Raissa Malu

La course aux respirateurs « made in RDC »

 L'épidémie de COVID-19 a braqué les projecteurs sur les respirateurs artificiels. Plusieurs initiatives pour en produire ont émergé en RDC.

L’engouement mondial, africain et congolais en particulier pour les respirateurs mécaniques ne vous aura pas échappé. Laissez-moi ici vous raconter cette aventure.

En Europe au XIXe siècle

L’histoire de la ventilation mécanique commence en 1876 avec le Spirophore d’Eugène Woillez (1811-1882), médecin français. Il s’agissait du premier ventilateur par application externe d’une variation de pression.

En 1906, c'est le Pulmotor d’Henrich Dräger (1847-1917) qui fait son apparition. Pour le plaisir, je retranscris ici la petite histoire que l’on peut lire sur le site officiel de la société Dräger qu’il a fondée et qui existe toujours aujourd’hui : « Johann Heinrich Dräger assiste au sauvetage et à la réanimation d’un jeune homme tombé dans la Tamise à Londres. Cet événement va être à l’origine d’une idée révolutionnaire : une ventilation mécanique sur site pour réanimer les personnes ayant perdu connaissancesuite à une insuffisance en oxygène. Une fois de retour à Lübeck, il commence à travaillersur le Pulmotor, le premier appareil respiratoire de secours au monde produit en série. » 😊

Les poumons d'acier

C'est à partir de 1928 que l'on commence à parler de poumons d’acier pour désigner ces premières ventilations mécaniques de longue durée qui ont servi lors des épidémies de poliomyélite. Il faudra attendre 1954 pour voir apparaître le premier ventilateur moderne, électrique, qui a permis le développement de la réanimation, l’Engström 150. Sans entrer dans les détails techniques d’amélioration, les progrès qui ont suivi ont principalement porté sur l’ergonomie des ventilateurs et la compréhension de la physiopathologie de la ventilation mécanique et de ses effets indésirables.

Mais qu’est-ce que c’est un respirateur artificiel ? Un respirateur artificiel, ou ventilateur est un appareil médical d'assistance respiratoire, qui permet d'assurer une ventilation artificielle des poumons souffrant d'insuffisance respiratoire ou lors d'une intervention chirurgicale. L’appareil permet d’assurer les fonctions des poumons lésés en assurant le transport de l’oxygène dans le sang. Il aide ainsi à respirer si on ne parvient plus à le faire soi-même.

Le cycle respiratoire

La notion importante à maîtriser pour son développement est le cycle respiratoire physiologique que la machine doit reproduire ou ne pas entraver. Il comporte quatre phases :

  1. l'inspiration, qui est active ;
  2. le passage de l'inspiration à l'expiration ;
  3. l'expiration, qui est passive ;
  4. le passage de l'expiration à l'inspiration.

Les paramètres importants

Dans les ventilateurs dits de transport ou d’urgence (que nous cherchons actuellement tous à développer 😊), quatre paramètres minimum doivent être monitorés à l'écran :

  • la fréquence respiratoire (le nombre de respirations par minute) ;
  • le rapport I/E (rapport temps d’inspiration / temps d'expiration) ;
  • le volume courant (en réalité, le débit ventilatoire, c'est-à-dire le volume d'air poussé dans les poumons par unité de temps) ;
  • la FIO2 (la fraction inspirée en oxygène, c’est-à-dire la fraction ou le pourcentage d'oxygène présent dans le mélange gazeux que respire une personne).

(Si toutes ces notions de volume, pression et débit vous dépassent, abonnez-vous dès à présent au programme « Apprendre à la maison avec la Semaine de la Science et des Technologies », nous en reparlerons 😉.)

Un avantage en Europe et aux États-Unis

Je ne vais pas faire semblant de maîtriser le sujet. Tout ceci est très technique. Je ne fais qu’effleurer les choses pour que nous ayons tous un minimum de vocabulaire pour impressionner la galerie lors du prochain Sultani Makutano par exemple 😉. Alors, comment s'y prennent les ingénieurs pour développer cette machine qui aidera vos poumons en cas de détresse respiratoire ?

