Le savoir-faire technique rencontre l'aide humanitaire
Des ingénieurs du Feasibility Lab de l'ETH développent, en collaboration avec le CICR, une prothèse de jambe dont la pièce d'usure peut être facilement remplacée. Cela permet d'augmenter la durée de vie. A l'avenir, davantage de victimes de mines pourraient être équipées d'une telle prothèse.
En 2019, au moins 5554 personnes ont été victimes d'une mine antipersonnel dans le monde, selon le dernier rapport de la "Campagne internationale pour l'interdiction des mines antipersonnel". La plupart sont des civils dans des zones de guerre et près de la moitié sont encore des enfants. Plus de 2000 victimes de mines sont mortes, 3357 ont été grièvement blessées. Beaucoup de survivants ont perdu leurs jambes à cause de l'explosion - ou ont d? les amputer en raison des blessures. Pour eux, le Comité international de la Croix-Rouge (CICR) a mis en place des centres dans les zones de conflit, dans lesquels les personnes amputées d'un membre sont équipées de prothèses. En 2018, 12'412 personnes concernées au Pakistan, en Irak, en Afghanistan et dans de nombreux autres pays ont ainsi re?u une prothèse et retrouvé une partie de leur mobilité.
Laboratoire d'innovation dans le domaine de la santé
Fin 2019, les responsables du CICR ont contacté le Feasibility Lab de l'ETH avec une question de principe : comment la qualité de vie des porteurs de prothèses pourrait-elle être améliorée sans augmenter le co?t de ces dernières ? "Nous sommes précisément là pour répondre à ce genre de questions pratiques dans le domaine de la santé", explique Stephan Fox, directeur du laboratoire, rattaché au groupe du professeur de l'ETH Mirko Meboldt. "Nous voulons développer de nouvelles idées et tester leur application dans la pratique à un stade de développement très précoce". En collaboration avec le Design Technology Lab de l'ETH et la Haute école des arts de Zurich (ZHdK), Fox a enthousiasmé pour le projet deux étudiants en bachelor issus des filières d'études de génie mécanique de l'ETH et de design industriel de la ZHdK. Une réunion de lancement a ensuite eu lieu début 2020 dans les ateliers du CICR à La Chaux-de-Fonds.
Le CICR a en effet développé ses propres prothèses et mis en place une cha?ne de distribution pour celles-ci. Les prothèses de jambe se composent en principe de deux parties : une tige, par laquelle la prothèse est fixée au moignon de la jambe, et un pied pour le Contact avec le sol. Les pieds standardisés en polypropylène souple sont fabriqués en différentes tailles dans l'atelier de La Chaux-de-Fonds. De là, ils sont envoyés dans le monde entier dans des zones de conflit où des collaborateurs locaux prennent en charge des victimes de mines dans des centres du CICR. La tige de la prothèse y est également produite et adaptée à la physionomie des personnes concernées. Les pieds fabriqués en Suisse sont vissés sur place à la tige, ajustés et soudés durablement à celle-ci.
Chaque vis pèse dans la balance
Pendant le coup d'envoi, Fox et les étudiants ont appris que l'adaptation et l'ajustement du pied et de la tige étaient très exigeants et prenaient beaucoup de temps. C'est pourquoi ils ont d'abord voulu développer un nouveau système pour cela. "Mais nous nous sommes vite rendu compte que cela co?terait beaucoup trop cher, car pour le CICR, le co?t de chaque vis supplémentaire pèse lourd", explique Fox. L'organisation a fixé le prix maximum pour la fabrication des prothèses entre 250 et 350 dollars US par pièce et a ensuite optimisé l'ensemble du processus de production. "Notre idée suivante était la suivante : si le processus d'ajustement est si co?teux, la durée de vie de la prothèse doit être la plus longue possible". Dans le cas d'amputations jusqu'en dessous du tibia (amputations à long moignon), la prothèse entière doit généralement être remplacée au bout d'un an seulement. La poussière, la chaleur, l'humidité et les tempêtes de sable mettent le matériel à rude épreuve. L'usure est surtout importante au niveau des pieds, car ils sont la plupart du temps en contact avec le sol. Pour les remplacer, les personnes concernées doivent souvent venir de loin pour se rendre au centre du CICR.
L'équipe a alors développé une solution simple mais efficace : un système permettant de remplacer les pieds usés indépendamment de la tige. Pour ce faire, ils ont con?u une quille en forme de bec de canard en plastique dur, qui se fixe à l'extrémité inférieure de la tige de la prothèse. Au lieu de souder les pieds à la tige, ils sont simplement enfilés sur la quille et collés temporairement. Si les pieds sont usés, ils pourraient être détachés de la quille à la vapeur d'eau et remplacés, selon l'idée. "Nous rendons la pièce d'usure interchangeable et multiplions ainsi par trois la durée de vie de la prothèse", explique Fox. L'équipe a fabriqué la nouvelle quille et les pieds adaptés à l'aide d'une imprimante 3D, démontrant ainsi la faisabilité de principe du système.
Plus de bénéficiaires avec la même infrastructure
"Les réactions de nos partenaires du CICR ont été très positives", raconte Fox. "Ils apprécient particulièrement le fait que le nouveau système s'intègre dans les structures d'atelier bien établies". Les adaptations nécessaires à l'introduction à grande échelle de telles prothèses auraient lieu avant tout dans l'atelier du Jura. Il faudrait y utiliser de nouveaux moules d'injection pour la fabrication de la quille et des pieds (tous deux de tailles différentes). En revanche, les centres du CICR dans les zones de conflit pourraient travailler avec les mêmes outils et le personnel existant, qui serait formé en vue du nouveau système. Comme la tige ne devrait plus être changée que tous les trois ans, le personnel actuel du CICR pourrait fabriquer environ trois fois plus de prothèses à long moignon - et aider ainsi des victimes de mines supplémentaires. Le remplacement de la partie du pied est beaucoup plus simple que la fabrication d'une nouvelle tige de prothèse. C'est pourquoi on pourrait imaginer à l'avenir des centres mobiles dans des bus qui rendraient visite aux porteurs de prothèses dans des villages reculés et remplaceraient les pièces usées sur place.
Actuellement, le CICR se concerte sur la manière de procéder avec le nouveau système de prothèse. La prochaine étape consisterait à développer des prototypes pour une utilisation pratique. Ceux-ci devraient ensuite être certifiés afin de pouvoir être testés par les personnes concernées. Les chercheurs ont déjà anticipé certains tests normatifs. Ils ont par exemple vérifié virtuellement si le nouveau système de connexion était suffisamment stable pour que le pied prothétique ne glisse pas en cas de charge. Les résultats ont été prometteurs et l'équipe part du principe que le système répond aux critères des appareils médicaux.
Pour Fox, les plus grands défis à relever pour une introduction globale du nouveau système sont les conditions parfois défavorables sur place. Les prothèses doivent résister à la fois au sable, à l'humidité, à la chaleur et au froid. A cela s'ajoute le fait que "notre système doit être au final au moins aussi confortable pour les sponsors que le système existant, et dans l'idéal encore plus confortable". Fox espère maintenant une réponse positive du CICR, afin que son équipe puisse poursuivre le développement l'année prochaine.