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Rapidité, précision et bas coût : l'impression 3D séduit de plus en plus le milieu médical

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Une cinquantaine de médecins, ingénieurs, développeurs sont chargés de faire tourner les imprimantes 3D acquises par l'AP-HP. Ils tablent sur une production de 300 pièces par jour.
Une cinquantaine de médecins, ingénieurs, développeurs sont chargés de faire tourner les imprimantes 3D acquises par l'AP-HP. Ils tablent sur une production de 300 pièces par jour.
© Maxppp - Luc Nobout / IP3 Press

Les hôpitaux de Paris (AP-HP) misent désormais sur l'impression 3D pour répondre au manque urgent de matériel dans la crise du Covid-19. Cette technique, aussi appelée "fabrication additive", est déjà bien implantée pour de la chirurgie maxilo-faciale, orthopédique ou pour des soins dentaires.

Depuis ce vendredi 3 avril, grâce à de l'impression 3D, les hôpitaux de Paris peuvent subvenir à certains besoins urgents de matériel sanitaire pour répondre à la pandémie de Covid-19. Ces dernières semaines, différents laboratoires français ont fabriqué des visières de protection ou des embouts pour respirateurs de leur propre initiative. Ces pièces sont-elles fiables ? Les professionnels de santé sont régulièrement secondés par de la "fabrication additive" qui est très encadrée et contrôlée dans le milieu médical, et même plus largement.

Une fabrication "additive"

Prothèses de hanche, dents, gouttières dentaires, implant cochléaire (auditif), substituts osseux, etc. La liste des appareils médicaux fabriqués à l'aide d'imprimantes 3D et de ce qu'on appelle la "fabrication additive" est longue. Elle est additive, et non soustractive comme l'est la méthode traditionnelle, car des couches sont superposées les unes sur les autres pour réaliser le produit final, le tout piloté par un ordinateur. Plusieurs matières vont êtres utilisées mais principalement du plastique (souvent des polymères comme l'ABS ou le PLA) et du métal (titane, acier ou cobalt-chrome).

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Dans le domaine médical, la "fabrication additive" supplée le praticien "depuis au moins une dizaine d'années, pour ma part" assure Roman Hossein Khonsari, chirurgien maxilo-facial de l'hôpital Necker à Paris. Une discipline pionnière dans cette technique, selon lui, car "le cœur de notre travail réside dans la reconstruction des visages. Cela demande donc une très grande précision pour déplacer les os. Les scanners que nous réalisons permettent d'avoir une vue tri-dimensionnelle du crâne du patient opéré. Ensuite, nous concevons des guides chirurgicaux sur-mesure que nous positionnons ensuite sur le squelette afin d'obtenir des informations sur les mouvements osseux que nous voulons faire". Il prend pour exemple l'opération de Philippe Lançon, chroniqueur à Charlie Hebdo et victime des attentats de janvier 2015, qui raconte en détail dans "Le lambeau" toutes les interventions chirurgicales qu'il subit. Pour le Dr Khonsari, les imprimantes 3D font partie du quotidien des chirurgiens : "On fait un guide de coupe qu'on pose sur la jambe pendant l'opération et on sait exactement où il faut couper de façon à obtenir les bons angles. Ça vous fait facilement gagner 45 minutes de travail et c'est comme cela que les chirurgiens ont pu remplacer une partie de la mâchoire de Philippe Lançon." La "fabrication additive" n'assiste pas seulement les médecins mais elle devient également une méthode de traitement à part entière avec la bio-impression de cellules.

En savoir plus : Philippe Lançon, l’écriture et la vie

Une évolution dans le sens de la médecine ?

Avec la rapidité d'exécution et le faible coût, la précision est l'un des atouts majeurs de la "fabrication additive"" car l'imprimante reproduit au millimètre près le programme que l'ingénieur, ou le praticien, insère. "La technologie 3D est totalement adaptée car si vous voulez remplacer une dent, on recrée votre dent et on peut faire pareil pour les mains et les prothèses. Depuis quelques années, les scientifiques pratiquent même une médecine encore plus personnalisée en imprimant des cellules", remarque Jean-Claude André, l'un des ingénieurs à l'origine du premier brevet français sur la "fabrication additive", en 1984.