Si on est au Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux USA, à l’Université Catholique de Louvain (UCL) en Belgique ou dans l’équipe de F1 Mercedes-Benz, et que l’on décide de se lancer dans le développement de respirateur d’urgence pour faire face à la pandémie de COVID-19, on part clairement avec un avantage. Pas tellement en termes de compétences, mais parce que dans ces pays, il y a un tissu industriel qui produit tous les composants nécessaires à leurs développements. Vous allez comprendre.

Mécanique et électrique

Pour développer un respirateur d’urgence, on commence par la partie mécanique avec le choix du mode d’actionnement et du moteur pour comprimer le sac Ambu (un sac d'insufflation). La puissance du moteur doit être adaptée à la pathologie. En effet, la puissance théorique requise est déterminée à l'aide des paramètres médicaux que j’ai évoqués avant. Pour la maladie COVID-19 par exemple, il faudrait une puissance du moteur d’environ 25 watts.

Pour faire fonctionner la partie mécanique, il faut une partie électrique avec un microcontrôleur. Aujourd’hui, les spécialistes en la matière conseillent l'Arduino. L'Arduino est un circuit imprimé en matériel libre sur lequel se trouve un microcontrôleur qui peut être programmé. C'est une « carte magique ». Heureusement à Kinshasa, nous avons un bon programmeur. Je vais revenir sur lui plus tard.😊

Tester la robustesse

Quand ces parties fonctionnent, il faut connecter le patient au respirateur. C’est la partie plomberie avec le circuit pour le mélange air-oxygène et le circuit pour le gaz carbonique. Ce sont deux circuits différents. On a aussi les valves, le masque, le filtre HEPA (il s’agit d’un filtre à air à haute efficacité pour éviter les contaminations), etc. Je peux donner l’impression que cette partie est moins importante, mais c’est en réalité la partie la plus critique du dispositif. Enfin, nous avons la gestion des sécurités qui est tout aussi critique. Les médecins doivent en effet être immédiatement et clairement informés en cas de dysfonctionnement de la machine, afin de pouvoir agir.

Un prototype destiné au milieu hospitalier doit ainsi avoir testé la robustesse de l’ensemble de ces parties. Pour ce faire, il est primordial que les ingénieurs aient la meilleure compréhension possible de la prise en charge des patients atteints de syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA). Au début du siècle dernier, beaucoup de patients décédaient à cause d’une mauvaise maîtrise des paramètres de ventilation et c’est probablement encore le cas aujourd’hui.

La situation en RDC

Je ne vais pas revenir sur le contexte général de la République Démocratique du Congo assez bien décrit par le Prof Kazadi Tshikolu Romain, doyen de la Faculté d’Ingénierie ULC Icam, Université Loyola du Congo, dans son article « Faut-il fabriquer des respirateurs en RDC pour le COVID-19 ? » publié sur le site www.respirateur-rdc.org. Nous avons en RDC plusieurs équipes qui se sont lancées dans la production de respirateur mécanique d'urgence en réponse à l’appel mondial. Cet appel a été notamment relayé par le Prof. Dr. Ir Sandrine Mubenga Ngalula.

Dans le monde académique, nous avons le prototype développé par la Faculté de Polytechnique de l’Université de Kinshasa (UNIKIN), le prototype développé par l’Université Officielle de Bukavu (UOB) et l’Université Loyola du Congo (ULC) qui a mis au point un prototype fonctionnel selon leurs concepteurs.

Monde professionnel et associatif

Dans le monde professionnel, nous avons notamment le prototype développé par Women’s Technology de l’Ir Thérèse Kirongozi bien connue pour ses Robots Roulages. Son prototype qui a été présenté à neuf médecins dans un grand hôpital de la capitale est en perfectionnement.

Dans le monde associatif, il y a le prototype développé par Investing In People (IIP) ASBL.😊

Une saine concurrence

D’ores et déjà, le fait d’avoir des équipes différentes qui développent en parallèle des prototypes est une excellente chose. Il s’agit d’une saine concurrence qui permet de stimuler localement la créativité et la productivité.

