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Un prototype de masque médical innovant réalisé par des étudiants

Masque Master MAP

Dans le cadre du parcours de M2 MAP 3D/2D, de 2019 à 2020, deux promotions d’étudiants ont conçu et réalisé un masque médical innovant en lien avec deux structures de recherche de Lyon 1.

A l’université, les années 2019 et 2020 ont été marquées par la mise en place de l’enseignement à distance. L’instauration de ce dispositif en raison de la crise sanitaire a nécessité une adaptation des enseignants et des étudiants en un temps très court et le bilan de cette expérience inédite reste encore à faire. Mais cette nouvelle forme d’enseignement a notamment donné lieu à des innovations pédagogiques. C’est le cas du parcours de Master 2 Matériaux et Procédés 3D et 2D avancés (MAP 3D/2D) dirigé par Eliane Espuche (Professeure à l'Université Lyon 1) au sein de la mention Chimie et Sciences des Matériaux. 

De 2019 à 2020, Vincent Salles, Maître de conférence à l’Université Lyon 1 et chercheur au Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (LMI) a mené un projet collaboratif avec deux promotions successives d’étudiants du parcours M2 MAP 3D/2D pour réaliser un masque innovant de filtration de particules fines et de virus, imprimé en 3D et adaptable à la forme du visage.
 

Une membrane de filtration du SARS-Cov-2

En 2019, cet enseignant-chercheur dessine les nouveaux contours de son cours sur les matériaux poreux pour l’adapter aux contraintes du confinement. En effet, les cours à distance demandent plus d’énergie et de concentration de la part des étudiants, et les séances de travaux pratiques (TP) sont supprimées.

« Je voulais faire un cours à distance qui ne soit pas magistral, en impliquant les étudiants et en les intéressant à travers un sujet d’actualité. Or, les matériaux poreux sont souvent en lien avec la filtration ». D’où l’idée de concevoir une membrane qui permettrait de filtrer un virus comme le SARS-Cov-2.

Le cours sur les matériaux poreux dans le cadre du parcours M2 MAP 3D/2D aborde justement les différentes techniques de filage qui existent dans le monde industriel, donnant les bases aux étudiants pour aborder ce projet. A eux ensuite de réfléchir à la technologie de filage la plus adaptée pour générer un filtre de membrane efficace contre une particule aussi fine qu’un virus.

Chaque étudiant se voit alors confier un sujet à traiter en tenant compte d’aspects divers : technique de filage, choix de matériaux bio-sourcés compatibles avec la technique de filage, réglementation, normes de commercialisation, … « L’objectif était que les étudiants se mobilisent pour aller chercher les informations, qu’ils réfléchissent et apportent les réponses ensemble à un problème dont moi-même je n’avais pas les réponses a priori » témoigne Vincent Salles.

Finalement, les étudiants optent pour un procédé particulier : l’électrofilage. Cette technique permet d’obtenir grâce à un champ électrique des filaments en polymères extrêmement fins. Suffisamment fins pour qu’apparaissent des forces électrostatiques. Un peu comme les cheveux sont attirés par un objet que l’on frotte sur son pull, les particules vont être attirées et piégées à la surface de ces filaments. Il n’est donc pas nécessaire d’avoir des mailles de la taille de la particule pour la piéger, ce qui rend l’électrofilage pertinent pour filtrer des particules fines telles que les virus. 

Filaments de polymère obtenus par les étudiants, par électrofilage au laboratoire LMI
Filaments de polymère obtenus par les étudiants, par électrofilage au laboratoire LMI

Filaments de polymère obtenus par les étudiants, par électrofilage au laboratoire LMI - © Vincent Salles

 

Un masque souple et adaptable

Faute de pouvoir réaliser des travaux pratiques, la promotion 2019-2020 se limitera à la conception. Mais le projet se poursuit en 2020. Même si la crise sanitaire se prolonge, les contraintes sur les enseignements sont partiellement levées. Vincent Salles se tourne alors vers Edwin-Joffrey Courtial, ingénieur de recherche CNRS sur la plateforme 3d.FAB et intervenant au sein du parcours M2 MAP 3D/2D.

Rattachée à l’Institut de Chimie et de Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (ICBMS), cette plateforme technologique certifiée ISO 13485 est spécialisée dans l’impression 3D. Elle a récemment mis au point un nouveau procédé de fabrication additive : le Moulage DynamiqueTM, aujourd’hui valorisé au sein de la start-up 3Deus Dynamics. Cette technique permet de réaliser des impressions de formes complexes avec des matériaux fluides, ce qui restait jusqu’à présent très difficile car « un matériau fluide va avoir tendance à s’écrouler sous son propre poids » explique Edwin-Joffrey Courtial.

impression 3D par Moulage Dynamique au 3DFAB
impression 3D par Moulage Dynamique au 3DFAB

Sphère creuse en élastomère silicone, obtenue en impression 3D par Moulage DynamiqueTM à 3d.FAB - © Eric Le Roux 
 

Fort de sa maîtrise technique et scientifique, cet ingénieur décide de proposer cette technologie brevetée dans une démarche de formation.

