Événement national gratuit promouvant la culture scientifique, technique et industrielle, la Fête de la Science a pour objectif de faire découvrir à tout public, grâce à des rencontres avec les différents acteurs du domaine scientifique, par le biais d’activités ludiques diverses, tous les domaines scientifiques,  des sciences dites exactes et des sciences humaines et sociales….

La 31e fête de la Science se déroulera du 7 au 17 octobre 2022 avec pout thématique : le changement climatique, atténuation et adaptation 

🌱 Cette année encore l'INSA Lyon s'est mobilisé. Conférences, visites, rencontres/débats ateliers, jeux, spectacles, nos associations étudiantes, nos laboratoires, nos départements de formation et la Bibliothèque Marie Curie de l'INSA de Lyon vous ont concocté un programme riche et varié s'adressant à différents publics à partir de 6 ans.

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https://www.fetedelascience-aura.com/

La greffe osseuse s’est largement développée ces dernières années pour soigner de nombreuses pathologies : fractures, tumeurs osseuses, ostéoporose... Le laboratoire MatéIS¹ travaille au développement d’un biomatériau innovant destiné à être injecté directement au cœur des tissus osseux endommagés : un ciment médical, en voie de devenir une solution de greffe moins invasive, durable et révolutionnaire. 

L’idée de consolider les os ne date pas d’hier. Une prothèse en bois, datée d’environ un millénaire avant notre ère, a ainsi été découverte au pied droit d'un squelette égyptien. Son ingéniosité et sa remarquable esthétique n’avaient rien à envier aux prothèses qu’on installait aux amputés jusqu’encore récemment : jambes de bois et autres crochets de fer vissés en lieu et place de mains disparues. Il faudra attendre la fin du 19^e siècle pour sortir de la logique essentiellement esthétique des prothèses, pour assister aux premiers pas de la greffe osseuse, c’est-à-dire la transplantation de tissu osseux, pour réparer une partie de notre squelette qu’un traumatisme, une maladie ou des difficultés articulaires auraient altéré. 

 
Un millénaire avant notre ère, les Égyptiens savaient déjà amputer et remplacer
un membre par une prothèse de bois et de cuir (University of Basel/Matjaž Kačičnik)

Une alternative synthétique à la greffe d’os
Si l’os est un organe constamment soumis à un processus de renouvellement de son tissu, l'ostéogenèse, cette capacité d’autoréparation, que nous voyons par exemple à l’œuvre lorsque nous appliquons un plâtre sur une jambe cassée, ne suffit parfois pas. Lorsqu’un traumatisme ou qu’une lésion est trop sévère et que le squelette ne parvient pas à se régénérer seul, des techniques de greffe ont été développées pour assister la régénérescence du tissu osseux. La plus répandue, l’autogreffe, consiste à prélever une section de squelette sur le patient et de la greffer sur la partie à réparer – cette technique présente l’avantage de ne pas provoquer de réaction immunitaire ou de rejet du greffon ; en revanche, elle nécessite plusieurs interventions chirurgicales sur le même patient et augmente - de fait - le risque de morbidité. Parfois, une allogreffe peut également être mise en place : il s’agit d’appliquer le même traitement, mais à partir d’un greffon issu d’un donneur (à la suite d’une pose de prothèse de hanche par exemple), qui peut parfois provoquer un rejet de la part du receveur.

Ajoutons que plus de deux millions de greffes osseuses sont exécutées chaque année dans le monde, que ce soit en chirurgie orthopédique, dans le cadre d’opérations associées à des maladies osseuses, ou encore pour des actes d’orthodonties ou de chirurgie maxillo-faciale². Dès lors, on comprend que la quantité de tissu osseux nécessaire à ces greffes, et les limites que peuvent présenter l’autogreffe et l’allogreffe, ont amené la communauté scientifique à développer des biomatériaux qui reproduisent les caractéristiques de l’os, à partir de matière première non-osseuse.

Sortir le ciment du BTP
« Un os est composé de 2/3 de céramique -apatite phosphocalcique- et d’1/3 d’eau et de composés organiques » rappelle Solène Tadier, la coordinatrice du projet SUN7 pour le laboratoire MatéIS. C’est justement cette partie céramique que les chercheurs tentent de synthétiser et reproduire, grâce à toute une gamme de céramiques à usage biomédical, dont le « ciment » fait partie. « Si on parle de ciment, c’est parce que, comme pour le génie civil, il s’agit de matériaux qui doivent être liquides ou visqueux pendant la durée de l'injection par le chirurgien, pour ensuite se transformer en matériaux solides au contact du tissu osseux à réparer », poursuit-elle. 

