Les fab labs apportent des solutions concrètes et locales à la crise du Covid-19

Par Kevin Lhoste, chargé de recherche et d'enseignement, Responsable du Makerlab au CRI, Institut des Défis, Université de Paris et CRI., Université de Paris

Le 28 mars, le gouvernement français annonçait une commande de plus d'un milliard de masques à la Chine, qui arriveront d'ici fin juin. En attendant, les fab labs et les makers se mobilisent pour aider les soignants à faire leur travail dans de bonnes conditions.

Le but des fab labs est de concevoir des solutions à des problèmes locaux et de permettre l'essaimage de ces solutions à l'échelle mondiale grâce à une logique d'ouverture passant par la documentation et le partage. Avec des communautés très distribuées, il est parfois difficile d'essaimer, mais plusieurs projets innovants démontrent la force de la démarche, comme les prothèses imprimées en 3D et, en ce moment même, les visières contre le Covid-19.

Dès le début de l'épidémie en Europe début mars, il était clair qu'une pénurie de masques et d'équipements de protections individuels allait se produire. Le 19 mars, Josef Prusa - icône de la culture maker - publiait un design de visière de protection : un serre-tête imprimé en 3D, une feuille de plastique et une bande élastique pour le maintien. Il insistait sur le fait que les makers devaient être très vigilants et appelait à leur responsabilité : une protection inefficace est plus dangereuse qu'une absence de protection car elle donne une impression de fausse sécurité. Prusa Research a donc fait valider son design par le ministère de la santé tchèque - sans certification cependant.

Deux aspects importants doivent être pris en compte pour un matériel médical : il ne doit pas gêner le professionnel de santé dans sa pratique et il doit être compatible avec les processus hospitaliers de stérilisation. De plus, le procédé de fabrication doit garantir que les équipements de protection ne sont pas contaminés par le SARS-CoV-2.

Inspiré par le design de Prusa et grâce aux efforts de documentation et de discussion avec le corps médical, les makers ont adapté l'initiative aux besoins locaux et aux ressources disponibles.

Dès le 30 mars, la Youtubeuse héliox a mobilisé sa communauté en expliquant comment imprimer des visières en 3D, avec plus de 82 000 visières distribuées à ce jour. Des professionnels de santé ayant besoin de visières et les particuliers possédants des imprimantes 3D sont en contact via une multitude de plate-formes : des équipements de protections sont donnés aux travailleurs exposés grâce à un système de cagnotte pour rembourser l'achat des consommables (comme le filament plastique qui sert d'" encre " aux imprimantes 3D). Les fab labs institutionnels s'équipent, par exemple l'APHP et l'Université de Paris. Le réseau français des fab labs estime que 250 000 visières ont été produites.

La YouTubeuse Heliox explique comment fabriquer une visière grâce à une imprimante 3D.

L'impression 3D d'une visière prend entre 30 minutes et 3 heures. Afin d'augmenter les capacités de production, les makers utilisent un autre outil classique des fab labs : la découpeuse laser. Par exemple, plusieurs centaines de visières par jour peuvent être fabriquées sur le modèle folded by volumes.

La limite principale de ce modèle local est l'approvisionnement en matières premières non produites localement : toutes les machines sont inutiles si on ne peut les approvisionner en matériaux. En temps normal, il suffit d'un clic pour recevoir sous 2 jours une bobine de filament pour impression 3D. Alors que nous visons une production décentralisée, nous sommes en fait très dépendants de la circulation globalisée de marchandises. Le recyclage de matières plastiques permettrait de limiter le besoin en matière première des fab labs, mais cette solution n'est pas adaptée dans un contexte d'épidémie. Des " meta-collectifs " de tiers lieux se forment à Paris ou à Mumbai pour centraliser les demandes de visières et pour mutualiser recherche, développement et ressources. Des industriels contribuent aussi en faisant des dons de matières premières.

Il existe également une limite en termes d'échelle de production : les machines des fab labs sont adaptées pour le prototypage. Fabriquer des dizaines de milliers de masques demande un temps de main d'ouvre très important pour alimenter les machines en matériaux et assembler. Pour de plus grosses productions (plusieurs millions d'unités par semaines), des machines industrielles sont nécessaires, mais ces machines nécessitent un temps de calibration pour leur mise en route, des approvisionnements en matière première importants et n'ont pas la flexibilité des machines de prototypage.

