De l’espace dans votre cœur

Un cœur artificiel avec une technologie issue du spatial
5 décembre 2013

Un cœur artificiel incorporant une technologie spatiale miniaturisée va bientôt battre à l’intérieur d’une personne – les essais sur l’homme ont été approuvés par la France.

Les maladies cardio-vasculaires ayant tué 100 millions de personnes rien que dans les pays développés, et les demandes de transplantation dépassant très largement les dons, la fabrication d’un cœur artificiel est devenue depuis un demi-siècle le Graal de la médecine cardio-vasculaire. 

Fruit de la vision d’un chirurgien cardiaque, le professeur Alain Carpentier, cette prothèse est le résultat de quinze années de collaboration avec le géant de l’aérospatiale Astrium, la filiale spatiale d’EADS. Le professeur Carpentier a fondé en 2008 grâce à EADS la compagnie Carmat en essaimage pour terminer le travail.  

Croiser la technologie spatiale avec la nature

Le professeur Carpentier

En combinant les compétences uniques du professeur Carpentier, renommé mondialement pour avoir inventé les valves cardiaques les plus utilisées aujourd’hui, et l’expérience d’Astrium dans la construction de satellites, Carmat a produit cette année son premier cœur complètement artificiel. 

Le secteur spatial possédait en fait les ingrédients dont avait besoin Carmat. En travaillant en étroite collaboration avec des ingénieurs spécialisés dans les satellites, la société a mis en application l’expertise d’Astrium dans la construction de véhicules spatiaux pour garantir la précision et la longévité nécessaires à un cœur humain artificiel. 

Confectionné en partie à base de tissus biologiques et en partie à base d’équipements satellites miniatures, le dispositif combine les dernières avancées en médecine, biologie, électronique et science des matériaux pour imiter un véritable cœur.

35 millions de battements de cœur grâce au spatial

Le cœur Carmat

L’équipe a du construire un dispositif qui peut supporter les conditions difficiles du système circulatoire du corps, et pomper 35 millions de fois par an pendant au moins cinq ans, sans erreur. Ils avaient besoin du meilleur en terme de fiabilité, et la réponse est venue des méthodologies de conception, des stratégies de test, et du savoir-faire pour l’électronique embarquée à bord des satellites. 

“L’espace et l’intérieur de votre corps ont beaucoup en commun,” déclare Matthieu Dolon, responsable du développement des affaires pour l’usine d’équipements d’Astrium à Elancourt, et qui travaille en étroite collaboration avec Carmat sur le cœur. 

« Tous les deux sont des environnements rudes et inaccessibles.”

Satellite de télécommunications

Les satellites de télécommunication sont construits pour survivre quinze ans livrés à eux-mêmes dans l’espace, à 36 000 kilomètres au-dessus de la Terre. Même si le cœur est plus proche qu’un satellite, il est tout autant inaccessible. 

« L’échec n’est pas une possibilité dans l’espace, et la maintenance sur site non plus. Si un composant casse, nous ne pouvons pas aller le réparer. C’est la même chose à l’intérieur du corps. » 

De la même manière, les ingénieurs spatiaux ne tolèrent aucune interruption ou bogue dans leurs composants électroniques. Dung Vo-Quoc, membre de l’équipe qui a conçu une partie de l’électronique vitale du cœur, précise : “Si votre satellite cesse de fonctionner pendant le premier tir au but de la coupe du monde de football, c’est décevant. Mais si un cœur cesse de battre pendant cinq secondes, c’est fatal. 

“Nous nous efforçons de faire en sorte que chaque composant fonctionne comme prévu pendant la durée de vie du dispositif. 

De l'électronique issue du spatial pour un cœur

C’est ce besoin de fiabilité à long terme qui rend le seuil de qualité pour l'électronique spatiale plus élevé que dans tout autre domaine. Chaque composant doit être testé soigneusement pour s'assurer qu'il résistera à l'épreuve du temps, même dans les conditions les plus difficiles. Rien n'est laissé au hasard. 

Chacun des 900 minuscules composants du cœur Carmat doit fonctionner parfaitement. Comme ils le feraient pour les satellites, l'équipe a utilisé des technologies de modélisation et de simulation numérique avancées et développé des bancs d'essai de dernière génération pour réaliser des analyses approfondies. 