Si certains dentistes ou chirurgiens préfèrent apporter l'empreinte scannée sur le patient directement aux entreprises spécialisées et déléguer la préparation, d'autres n'hésitent pas à acheter "des imprimantes 3D ainsi que la matière qui va avec, comme par exemple les laboratoires dentaires ou des spécialistes comme les podologues", note le directeur général de Prodways, Olivier Strebelle, l'un des leaders français dans l'impression 3D. Cette filiale du groupe Gorgé, dont 40% de l'activité porte sur le secteur médical, produit près d'un million de pièces par an pour ce domaine. Selon lui, la numérisation progressive de la médecine entraîne forcément une utilisation plus importante de la "fabrication additive" : 

La digitalisation de la médecine oblige les spécialistes à travailler de plus en plus avec des imprimantes 3D car tout leur travail est scanné. Prenons par exemple un orthodontiste : avant, il prenait directement l'empreinte de la dent sur le patient et il réalisait manuellement les gouttières d'alignement dentaire. Aujourd'hui, après avoir scanné la mâchoire, son logiciel lui propose vingt étapes de réalignement de dents et nous les réalisons. L'autre avantage est aussi financier car la fabrication manuelle coûtait 30 à 40% de plus.

Les 60 imprimantes 3D de l'AP-HP sont placées dans une mini-usine établie dans le parc de l'Abbaye de Port-Royal.
Les 60 imprimantes 3D de l'AP-HP sont placées dans une mini-usine établie dans le parc de l'Abbaye de Port-Royal.
- Roman Hossein Khonsari

Pour ce type d'appareil, il faut compter deux à trois jours, de la réalisation du scanner à la réception du produit, d'après Olivier Strebelle. Cette réactivité intéresse justement les hôpitaux de Paris pour pallier le manque d'équipements provoqué par la pandémie de Covid-19. Depuis mercredi dernier, l'Assistance Publique-Hôpitaux de Paris (AP-HP) dispose de 60 imprimantes 3D pour concevoir rapidement et massivement des visières de protection, des masques, des raccords, des poignées de porte sans contact ou encore des valves pour respirateurs. Un projet intégralement financé par le géant français du luxe Kering, d'après le Dr Roman Hossein Khonsari, du salaire des ingénieurs jusqu'au matériel utilisé. L'Agence générale des équipements et produits de santé (Ageps) communique chaque jour la liste des produits manquants aux ingénieurs qui les réalisent. "Nous sommes capables de renvoyer des pièces moins de 48 heures après la réception de la liste", avance ce chirurgien qui a également opéré à l'hôpital de la Pitié-Salpêtrière. Dans ce cas précis, chercheurs et médecins s'accordent pour mettre en garde sur l'usage réel de ces pièces d'appoint qui ne remplacent pas les masques FFP2.

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Ces dernières semaines, de nombreux laboratoires de fabrications (Fablab) ont spontanément conçu ce matériel complémentaire pour l'offrir au personnel soignant partout en France. Tout est réalisé en plastique, "ce qui convient parfaitement puisque les pièces en question ne sont pas ou très peu sollicitées en terme de force, de chargement ou de température. Ce ne sont pas des équipements que l'on va tordre, ni sur lesquels on va appuyer", reconnaît Éric Charkaluk, directeur de recherche CNRS au Laboratoire de mécanique des solides de l'École Polytechnique de Palaiseau. Les chercheurs travaillent, eux-aussi, de plus en plus avec des imprimantes 3D et deviennent plus autonomes grâce à cette technique. Thierry Bastien est responsable de la plateforme de prototypage qui conçoit les dispositifs expérimentaux de la Faculté biomédicale de l'Université de Paris : 

L'arrivée de l'impression 3D a été vécue comme un vrai atout et, aujourd'hui, on répond à la moitié de nos besoins en matière grâce à cela. Moi-même, je travaille la plupart de mon temps sur ces appareils pour fournir du matériel aux chercheurs. Mais cela demande un niveau de compétence et un cadre bien précis, à commencer par le lieu où fonctionnent ces imprimantes. Il faut une pièce bien ventilée et placer une protection autour de l'appareil.

