pourraient permettre d’améliorer les performances des environnements contrôlés.

Trois grandes familles de contaminants doivent être prises en compte dans les environnements maîtrisés.

L’une des principales difficultés tient au fait qu’une grande partie de cette contamination est invisible à l’œil nu. Un cheveu humain mesure environ 100 micromètres de diamètre, tandis que l’œil distingue difficilement des particules inférieures à une cinquantaine de micromètres. Or, une grande partie des particules surveillées en salle propre sont bien plus petites. Certains virus respiratoires présentent des dimensions de l’ordre de 0,1 micromètre. Dans l’air, ils ne circulent toutefois généralement pas sous la forme de virions isolés, mais au sein de particules respiratoires dont la taille et le comportement varient fortement.

L’environnement extérieur n’est pas la seule origine de la contamination. Les personnes présentes dans une salle propre en constituent elles-mêmes une source majeure. Même relativement immobile, un individu libère continuellement des particules. Plus son activité augmente, plus cette émission s’accentue, notamment sous l’effet des mouvements, des vêtements et de la remise en suspension des particules présentes sur les surfaces. Le corps humain desquame également en permanence.

C’est pourquoi les tenues de salle propre ne sont pas de simples vêtements de protection. Elles constituent une véritable barrière entre l’opérateur et l’environnement contrôlé. Selon le niveau de risque, elles peuvent comprendre combinaison, gants, masque, charlotte, surchaussures et différents équipements spécifiques. Mais la tenue ne suffit pas.

Même des objets aussi courants que des lunettes, un téléphone ou un ordinateur peuvent devenir des sources de contamination s’ils pénètrent dans l’environnement sans procédure de nettoyage adaptée.

La maîtrise de la contamination commence par une analyse de risque. Une salle propre utilisée en microélectronique ne poursuit pas le même objectif qu’un bloc opératoire ou qu’un laboratoire manipulant des virus hautement pathogènes. La norme ISO 14644-1 permet de classer la propreté de l’air en fonction de la concentration de particules en suspension, pour des tailles de référence comprises entre 0,1 et 5 micromètres. Cette classification ne renseigne cependant pas, à elle seule, sur la nature biologique, chimique ou viable des particules détectées.

Dans les laboratoires de confinement microbiologique, la logique est différente : le niveau de confinement dépend du danger représenté par les agents biologiques manipulés. La gestion des pressions devient alors déterminante. Dans certains environnements, l’objectif est de protéger le produit ou le procédé des contaminants extérieurs.

La salle peut être maintenue en surpression par rapport aux zones adjacentes afin de limiter l’entrée d’air potentiellement contaminé. Cette protection repose également sur la maîtrise des accès, des sas et des flux de personnes et de matières. Dans un laboratoire de confinement, la problématique peut être exactement inverse : il faut empêcher un agent biologique dangereux de quitter la zone. La zone peut alors être maintenue en dépression par rapport aux espaces adjacents afin d’orienter les flux d’air vers la zone confinée. Cette dépression doit s’intégrer dans une stratégie plus globale associant barrières physiques, filtration de l’air extrait et procédures de confinement. La solution technique change donc selon le risque, mais le raisonnement reste identique : déterminer ce que l’on souhaite protéger, contre quoi, puis concevoir l’environnement en conséquence.

Le traitement de l’air constitue l’un des éléments centraux d’une salle propre. Les centrales de traitement d’air filtrent l’air entrant tout en maîtrisant différents paramètres : température, humidité, débit, renouvellement et pression. Selon les applications, les installations peuvent fonctionner en 100 % air neuf ou réutiliser une partie de l’air après traitement. Des systèmes de filtration à haute efficacité permettent ensuite de retenir les particules selon les performances recherchées. Mais respecter un taux de renouvellement d’air ou une concentration particulaire globale ne signifie pas nécessairement que chaque zone de la pièce bénéficie du même niveau de protection.

