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[Exclusif] « La Fédération hospitalière de France planche sur un respirateur rapidement industrialisable », annonce Enguerrand Habran, son directeur de l'innovation

Kevin Poireault

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[Exclusif] « La Fédération hospitalière de France planche sur un respirateur rapidement industrialisable », annonce Enguerrand Habran, son directeur de l'innovation

© Enguerrand Habran

Face à la pénurie de respirateurs artificiels qui guette les hôpitaux français, le Fonds de dotation de la Fédération hospitalière de France pour la recherche et l'innovation élabore un modèle open source à partir de systèmes de traitement de l'air utilisé dans les salles blanches. Selon Enguerrand Habran, son directeur de l'innovation, un prototype devrait voir le jour cette semaine et Airbus est intéressé pour commencer rapidement l'industrialisation.

Industrie & Technologies : La crainte monte d'une pénurie prochaine de respirateurs artificiels dans les hôpitaux français. Pourquoi cet équipement est-il crucial contre le Covid-19 ?

Enguerrand Habran : La grande différence du Covid-19 avec la grippe, à laquelle on l'a comparé au début est qu'il provoque un grand nombre de cas critiques très rapidement - c'est sa grande différence. Quand le virus, qui détruit les cellules pulmonaires, a rendu les poumons d'un patient incapables de fonctionner correctement, celui-ci doit être placé sous respirateur, en soins intensifs ou en réanimation. Or, ces équipements sont une ressource assez rare. En tout, nous disposons en France d'environ 30 000 appareils, de quatre types :

  • Les respirateurs de réanimation, qui vont être appelés à manquer.
  • Les ventilateurs à turbine ou à piston d'O2, que l'on retrouve dans les transports.
  • Les respirateurs de blocs opératoires, assez similaires à ceux de réanimation mais sans répartiteur. C'est-à-dire que l'on commande un respirateur à la fois, alors qu'en réanimation, un professionnel de santé peut en piloter entre 24 et 36 en même temps - du temps médical gagné pour les réanimateurs, l'autre ressource manquante.
  • Les respirateurs qui équipent les salles de surveillance post-interventionnelle (SSPI), qui permettent de garder le patient sous respiration lorsqu'il est encore sous anesthésie.

Tous n'ont pas la même efficacité. Ceux de réanimation et ceux de blocs opératoires sont adaptés pour les patients les plus critiques mais pas forcément les autres. Ceux qui sont conçus pour les transports, notamment, ne sont permettent pas d'envoyer de l'azote, pourtant indispensable.

Quels sont les éléments indispensables pour un respirateur efficace ?

Chaque patient a besoin d'un mélange de trois gaz - de l'air, de l'oxygène et de l'azote - qui lui est propre. Si vous n'avez pas d'azote, vous ne pourrez pas aider les cas les plus critiques et si vous insufflez de l'air non enrichi en oxygène, votre respirateur est vraiment moins efficace.

Ensuite, un respirateur idéal fonctionne en trois cycles : la phase d'inspiration, avec une montée graduelle du volume et/ou de la pression, puis un plateau qui bloque le poumon et, enfin, la phase d'expiration. Dans le cas d'un virus aussi contagieux que le SARS-CoV-2, il faut des filtres efficaces pour éviter que le patient projette des particules virales lors de cette expiration. Les respirateurs de réanimation sont aussi pourvus d'un déclencheur que le patient peut enclencher pour suspendre le système lorsqu'il souhaite respirer par lui-même.

Les respirateurs de réanimation, les plus perfectionnés, sont indispensables aux cas les plus critiques. Le problème avec le Covid-19 est que les patients en insuffisance respiratoires restent en moyenne 20 jours sur une machine. Ensuite, même s'ils ne sont plus en danger de mort, on ne peut pas toujours les transférer sur d'autres types de respirateurs, comme ceux utilisés dans les transports, pas assez efficaces. Malheureusement, la production industrielle de respirateurs de réanimation ne suit pas - il n'y a qu'un fabricant de respirateur en France, Air Liquide - et beaucoup de pays jouent la carte du patriotisme économique.

C'est pourquoi le fonds de dotation innovation et recherche de la Fédération hospitalière de France s'est lancé, lui aussi, dans la conception d'un respirateur alternatif...

Oui, nous planchons sur un modèle de machine simplifié, avec bien évidemment les caractéristiques que je viens de décrire mais qui servira plutôt au sevrage des patients dont le pronostic vital n'est plus engagé. L'idée c'est de partir de composants industriels, donc hautement disponibles, pour arriver à des machines rapidement industrialisable. Toutes les initiatives do-it-yourself (DIY) sont vertueuses mais elles auront du mal à passer à la production de masse. Quand il faudra 50 000 à 100 000 respirateurs en plus très rapidement, on ne pourra pas compter sur leurs prototypes.

Nous nous tournons aujourd'hui vers les systèmes de contrôle d'air que l'on trouve dans les salles blanches. En ajoutant des commandes de contrôle des cycles de respiration, des détecteurs de pression, un déclencheur et d'autres éléments, ces systèmes peuvent être adaptés pour fabriquer des respirateurs pour les êtres humains. D'autant plus qu'ils sont déjà équipés d'une filtration plus efficace que celle requise pour les respirateurs : ils ont généralement des filtres de 0,1 micron alors que le virus fait 125 nanomètres - donc il n'a aucune chance de traverser.