A l’écoute de l’idée de Vincent Salles, le projet de masque entre dans sa phase de réalisation. Les étudiants se sont ainsi formés au Moulage DynamiqueTM et ont inséré la membrane obtenue au LMI dans un masque souple, adaptable à n’importe quelle physiologie de visage afin d’en améliorer le confort.

Conception et fabrication d’un masque souple pour la filtration de particules fines et de virus
Conception et fabrication d’un masque souple pour la filtration de particules fines et de virus

Conception et fabrication d’un masque souple pour la filtration de particules fines et de virus
 

Une innovation pédagogique au service de l’apprentissage

Cette convergence des savoir-faire pédagogiques et scientifiques a permis de se mobiliser pour répondre à une problématique concrète en phase avec les objectifs du parcours M2 MAP3D/2D. Notamment la préparation à l’alternance en entreprise, partie intégrante du cursus du Master. Les étudiants ont abordé aussi bien des aspects scientifiques que des notions de réglementation, de qualité, de norme médicales, de travail en équipe… autant d’aspects à considérer dans le monde industriel.

L’intérêt de ce projet réside aussi dans la complémentarité avec les différents axes de la formation. « Les étudiants ont eu l’opportunité de faire un lien concret entre les différentes unités d’enseignement de ce parcours. Cela montre aussi tout l’intérêt de la formation par la recherche » abonde Eliane Espuche.

Né d’un contexte d’enseignement particulier lié à la crise Covid-19, ce projet illustre le lien fort entre formation, recherche et environnement technologique qui existe à l’université Claude Bernard Lyon 1 en mobilisant les étudiants sur une thématique d’actualité.

« Quand les étudiants sont davantage motivés, s’impliquent et s’intéressent à ce qu’ils font, ils apprennent beaucoup mieux et beaucoup plus » ponctue Vincent Salles.

Une démarche visiblement accueillie favorablement par les étudiants des deux promotions du Master :

« Le fait de travailler sur un sujet d’actualité comme la Covid-19 a surement créé une forme de synergie et un intérêt tout particulier pour le projet, alors que cette période n’était pas facile pour les enseignants et les étudiants. » (Thomas).

« Ce projet m'a appris que la collaboration et l'esprit d'équipe sont essentiels [...] et que le côté humain et l’ouverture d'esprit sont très importants pour mener à bien un projet. Ce qui est [valable aussi] dans le monde du travail » (Claire).

« On se rend compte que l'on a accumulé des compétences depuis ces dernières années d'études, et qu'on est capable de les mobiliser sur un tel un projet » (Frédéric).

Promo 2020 - 2021 Master MAP 3D/2D
Promo 2020 - 2021 Master MAP 3D/2D

Promotion 2020 - 2021 du parcours de Master 2 MAP 3D/2D
 

Un projet à ouvrir à d’autres Masters de Lyon 1 ?

Devant la bonne continuité établie sur les deux promotions de 2019 à 2020, les enseignants envisagent déjà la poursuite de ce projet sur d’autres aspects : test de respirabilité du masque et de filtration de particules biologiques, traitement virucide de la membrane, … En intégrant ces différentes caractérisations, cet enseignement du parcours de M2 MAP3D/2D pourrait converger vers un véritable prototype de masque médical exploitable.

Plusieurs étapes indispensables resteraient cependant à valider, ce qui nécessiterait de faire appel à d’autres expertises scientifiques développées à l’université. Par exemple en biologie pour le test de particules pathogènes.

L’équipe pédagogique espère ainsi voir naître des collaborations avec d’autres Masters de l’Université Claude Bernard Lyon 1. Une démarche qui ajouterait à cet enseignement un caractère inter-formations assez inédit.

« D’un point de vue organisationnel, ce serait assez novateur. A notre connaissance, il n’existe pas ou peu de projets communs entre Masters de cette ampleur, surtout dans des domaines traditionnellement éloignés comme les matériaux et la biologie » insistent les porteurs du projet.

A suivre donc avec la promotion 2021-2022 du Master MAP 3D/2D !

 

A propos du Master MAP 3D/2D

Découvrez ce parcours de Master 2 sur le site du Master Chimie et sciences des matériaux
 

Les laboratoires et plateformes :
Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (LMI - Université Claude Bernard Lyon 1/CNRS)

Institut de Chimie et de Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (ICBMS -  Université Claude Bernard Lyon 1/CNRS/INSA Lyon/ CPE Lyon)

Plateforme 3DFAB 

Publié le 30 août 2021 Mis à jour le 15 septembre 2021