La position des soufflages et des extractions, le mobilier, les équipements, les opérateurs ou encore les obstacles présents dans la pièce modifient les flux d’air. Une salle peut donc respecter ses spécifications générales tout en comportant des zones mortes ou des secteurs dans lesquels la contamination se comporte différemment. C’est précisément l’un des domaines dans lesquels la recherche évolue aujourd’hui.

Plutôt que de maintenir systématiquement une pièce entière au niveau de maîtrise le plus élevé, il est également possible de créer des environnements localisés extrêmement contrôlés. SSorbonnes de laboratoire, postes à flux d’air unidirectionnel, postes de sécurité microbiologique, isolateurs et autres dispositifs de protection localisée peuvent être sélectionnés en fonction de la nature du risque.

Certains sont destinés avant tout à protéger l’opérateur. D’autres protègent le produit. D’autres encore visent à protéger l’environnement extérieur. Et certains systèmes permettent de combiner ces différentes fonctions.

Cette approche traduit un principe de plus en plus important : il ne s’agit pas nécessairement d’atteindre partout le niveau de performance maximal, mais d’appliquer le niveau de maîtrise approprié là où il est réellement nécessaire.

Le nettoyage constitue une autre composante essentielle de la stratégie de maîtrise de la contamination. Mais nettoyer une salle propre ne consiste pas simplement à appliquer un produit désinfectant. L’efficacité dépend de plusieurs paramètres : produit utilisé, action mécanique, temps de contact et, lorsque cela est pertinent, température. Une procédure mal conçue ou mal exécutée peut elle-même devenir une source de contamination. La surveillance est donc indispensable.

Prélèvements de surface, mesures particulaires et autres méthodes de contrôle permettent notamment de comparer la situation avant et après nettoyage et de détecter des évolutions anormales. Le suivi des tendances peut également mettre en évidence des phénomènes récurrents. Lors de la session, un exemple a ainsi été présenté dans lequel des pics de contamination apparaissaient environ toutes les deux semaines. L’analyse a finalement permis d’établir un lien avec l’intervention périodique d’une société extérieure chargée du nettoyage.

La conclusion est claire : le nettoyage doit lui aussi être considéré comme un procédé à maîtriser.

Si les normes et méthodes de surveillance sont bien établies pour les particules et de nombreux micro-organismes, les virus restent plus difficiles à caractériser. Contrairement aux bactéries, les virus ne disposent pas d’un métabolisme autonome et ne peuvent se multiplier qu’en infectant des cellules hôtes compatibles. Les collecter dans l’air, déterminer s’ils sont encore infectieux et quantifier le risque biologique réel nécessitent donc des approches spécifiques. Cette problématique est devenue particulièrement visible pendant la pandémie de Covid-19.

Des équipes de recherche ont notamment développé des systèmes permettant de générer des atmosphères contenant des virus respiratoires infectieux afin d’évaluer, dans des conditions contrôlées, les technologies de traitement de l’air et les dispositifs de collecte des bioaérosols. Ces travaux soulignent une limite importante : mesurer des particules ne suffit pas à caractériser complètement le comportement d’un bioaérosol infectieux.

Les épurateurs et autres dispositifs de traitement de l’air peuvent présenter des performances très différentes. Leur évaluation ne peut donc pas reposer uniquement sur leurs caractéristiques techniques ou leurs arguments commerciaux. Les chercheurs ont notamment présenté le développement d’un banc d’essai expérimental de 30 m³ permettant d’évaluer des dispositifs de traitement de l’air face à des bioaérosols contenant notamment des bactéries, des virus ou des spores fongiques

Ces installations permettent de reproduire des conditions réalistes de température et d’humidité tout en étudiant la circulation de l’air dans l’espace expérimental. Cette distinction est essentielle. Un dispositif présentant une excellente efficacité intrinsèque peut malgré tout offrir une protection insuffisante s’il est installé au mauvais endroit. Il faut donc considérer simultanément la performance de la technologie et son mode de déploiement.