Bien évidemment, nous devons aussi adapter les seuils : les volumes pulmonaires sont bien moindre que ceux d'une salle blanche, par exemple. De même pour la pression : dans un poumon, la différence de pression entre l'inspiration et l'expiration est de 3%. Il faut donc que le dispositif soit capable de détecter 3% de différence.

De quoi est constitué votre modèle ?

Il y a trois arrivées de gaz, une pour l'air, une pour l'oxygène et une pour l'azote. Un mélangeur permet d'ajuster la composition du gaz délivré au patient ainsi que sa montée en température. Ensuite, un premier distributeur, équipé d'un régulateur de pression, libère le gaz. Un second distributeur contrôle ensuite les trois cycles - inspiration, plateau, expiration.

En amont, nous avons ajouté un déclencheur pour détecter des sous-pressions indiquant que le patient souhaite respirer par lui-même et ainsi interrompre le cycle. A chaque étape, nous faisons valider le concept par nos anesthésistes et nos ingénieurs. Ensuite, nous enverrons notre prototype à la Direction générale de l'armement (DGA), qui le testera.

Qui est à l'initiative de ce projet ?

Il y a trois semaines, un ancien ingénieur passé par PSA, Michelin et Arianespace a contacté le Fonds de dotation recherche et innovation de la Fédération hospitalière de France avec un schéma de respirateur artificiel très précis. Très intéressés par son idée, nous avons contacté trois ingénieurs de chez Schneider Electric pour concevoir les interfaces homme-machine et les équipement de contrôle des automates programmables.

Nous sommes également aller chercher quatre anesthésistes pour qu'ils nous aident à améliorer le concept. Par exemple, au début, nous n'avions pas inclus dans notre modèle un contrôleur du mélange de gaz - pour nous, il suffisait d'injecter de l'air - ni un déclencheur. C'est alors qu'a été décidé de concevoir une machine utilisée plutôt pour le sevrage - bien que je pense que les anesthésistes la sous-estiment : pour moi, elle a les mêmes caractéristiques qu'un respirateur de réanimation.

Que est l'état d'avancement du projet ?

Nous avons contacté plusieurs industriel ainsi que des collectivités, comme la région Grand-Est. A ce jour, nous n'avons pas eu beaucoup de réponses. Par exemple, la direction de Schneider Electric n'a pas encore fait suite à notre demande concernant une future production massive de notre modèle. Nous comptons contacter les secteurs automobile et aéronautique, dont les chaînes de production combinent interfaces homme-machine, automates et des systèmes de volume et de pression de gaz

Mais nous ne nous faisons aucun souci sur la possibilité d'industrialiser notre futur prototype. En effet, grâce aux deux acheteurs bénévoles qui travaillent avec nous sur le projet, nous avons choisi uniquement des pièces issues de l'industrie : les mélangeurs sont des modèles en inox que l'on trouve partout, les régulateurs de pression que nous souhaitons utiliser sont extrêmement classiques dans les machines industrielles, les distributeurs sont des modèles 2/2 ou 3/2... En plus d'être extrêmement solides, toutes ces pièces sont largement disponibles : un distributeur japonais comme SMC ou allemand comme Festo peut nous en livrer 1 000 en 48 heures !

En revanche, il sera beaucoup plus difficile de trouver des contrôleurs de pression adaptés : pas sûr que les systèmes industriels existants soient assez sensibles pour capter d'aussi petits volumes. Mais, si l'on ne trouve pas ce qu'il nous faut, nous avons pensé à une alternative : mettre un limitateur de débit auquel on peut fixer un seuil à ne pas dépasser pour ne pas faire courir de risques aux poumons du patient.

Quels sont vos objectifs de production ?

Tout d'abord, l'objectif est de boucler un prototype facilement industrialisable cette semaine pour lancer rapidement la production. Nous sommes aujourd'hui en lien avec l'Agence de l'innovation de défense, qui nous a proposé de nous fournir en matériel pour élaborer notre prototype et qui pourrait aussi nous aider à passer en production. L'un de nos ingénieurs a fait appel à un distributeur de matériel industriel, du côté de Metz, qui possède la plupart des pièces dont nous avons besoin et qui nous a proposé de se charger de l'assemblage. Le ministère de la Santé, qui savait qu'on travaillait sur ce projet, nous a également mis en contact avec le directeur technique d'Airbus, qui planchait sur un projet similaire de son côté.

Aujourd'hui, nous discutons avec les équipes d'Airbus pour voir comment nous pourrions nous coordonner - ils pourraient même, peut-être, assurer une partie de la production. Si nous parvenons à collaborer avec eux sur un même projet, nous verrons quels sont leurs objectifs mais pour nous, en tant que fondation, le but est de concevoir un design open source que tout le monde pourra réutiliser et produire dans son pays.

Nous savons de toute façon que, même si nous ne tombons pas en pénurie de respirateurs en France - parce que l’État en a réquisitionné assez ou que l'on trouve un traitement efficace, par exemple -, il y en aura absolument besoin dans d'autres pays où la situation risque d'être catastrophique, notamment en Afrique et en Amérique du Sud.

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