A Paris aussi, Roméo, un adolescent de 14 ans, a même lancé une fabrique de visières de protection chez lui grâce à des imprimantes 3D :

En une semaine, Roméo a réussi à produire chez lui, avec des imprimantes 3D, près de 200 visières de protection. Reportage pour France Info de Sophie Delpont

1 min

Des normes et des contrôles très stricts

En 2013, des chercheurs de l'Illinois Institute of Technology (IIT) à Chicago et de l'Institut National des sciences appliquées (Insa) ont publié une étude dans laquelle ils mesurent les particules ultrafines émises lors de la fonte des thermoplastiques (PLA et ABS dans lequel on retrouve la styrène, un agent classé cancérigène) utilisés pour former les couches. Ces recherches ont été menées dans une pièce climatisée de 45m³ d'une entreprise spécialisée dans l'impression 3D. Ils ont relevé des émissions de ces particules entre 15 et 116 nanomètres, des chiffres "comparables à ceux d'activités banales comme la cuisson, la consumation de bougies, la consommation de cigarettes ou l'impression laser", note Brent Stephens, le responsable de cette étude, au Monde. Les scientifiques concluent en invitant à la prudence "quand les imprimantes 3D sont utilisées dans des environnements non-ventilés ou pas assez filtrés".

Hormis cela, la "fabrication additive" est très réglementée et des normes existent depuis plusieurs années. L'Afnor, l'Agence française de normalisation, a réuni une centaine de représentants (d'entreprises, d'agences de contrôle, de chercheurs) se sont réunis pour "identifier les particularités de cette technique, les mettre sous contrôle et fournir un guide de bonnes pratiques aux fabricants des pièces et matériaux pour le domaine médical", indique Éric Baustert, président de la commission de normalisation Afnor sur la "fabrication additive" et également responsable R&D chez Volum-e, une entreprise spécialisée dans l'impression 3D.

Les entreprises sont aussi contrôlées "tous les ans par un organisme indépendant référencé par l'Union européenne et qui réalise des audits. Il vérifie tout : nos fiches de fabrication, les matériaux, leur recette de composition, leur traçabilité mais aussi ils sont très pointus sur la fiabilité des sous-traitants qui nous vendent les matières premières, détaille Olivier Strebelle, directeur général de Prodways. Il y a des produits que nous avons dû enlever et nous avons mis trois mois pour leur trouver des substituts, car les nouvelles normes les avaient rendus 'toxiques'." Il précise que tous ses employés portent des masques FFP2 et FFP3 pour travailler sur les imprimantes 3D.

À Mladá Boleslav, en République Tchèque, le constructeur automobile Škoda fabrique des masques FFP3 et des respirateurs grâce à l'impression 3D.
À Mladá Boleslav, en République Tchèque, le constructeur automobile Škoda fabrique des masques FFP3 et des respirateurs grâce à l'impression 3D.
© AFP - Michal Cizek

Ces normes et contrôles sur la matière permettent d'avancer que "la durée de vie de prothèses en titane, utilisées notamment pour les hanches, ne présentent aucun risque de se désagréger ou d'évoluer car elles ne sont pas sollicitées par notre organisme. Elles tiennent dix à quinze ans et sont remplacées uniquement parce que le corps humain change, cela n'a rien à voir avec le matériau de base. Elles sont largement dimensionnées pour tenir dans le temps et il existe des centaines de tests réalisés dans des laboratoires qui ont démontré cela", affirme Éric Baustert. L'occasion pour lui de rappeler que les différentes initiatives venant des Fablab répondent à l'urgence et sont louables mais que ce matériel n'est pas contrôlé et qu'il devrait être soumis à l'autorisation du ministère de la Santé et à l'avis favorable d'un comité d'éthique. "Pour une visière de protection, ça ne pose pas de problème a priori, en revanche pour une valve de respirateur, c'est beaucoup plus important", alerte-t-il.