Pour le directeur technique de Carmat, Marc Grimmé, ce fut une révélation, “Je n’avais pas réalisé à quel point les tests sont exigeants pour les véhicules spatiaux. Je savais que barre était haute dans le secteur militaire, mais elle est encore plus haute dans le spatial.”

Homologué pour greffe humaine

Cette rigueur fut payante. La Haute Autorité de Santé a jugé la prothèse suffisamment fiable pour autoriser les premiers implants humains dans trois hôpitaux agréés à Paris. Les médecins peuvent maintenant commencer à sélectionner les quatre premiers patients sur lesquels l’essai sera fait. 

“Le compte à rebours a commencé pour la phase suivante”, explique Marc Grimmé. “C'est un peu comme arriver au camp de base sur l'Everest et obtenir l'autorisation de se diriger vers le niveau suivant. C'est très excitant et très émouvant.”

L’espace imite la vie

Valves cardiaques

L’un des défis était de créer un cœur qui battrait comme un véritable cœur, et qui accélérerait et décélérerait suivant les efforts fournis par son propriétaire. Le secteur spatial avait là-aussi la réponse. 

Basés sur des technologies développées pour les projets spatiaux européens, les petits dispositifs électroniques dans le cœur artificiel sont l'équivalent de ceux présents sur le bus d'un satellite de télécommunications. 

“Comme le cœur, un satellite doit réagir de sa propre initiative à ce qui se passe autour de lui”, explique Matthieu Dollon. 

“Il a un cerveau, l'ordinateur de bord, qui récolte des informations provenant de capteurs sur l'endroit où il se trouve dans l'espace et son environnement, tels que sa position ou la température. Il commande ensuite au satellite d’exécuter des fonctions, par exemple pointer une antenne vers la Terre, ou tourner ses panneaux solaires vers le Soleil ”.

Le cœur contient la même technologie, mais en cent fois plus petite. Des capteurs de haute technologie détectent le niveau d’effort du patient et transmettent l’information à un minuscule ordinateur.  Celui-ci commande aux moteurs sans balais de la taille d’un dé de pomper plus vite ou moins vite, ce qui permet d’envoyer plus ou moins d’oxygène dans le corps, et de réguler la pression sanguine suivant le niveau d’activité du patient.

Un autre obstacle était de fabriquer un cœur que le corps peut accepter plus facilement. Des cœurs artificiels précédents ont présenté des complications, les matériaux synthétiques  utilisés déclenchant la formation de caillots sanguins qui peuvent se loger dans le cerveau et causer des accidents vasculaires cérébraux. La prothèse Carmat surmonte cela en utilisant un péricarde –  la membrane qui entoure le cœur –   d’origine animale et chimiquement traité pour réduire la réaction immunitaire du patient. 

Le dispositif comprend deux chambres séparées par une membrane fabriquée avec des tissus biologiques sur le côté en contact avec le sang du patient, et en polyuréthane de l’autre côté. Le système de pompage miniaturisé comprenant moteurs et fluides hydrauliques peut changer la forme de la membrane. Des matériaux biologiques sont également utilisés pour les valves artificielles crées par le professeur Carpentier. 

“La fusion de technologies spatiales avec les sciences médicales et biologiques pour créer un organe qui peut potentiellement sauver des vies n’est pas seulement un exploit d’ingénierie humaine, ” déclare Claude-Emmanuel Serre de Tech2Market. 

“C’est également un superbe exemple du fait que les technologies avancées et l’expertise issues du secteur spatial ont des bénéfices concrets pour notre vie sur Terre. ”

Le Réseau de Transfert de Technologies de l’ESA

Tech2Market est le partenaire français du Réseau de Transfert de Technologies de l’ESA, mis en place par le Programme de Transfert de Technologies dans 13 pays européens pour permettre à des industries qui ne travaillent pas dans le secteur spatial de trouver des solutions parmi les milliers de technologies disponibles issues du spatial.

Alors que débutent les premiers essais cliniques du cœur Carmat, M. Dollon ajoute “C’est un peu comme regarder le lancement de votre tout premier satellite sur une fusée, en encore plus émouvant.” 

Si les satellites sont des dispositifs commerciaux, un cœur, c’est avant tout donner la vie : “Si ce cœur né de la fusion d’un matériau biologique et de technologies issues du spatial peut aider des gens à mieux vivre, alors nous pouvons tous nous sentir très fiers de cette réalisation.”

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