Le projet SUN7 s’intéresse justement à caractériser et à mieux comprendre ce processus de  solidification. « Nous étudions les réactions chimiques ainsi que les évolutions des propriétés mécaniques de la microstructure du matériau. Autrement dit, nous analysons finement l’évolution des propriétés du ciment, à toutes les étapes de sa transition d’une phase liquide à une phase solide ». Le protocole de recherche est très exigeant et représente un considérable défi scientifique : il s’agit d’analyser l’ensemble de ces caractéristiques en temps réel, à chaque échelle spatiale de la matière et en quelques minutes car certains ciments biomédicaux n’ont besoin que de 30 minutes pour prendre.

 
Évolution de la microstructure du plâtre, par tomographie aux Rayons X.
Les particules de la poudre réactive initiale (éléments les plus clairs) se dissolvent et laissent place à un réseau très fin d'aiguilles de plâtre³.

L’importance du projet SUN7 réside donc dans la compréhension et le contrôle de la transition liquide-solide du ciment, car la fenêtre est relativement limitée. En effet, Solène Tadier le précise, « il ne faut pas qu’il prenne « trop vite », pour que le chirurgien puisse avoir le temps de réaliser son geste. Il ne faut pas non plus que le ciment reste trop longtemps à l’état liquide ou visqueux, afin que le patient ne reste pas interminablement immobilisé ».

Accélérer la régénération osseuse 
Les ciments biomédicaux ont aussi le formidable pouvoir d'assurer deux fonctions médicales essentielles : la substitution et la guérison.
La fonction première de ce biomatériau sera, en effet, de prendre la place de l’os quand celui-ci est absent ou présente un défaut mécanique ; il pourra également servir d’accroche à un os quand le dommage se situe au niveau de l'articulation. La seconde fonction, consiste à délivrer des molécules de soin directement sur le site osseux endommagé. « Dans ce cas, grâce à sa capacité de résorption, le ciment aidera à la croissance d’un os néoformé naturel. », précise Solène Tadier. L’os est un matériau vivant, dont l’architecture organique complexe est encore impossible à reproduire à l’identique avec des procédés synthétiques. « En se résorbant, ces ciments phosphocalciques vont libérer des briques élémentaires, comme du calcium ou du phosphore, afin d’accélérer la reformation osseuse et remplacer temporairement un os le temps que celui-ci se régénère ». 
Sachant que notre squelette a besoin de 20 ans, en moyenne, pour se régénérer totalement, les biomatériaux s’avèrent de formidables et prometteurs outils dans la prise en charge des pathologies osseuses, en particulier grâce à leur propriété de catalyseur de l’ostéogenèse.

La bio impression 3D comme horizon
Plus généralement, les connaissances développées par l’équipe de Solène Tadier sont utiles dans d’autres cadres techniques, en particulier celui de l’impression 3D. Car, contrairement à d’autres céramiques qui nécessitent des traitements thermiques pour se consolider, ce ciment – une fois imprimé – va durcir et se solidifier tout seul. C’est intéressant d’un point de vue écologique, car cette technique de prise consomme peu d’énergie ; mais c’est aussi « intéressant d’un point de vue médical », indique la chercheuse. « Le fait de ne pas appliquer de traitement thermique à nos matériaux nous permet aussi d’y adjoindre des molécules biologiques d’intérêt », par exemple des cellules souches ou des facteurs de croissance adaptés à la pathologie osseuse. Ces bio impressions 3D vont permettre de fabriquer des prothèses résistantes, sur-mesure et qui se rapprochent le plus possible des caractéristiques naturelles des tissus osseux.
En améliorant les ciments biomédicaux, l’équipe du projet SUN7 agit directement sur la qualité de prise en charge des patients et augmente nos capacités de régénération osseuse. De quoi se faire de vieux os sans peine.

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[1] MATEriaux : Sciences et ingénierie (INSA Lyon, CNRS, Université Lyon 1

[2] : Substituts osseux. Fabienne Jordana, Catherine Le Visage et Pierre Weiss - Med Sci (Paris) 2017 ; 33 : 60–65.

[3] In-situ X-ray tomographic monitoring of gypsum plaster setting. J. Adrien, S. Meille, S. Tadier, E. Maire, L. Sasaki, Cement and Concrete Research 82, 107–116, 2016.

