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Ils ont fait la technologie en 2014 : en août, Claude Wartelle de Carmat implante un deuxième cœur artificiel

Jean-François Preveraud
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Ils ont fait la technologie en 2014 : en août, Claude Wartelle de Carmat implante un deuxième cœur artificiel

Claude Wartelle a traduit en mécanique les idées du professeur Alain Carpentier

© DR

Claude Wartelle a été, dès l'origine, le maître d'œuvre de la conception du cœur artificiel de Carmat, le seul à avoir jamais été implanté à un patient. Avec son équipe du Cetim, il a peaufiné avec passion sa commande électronique et la régulation de son débit.

Un deuxième essai d’implantation d’un cœur artificiel a été réalisé, au mois d'août, par la société.

Le visage du cœur Carmat, c'est celui qui a eu l'idée de cet organe artificiel, le professeur Alain Carpentier. Mais le rêve du chirurgien français serait sans doute resté lettre morte sans un ingénieur Arts & Métiers rencontré en 1985, Claude Wartelle, qui a consacré de longues années de sa vie professionnelle à ce projet hors-norme. Avec un aboutissement en forme de consécration, le 18 décembre 2013, lors de l'implantation du cœur bio-artificiel chez un patient. Une première mondiale, qui malgré le décès du patient 75 jours plus tard, sera rééditée en août 2014.

À l'origine de la prouesse, l'équipe d'ingénieurs du Centre technique des industries mécaniques (Cetim) menée par Claude Wartelle. Touche à tout, il fera preuve d'une adaptabilité et d'une curiosité sans pareilles pour répondre au cahier des charges très exigeant imposé par le projet, pour lequel le professeur Carpentier, sans moyens financiers, recherche un partenaire industriel compétent en mécanique, matériaux, électronique et capteurs. Une multidisciplinarité qu'a déjà acquise l'ingénieur dans son parcours au Cetim au cours de ses fonctions successives de direction des services transmission hydraulique et pneumatique, mécanique des fluides et thermique et du département électronique et actionneurs. Lorsqu'il rencontre le professeur Carpentier, il est chef du département machines et commandes et développe une discipline alors encore naissante, la mécatronique, au carrefour de l'électronique et de la mécanique. Elle s'avérera essentielle pour développer le cœur.

Une motopompe remplit et vide alternativement les ventricules

« Schématiquement, nous avons assimilé le cœur à deux pompes à membrane et à clapets placées en série dans le circuit vasculaire », explique Claude Wartelle. Reste à imaginer comment les commander pour qu'elles vident et remplissent alternativement chacun des ventricules. Il faudra quatre ans pour mettre au point le fonctionnement et le contrôle du composant clé du cœur : la motopompe à engrenage. En dessous de chacun des ventricules, un fluide hydraulique exerce une pression sur les membranes. Pour chacun des ventricules, la motopompe entraînée par un moteur à courant continu aspire et rejette alternativement le fluide hydraulique suivant le sens de rotation de l'engrenage intérieur. Au final, la fluctuation de pression sur les membranes permet de remplir et vider alternativement les ventricules à une vitesse fonction de la vitesse d'entraînement du moteur. Encore faut-il pouvoir adapter celle-ci à l'activité du patient. La quantité de sang transvasée par jour par le cœur, soit près de 9 tonnes, peut en effet doubler lors d'un effort. Pour mettre au point la régulation cardiovasculaire du cœur, Claude Wartelle a besoin de comprendre et de simuler la circulation sanguine de l'homme en conditions réelles, ainsi que le rôle du cœur dans la régulation cardiovasculaire.

Il mobilise alors son esprit analytique, acquis au cours de sa formation d'ingénieur. « L'état d'esprit n'est pas le même entre médecins et ingénieurs. En médecine, c'est le résultat qui compte. Les médecins ne vont pas chercher les causes profondes », analyse Claude Wartelle. Volontaire, il prend sur son temps libre pour se former tout seul au langage C++, et écrit lui-même les algorithmes qui permettront de simuler numériquement le fonctionnement de la circulation sanguine.

En parallèle, il entretient des liens étroits avec le professeur Carpentier. « Il voulait toujours faire mieux, une fois c'était trop gros, une autre fois, il avouait s'être lui-même trompé et nous devions recommencer. Il nous a fait essayer beaucoup de choses et semblait changer sans cesse d'avis, mais il savait aussi toujours nous remotiver ».

Le cœur battra 70 millions de fois avant de s'arrêter

En décembre 1988, le prototype du cœur artificiel est finalement installé sur un banc d'essai. Munis de leur stéthoscope, les médecins écoutent les battements du cœur, qui ressemblent à s'y méprendre à ceux d'un cœur naturel. En mai 1991, après deux tentatives échouées d'implantations animales, le troisième essai débouche enfin sur une réussite. Comme le professeur Carpentier, Claude Wartelle et son équipe pensent alors à l'industrialisation. Risqué et impliquant un temps de retour sur investissement très long, le projet ne suscite guère d'enthousiasme. Le ministère de l'Industrie opte même pour un autre projet de cœur artificiel pneumatique, situé en dehors de la cage thoracique. Le salut viendra de Matra Electronique, qui possède les compétences pour développer le cœur, et accepte de courir le risque. Le programme de travail sur cinq ans d'un budget estimé à 27 millions de francs est financé par Matra et le professeur Carpentier. Le Cetim transfère quant à lui son savoir-faire et devient ingénieur-conseil et laboratoire sous-traitant de la nouvelle structure. Le GIE Carmat (contraction de Carpentier et Matra) est créé en février 1993.

Vingt ans plus tard, l'entreprise est la première à effectuer la transplantation d'un cœur total chez un patient. Il battra 70 millions de fois avant de s'arrêter. Claude Wartelle y voit une performance. L'ingénieur promet au cœur un bel avenir. Et pense déjà à l'étape suivante. « Il y a des balèzes avec un petit cœur, et des petits malades avec un gros cœur. L'avenir, c'est de faire un cœur sur mesure. L'impression 3D pourrait le permettre. On pourrait aussi aller chercher l'information des nerfs qui commandent le cœur pour qu'il réagisse aux émotions ressenties par le malade ». Un cœur artificiel, mais pas insensible…

Philippe Passebon

Des battements plus vrais que nature

Carmat est le projet de cœur artificiel total le plus avancé au monde, et le seul qui ait à ce jour été implanté chez un patient. Pour qu'il batte au bon rythme, deux motopompes à engrenages garantissent l'ajustement permanent du débit sanguin dans chacun des ventricules, par variation du volume ventriculaire ou de la fréquence cardiaque. Elles sont constituées de deux roues dentées entraînées par un moteur qui s'engrènent l'une dans l'autre et dans l'interstice duquel un fluide hydraulique est aspiré puis refoulé. La variation de la pression du fluide sur les membranes des ventricules permet alors de remplir et vider ceux-ci à vitesse contrôlable.

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