Concentrateurs d'oxygène économiques

Le nouveau virus conquiert le monde. Plus le nombre de personnes infectées par le Sras-CoV-2 sera élevé, plus il y aura de cas avec une évolution grave de la maladie. Dans ces derniers, le virus pénètre jusqu'aux voies respiratoires inférieures, ce qui pousse le système de défense de l'organisme à attaquer les tissus pulmonaires atteints. Les patients et patientes souffrent alors de difficultés respiratoires.

"Lorsque la moitié de la surface des poumons est endommagée, il faut deux fois plus d'oxygène dans l'air respiré pour que le corps soit suffisamment approvisionné en oxygène", explique Wendelin Stark, professeur à l'Institut de génie chimique et biologique et directeur du Functional Materials Lab de l'ETH Zurich. Comme il n'existe pas encore de médicaments efficaces contre le Covid-19, les personnes concernées doivent si possible survivre à la maladie jusqu'à ce que les sympt?mes disparaissent au bout de deux à trois semaines. "L'oxygène permet d'acheter du temps", explique Stark.

Un autre goulot d'étranglement en plus des masques

Il appara?t déjà clairement qu'il y a une pénurie croissante de masques et de respirateurs. Mais Stark craint qu'avec la propagation rapide du virus, une nouvelle pénurie se fasse jour : "Une analyse rigoureuse montre qu'il faut davantage d'appareils capables d'enrichir l'oxygène. Surtout aussi dans les pays à faible revenu, comme le Proche-Orient ou l'Afrique, où il n'y a que peu de places de traitement en médecine intensive".

Les chercheurs de l'ETH poursuivent deux stratégies différentes dans ce domaine. D'un c?té, Samuel Hess et Elia Schneider, qui ont tous deux effectué leur doctorat chez Stark, misent sur une nouvelle technologie membranaire. Celle-ci leur permet de séparer des molécules de tailles différentes. "La taille des pores de notre membrane peut être réglée avec précision, ce qui rend notre technologie de plateforme polyvalente", explique Hess. Unisieve AG, la spin-off de l'ETH avec laquelle Hess et Schneider commercialisent la technologie membranaire, dispose déjà d'une membrane qui sépare l'oxygène de l'azote. L'équipe d'Unisieve transforme maintenant cette membrane en cartouches qui peuvent enrichir l'oxygène au moyen d'air comprimé.

D'un autre c?té, Stark et son équipe con?oivent des concentrateurs d'oxygène aussi simples et économiques que possible en réponse à la pandémie. "Nous sommes motivés par le fait qu'en tant qu'ingénieurs, nous pouvons contribuer à améliorer la situation", explique Stark. "Nous avons déjà créé plusieurs prototypes que nous développons et améliorons actuellement", ajoute Robert Grass, co-pilote de Stark dans ce projet. "Sur le site web du projet, nous publions nos plans de construction et nos vidéos dans le but que les concentrateurs d'oxygène puissent être reproduits dans presque n'importe quel endroit du monde, avec des matériaux disponibles partout".

Des salles de loisirs transformées en laboratoires

Comme les appareils commercialisés, les prototypes de Stark et de son équipe contiennent des colonnes remplies d'un matériau appelé zéolithe de lithium X. Les colonnes ont des pores très petits. Ce matériau possède de très petits pores et une structure chimique spéciale, de sorte que les molécules d'oxygène de l'air passent à travers, mais que les molécules d'azote sont retenues. Il suffit donc de faire passer de l'air par pulsation à travers la colonne pour enrichir l'oxygène dans le mélange gazeux.

Le problème, c'est que la zéolithe X au lithium est chère - et n'est proposée que par des entreprises hautement spécialisées. Stark et son équipe ont donc fabriqué eux-mêmes ce matériau microporeux à partir d'un agent de séchage et de piles au lithium, chez eux, dans leur salle de loisirs transformée en laboratoire de recherche temporaire. Stark et ses collaborateurs ont calculé que trois bonnes batteries d'ordinateur portable permettent d'obtenir suffisamment de lithium pour un service de patients.

Solutions locales

Celui qui peut construire lui-même des appareils respiratoires n'est pas tributaire des cha?nes d'approvisionnement mondiales, sur lesquelles on peut moins compter que d'habitude en période de crise Corona. Stark mise donc sur des solutions locales : "Dans les pays à faible revenu, il existe une culture du bricolage et de l'atelier très développée - et beaucoup de gens habiles et intelligents. J'ai bon espoir qu'avec nos instructions, ils puissent produire de l'oxygène de manière décentralisée, même dans des endroits reculés".