Pour le prototype d'IIP ASBL, nous avons fait appel à un inventeur parmi les plus doués de sa génération, Ferawi Mabla. Ferawi est licencié en informatique de l’université de Kinshasa, faculté des sciences, département de mathématiques et informatiques, option Génie informatique. Il est la perle rare locale en matière de programmation sur Arduino ! 😉

Composer avec le matériel local

Sous ma supervision, Ferawi et son équipe ont réalisé la partie mécanique, programmé la partie électrique et imaginé un premier design. Nous nous sommes fondés sur le projet open source du MIT, mais nous avons dû composer avec le matériel à notre disposition localement. Il n’était pas envisageable de reproduire le design du modèle du MIT. Nous avons fait de la récupération et heureusement, Ferawi est doué en programmation.

Le prototype d’IIP ASBL fait actuellement 3 kilogrammes. Il est équipé d’un moteur pas à pas NEMA 23, d'un contrôleur moteur pas-à-pas TB6600, d'un écran LCD et d'un microcontrôleur ATMel a328p Arduino Nano. Il fonctionne avec une batterie de 12 volts. Nous travaillons encore sur le design et nous développons le monitoring des paramètres et la gestion des sécurités. Nous collaborons aussi avec l’équipe de Women’s Technology et d’autres équipes vont intégrer le projet.

Pour les animations scientifiques

Lorsqu'il sera complet, le prototype de respirateur mécanique développé par Investing In People ASBL servira pour les animations scientifiques lors des prochaines éditions de la Semaine de la Science et des Technologies. Nous l'avons appelé le Respirateur de l'espoir. L’expérience acquise sera mise au service des professionnels et des investisseurs afin de développer le cas échéant une production en série.

Respirateur de lespoir

Ce n’est pas chose simple de développer un respirateur mécanique à usage médical. Ce dispositif peut sauver des vies, mais il peut aussi en prendre s’il est mal conçu, mal réglé, mal utilisé, mal entretenu.

C’est sans doute pour cette raison que le processus d’homologation d'un respirateur peut durer deux ans ! L’information qu’il faut à mon sens retenir de cette aventure est que nous avons bien en RDC et en Afrique, des compétences scientifiques et techniques qui, si elles sont associées à des investisseurs (et rencontrent un cadre économique et juridique favorable), peuvent (re) développer localement le tissu industriel.

Réparer et former

Pour l'actuelle pandémie de COVID-19, l'urgence serait de réparer les respirateurs médicaux professionnels déjà présents dans nos hôpitaux comme le fait l'INPP, d'assurer une formation urgente du personnel médical, de fournir à ce dernier des masques, des visières de protection et tout le matériel nécessaire pour prendre en charge les patients en toute sécurité, et de continuer à rappeler à la population de suivre scrupuleusement les gestes barrières. #StopCoronavirus

Science is fun, join us ! 😉

Cet article a d'abord été publié sur LinkedIn.

A propos

Afriscitech, toute la science dans toute l'Afrique.

Suivez l'actualité de la recherche scientifique et technologique en Afrique et par les africains.

Qui nous sommes

Afriscitech.com est édité par Coopetic.

- Luc Allemand, rédacteur-en-chef

Paramétrages de cookies

×

Cookies fonctionnels

Ce site utilise des cookies pour assurer son bon fonctionnement, qui ne peuvent pas être désactivés de nos systèmes. Nous ne les utilisons pas à des fins publicitaires. Si ces cookies sont bloqués, certaines parties du site ne pourront pas fonctionner.

Mesure d'audience

Ce site utilise des cookies de mesure et d’analyse d’audience, tels que Google Analytics et Google Ads, afin d’évaluer et d’améliorer notre site internet.

Contenus interactifs

Ce site utilise des composants tiers, tels que ReCAPTCHA, Google Maps, MailChimp ou Calameo, qui peuvent déposer des cookies sur votre machine. Si vous décider de bloquer un composant, le contenu ne s’affichera pas

Réseaux sociaux/Vidéos

Des plug-ins de réseaux sociaux et de vidéos, qui exploitent des cookies, sont présents sur ce site web. Ils permettent d’améliorer la convivialité et la promotion du site grâce à différentes interactions sociales.

Autres cookies

Ce CMS Joomla utilise un certain nombre de cookies pour gérer par exemple les sessions utilisateurs.

Search