Afin d'être adaptées au terrain, les innovations doivent absolument être construites en collaboration étroite avec des personnels médicaux. Au début de la crise, il y a eu beaucoup de temps perdu car chaque fab lab développait son modèle de visière et sollicitait des retours de personnels médicaux. Désormais, des organismes de santé publique aux États-Unis et l'APHP en France proposent des banques de fichiers imprimables en 3D et validés d'un point de vue sanitaire. Les CHU peuvent aussi valider localement les dispositifs qui leur sont proposés. Face aux stocks de matières premières transformables par les fab lab qui diminuent et à la production industrielle planifiée d'ici quelques semaines, une coordination entre les différents acteurs serait nécessaire pour assurer la continuité des approvisionnements en visières.

Alors qu'il sera peut être nécessaire de porter un masque-barrière pour sortir dans quelques semaines, l'AFNOR propose maintenant une documentation complète pour leur fabrication, y compris artisanale - une exposition forcée à l'esprit du " faire " dont on peut espérer qu'elle aura des conséquences positives et durables sur les comportements de consommation.

Les respirateurs nécessitent un gros effort de recherche et de développement de la part de la communauté des makers : bien concevoir un équipement de protection est déjà une tâche complexe alors qu'il n'y a aucune partie active ; concevoir un respirateur est beaucoup plus risqué et complexe, avec des contraintes en termes de fiabilité. La publication d'une fiche de spécifications requises peut faire gagner beaucoup de temps et orienter l'innovation ouverte vers de bonnes solutions.

La pandémie a fait apparaître un manque massif de respirateurs par rapport à la demande mondiale : aux États-Unis par exemple, il y a environ 173 000 respirateurs et les chercheurs estiment qu'en fonction de l'évolution de l'épidémie cela représenterait entre 1,4 et 31 patients par respirateur.

Des docteurs vérifient le taux d'oxygénation d'un patient Covid-19 portant le masque adapté de Decathlon à l'hôpital Maria Pia de Turin le 7 avril..Marco Bertorello/AFP

En Italie, en pleine épidémie, des médecins et ingénieurs d'une start-up ont imprimé des pièces de respirateur indisponibles, connectant un masque de snorkeling grand public en respirateur de fortune à une machine qui envoie l'air au patient.

Le projet de recherche E-vent (emergency ventilator) du MIT utilise un ballon de premier secours normalement actionné à la main, et lui ajoute un moteur pour la compression et des capteurs pour détecter les paramètres de la ventilation. Un autre projet convertit des respirateurs utilisés pour l'apnée du sommeil en respirateurs d'appoint. En France, un collectif de designers travaille à la conception et au prototypage d'un respirateur à coût minimal - le MUR qui se branche sur une arrivée d'air et permet de contrôler les différents paramètres de ventilation.

Le prototype MUR permet de contrôler les paramètres de ventilation. Le Club Sandwich Studio

Dans ce contexte, l'innovation ouverte est nécessaire car elle permet de générer rapidement de multiples solutions locales qui se pollinisent. L'étape suivante est la sélection et le renforcement des solutions les plus optimales. L'open source favorise la pérennité du projet : si un fabricant fait faillite par exemple, les fichiers et savoir-faire documentés permettent de poursuivre la fabrication. L'open source offre aussi la possibilité de reconfigurer le matériel en cas de changement du type de besoin, ce qui permet d'éviter des écarts entre les besoins et les commandes.

On peut espérer que cette crise va impulser un mouvement collectif durable de recherche autour des équipements médicaux open source. Alors que ce genre d'innovation frugale est nécessaire dans des pays qui disposent d'équipements médicaux de pointe, elle sera sans doute encore plus utile à développer, documenter et partager dans des pays qui ne disposent pas de respirateurs.

Publié en partenariat avec The Conversation, cet article fait partie de la série " Les belles histoires de la science ouverte " publiée avec le soutien du ministère de l'Enseignement supérieur, de la Recherche et de l'Innovation. Pour en savoir plus, visitez le site Ouvrirlascience.fr.