 

Une tragédie en 3 actes qui n’était malheureusement pas une fiction de théâtre : il y a dix ans, le Japon était frappé par une catastrophe naturelle et industrielle aux conséquences lourdes. Jean-Yves Cavaillé et ses collègues enseignants-chercheurs travaillaient à l’époque à entretenir les liens entre l’INSA Lyon et l’Université du Tohoku. Inquiets pour leurs collègues japonais, ils s’étaient rendus sur place quelques semaines après la catastrophe et avaient naturellement voulu prêter main forte, grâce à leurs expertises de recherche. Là où il semblait n’y avoir que des ruines, les chercheurs y ont vu autre chose. 

Mars 2021. La route nationale 6 qui relie Tokyo à Sendai laisse défiler les paysages sinistrés de la catastrophe vécue dix ans plus tôt. Le 11 mars 2011, en début d’après-midi, les tintements des carillons à vent avaient été recouverts par le grincement des structures métalliques des bâtiments résistant à la secousse. Les Japonais faisaient leurs courses, promenaient leurs enfants ou travaillaient, quand la terre s’est mise à trembler. « Ce jour-là, je me préparais pour venir à l’INSA, quand j’ai entendu au journal télévisé qu’un très gros tremblement de terre avait touché Sendai. Pendant plusieurs jours, j’ai suivi les événements sur les médias et j’ai attendu d’avoir des nouvelles de mes amis qui s’y trouvaient », explique Lucile Joly-Pottuz, enseignante-chercheure au laboratoire MATEIS¹. 

Malgré les gestes appris et répétés pour des habitants pourtant accoutumés aux secousses sismiques, la magnitude de 9,1 n’était pas habituelle. Sous les tables, près d’un mur porteur ou agrippée dans l’encadrement d’une porte, la population a vu sa terre déplacée de deux mètres. Ce n’était que le début du cataclysme. Une heure plus tard, c’est une muraille d’écume qui s’est abattue sur la côte nord-est du pays : l’énergie libérée par le séisme a fait entrer la mer, en pleine terre. La marée boueuse avait tout balayé, se jouant des véhicules, des arbres et des immeubles sur son passage. Il fallait certainement de la chance pour survivre à ce moment-là : gagner les hauteurs à temps ou se trouver dans le bon bâtiment.

 

Un édifice couché sur le flan, arraché de terre par le tsunami.

Jean-Yves Cavaillé, enseignant-chercheur au laboratoire MATEIS et co-directeur français du laboratoire international associé ElyT-lab², s’y était rendu après la catastrophe, inquiet pour ses collègues du Tohoku. « Plusieurs semaines avaient passé avant que nous puissions les rejoindre par avion. Sur place, les dégâts étaient effarants : il y régnait une atmosphère de fin du monde et le paysage était chaotique. Je me souviens d’un bâtiment couché sur le flan, qui avait été arraché à la terre par le flot de la vague. Il avait été déplacé d’une centaine de mètres », explique Jean-Yves Cavaillé, qui travaille depuis longtemps à structurer la coopération entre Lyon et l’université du Tohoku. 

Un cimetière de voitures, détruites ou rendues inutilisables par la catastrophe.

La malédiction ne s’en était pas arrêtée là. Un jour après le tsunami, c’est une vague de peur qui s’était abattue sur le pays : la centrale nucléaire de Fukushima avait vu trois de ses enceintes exploser, libérant leurs particules radioactives dans l’atmosphère. En surchauffe, les réacteurs n’avaient pas pu être refroidis par les dispositifs dédiés, ni par les moteurs diesel de secours endommagés par la vague haute de plus de quinze mètres. Depuis ce jour, « tenues anticontamination », « césium » et « radiations » sont devenus le quotidien des habitants de la région. « Je me souviens de l’ambiance, lourde, la première fois nous avions pu approcher de la centrale. Quand vous êtes sur place, vous êtes pris d’une certaine torpeur à l’idée de ce qu’ont vécu les Japonais. Les radiations sont invisibles mais très présentes à l’esprit. Tout ce qu’il y avait à voir, c’était un temps figé, et beaucoup de débris. Il y a des choses qui marquent, comme les employés en tenue de décontamination, la traversée des environs abandonnés dans la précipitation ou les enseignes de magasins qui ne tiennent plus qu’à un fil », se remémore Bernard Normand, aussi enseignant-chercheur au laboratoire MATEIS.

Le séisme a secoué les édifices et semé le chaos à l’intérieur des bâtiments, ici une école.