C’est ici que la mécanique des fluides prend une importance croissante. Les bioaérosols ne se déplacent pas uniquement en fonction de la performance théorique d’un filtre. Leur trajectoire dépend d’un environnement complexe : ventilation, phénomènes thermiques, équipements, obstacles, activité humaine…

La simulation numérique des fluides peut aider à cartographier ces mouvements d’air et à anticiper la manière dont les contaminants circulent dans une pièce. Les mesures expérimentales permettent ensuite d’améliorer et de valider ces modèles. L’ambition est donc de réunir microbiologie, étude expérimentale des aérosols et mécanique des fluides afin de mieux prédire le risque de contamination. Une difficulté scientifique subsiste toutefois.

Les logiciels de simulation existants modélisent généralement le comportement de particules physiques ou de gaz. Or, un bioaérosol est beaucoup plus complexe : il peut associer fluides biologiques, micro-organismes et particules dont les propriétés physiques et infectieuses évoluent dans le temps. Mieux caractériser ces phénomènes pourrait rendre les futures simulations beaucoup plus représentatives du risque biologique réel.

L’étape suivante consiste à passer d’une simulation ponctuelle à une gestion dynamique de l’environnement. Les jumeaux numériques pourraient à terme fournir une représentation virtuelle d’une salle propre, d’une chambre hospitalière, d’un bloc opératoire ou d’une zone de production. Les données provenant de l’environnement réel pourraient alors alimenter le modèle en continu. Associés à des capteurs, à la surveillance de la qualité de l’air et à des modèles prédictifs, ces systèmes pourraient permettre d’adapter le traitement de l’air, l’extraction ou l’épuration aux conditions réellement observées. Au lieu de fonctionner en permanence à sa puissance maximale, l’environnement contrôlé pourrait ainsi adapter son fonctionnement à son niveau réel d’activité et de risque. Une perspective qui rejoint un autre enjeu majeur : la consommation énergétique.

Les salles propres consomment beaucoup d’énergie pour filtrer, déplacer, chauffer, refroidir et conditionner l’air. Historiquement, de nombreuses installations ont été conçues selon une logique de surdimensionnement : des débits élevés et un fonctionnement continu permettaient de conserver une marge de sécurité importante. Aujourd’hui, la tendance consiste davantage à rechercher la juste performance par rapport au besoin réel.

L’une des pistes évoquées est le recours à des modes de veille ou de fonctionnement réduit lorsque les environnements ne sont pas utilisés. Un bloc opératoire, par exemple, n’a pas nécessairement besoin de fonctionner toute la nuit avec exactement les mêmes paramètres de ventilation que pendant une intervention, à condition que la contamination reste maîtrisée et que l’installation puisse retrouver ses conditions nominales lorsque cela est nécessaire. L’enjeu n’est donc pas simplement de réduire la ventilation. Il faut pouvoir démontrer que la consommation énergétique peut diminuer sans compromettre la maîtrise de la contamination.

La surveillance, la modélisation et une meilleure compréhension des flux d’air pourraient jouer un rôle essentiel dans cet équilibre.

L’avenir des salles propres ne repose donc pas uniquement sur des filtres plus performants, des ventilations plus puissantes ou des procédures toujours plus contraignantes. Il passe par une compréhension plus intégrée de la contamination. Particules, micro-organismes, bioaérosols, circulation de l’air, comportements humains, équipements, géométrie des locaux et consommation énergétique interagissent en permanence. Pour les maîtriser efficacement, il devient nécessaire d’associer ingénierie et microbiologie, mais aussi mesure, modélisation et analyse de risque.

L’objectif n’est pas nécessairement de créer l’environnement techniquement le plus propre possible, mais d’atteindre et de maintenir le niveau de maîtrise adapté à l’usage et aux risques identifiés. Il est de créer le bon environnement maîtrisé pour le bon niveau de risque, puis de garantir cette performance tout au long de son exploitation.

Car en matière de contamination, les normes et les technologies fournissent un cadre. Mais c’est le fonctionnement de l’ensemble du système qui détermine la performance réelle.

Article réalisé à partir de la session consacrée à la maîtrise de la contamination dans les laboratoires et les salles propres, présentée par l’ASPEC lors de Forum LABO.