Toutes les télévisions du globe ne parlaient que de ça. La solidarité mondiale s’organisait et du côté de l’INSA Lyon, Lucile Joly-Pottuz portait une opération aussi utile que symbolique. « Il s’agissait de plier des origamis en forme de kabuto, le casque traditionnel des armures samouraïs et de les vendre au profit de la Croix-Rouge qui se chargeait de distribuer les fonds pour aider les sinistrés. Le kabuto est une forme d’origami, assez facile à réaliser qui représente bien la ville de Sendai dont le seigneur le plus important Date Masamune est connu pour son kabuto caractéristique. Avec l’aide de la direction des relations internationales, nous avions organisé cette opération, plié des origamis que l’on avait ensuite vendus sur le parvis d’un des restaurants du campus. Les étudiants et les personnels pouvaient les acheter pour les garder ou pour écrire des messages aux Japonais sinistrés », se remémore Lucile avec émotion.

Alors que la relation entre l’INSA Lyon et l’Université du Tohoku s’était intensifiée plusieurs années avant la catastrophe, les chercheurs lyonnais avaient aussi mis leurs compétences à profit. « On s’est demandé ce que l’on pouvait faire à cette époque. Nous leur avions proposé d’héberger une partie de leurs laboratoires chez nous, mais les Japonais voulaient rester sur place, pour réparer. Alors nous avons aidé à la réparation, avec nos moyens, soutenus par la Fondation INSA et l’Ambassade de France à Tokyo. Cette triple catastrophe touchait beaucoup de nos domaines de compétences : mécanique des fluides, matériaux, architecture et génie civil. Nous avions alors monté une série de workshops multidisciplinaires pour échanger sur les différents procédés et mettre en commun les techniques qui pouvaient aider à rebâtir des structures plus sécurisées », ajoute Jean-Yves Cavaillé, aujourd’hui professeur émérite. 

Depuis, les chercheurs lyonnais et japonais collaborent autour de leurs approches des risques naturels, foncièrement différentes. « Les séismes, le Japon sait très bien s’en prémunir, et c’est un pays dans lequel le risque est omniprésent. Le plus gros des préoccupations concernaient le tsunami : comment protéger les populations d’un danger si difficile à prévoir ? L’alerte annoncée trente minutes avant la vague, prévoyait trois mètres de hauteur. Elle en a fait plus de quinze. Aujourd’hui, le pays est confronté à un dilemme : construire des berges de trente mètres autour des côtés, ce qui ferait du territoire une prison, ou modifier les berges pour qu’elles puissent dissiper l’énergie de la vague si cela venait à se reproduire », explique le chercheur émérite.

La baie de Matsushima, dont les terres n’ont été que peu touchées
par la vague grâce à ses nombreux îlots. (© Adobe Stock)

Aujourd’hui, dans les 20 kilomètres de la zone rouge autour de la centrale de Fukushima Daiichi, la nature a grimpé le long des façades des maisons épargnées. Personne n’est autorisé à y habiter. Seuls quelques konbinis³ ont réorganisé leurs rayons pour permettre aux 5 000 salariés de travailler quotidiennement au démantèlement de la centrale. « Contrairement à la centrale de Tchernobyl qui a été cloîtrée dans un sarcophage de béton, la centrale de Fukushima Daiichi doit être entièrement démantelée. C’est une prouesse scientifique et technique que personne n’a jamais tenté », annonce Bernard Normand.

Le chantier, colossal devrait prendre plus de 40 ans. Depuis les dix dernières années, la radioactivité encore présente dans les cuves, est contenue par un système de refroidissement continu. C’est ainsi que le projet international de recherche collaborative intitulé PYRAMID⁴ a vu le jour, il y a 4 ans. « Pour démanteler, il faut attendre une baisse significative de la radioactivité. Pour cela, de l’eau est injectée dans le cœur des réacteurs en continu, puis stockée. Mais comme tout système de refroidissement, les tuyaux peuvent se corroder et fuir. En parallèle du système de gelée des sols mis en place pour éviter une quelconque contamination du sol et des nappes, l’équipe du projet PYRAMID, piloté du côté français par Philippe Guy enseignant-chercheur au laboratoire LVA⁵, s'est penchée sur les phénomènes de suivi de la corrosion des canalisations. Le consortium a développé des outils de suivi et à l’heure actuelle, nous avons quasiment terminé ce développement, notamment grâce à l’implication des experts en contrôle non-destructif de l’INSA Lyon. C’était notre pierre à l’édifice », enchaîne-t-il. « Modeste, la pierre, au regard de l’investissement de nos collègues et amis japonais », tient à préciser le chercheur à la tête de l’équipe « Corrosion et Ingénierie des surfaces » du laboratoire MATEIS. D’ici quarante ans, le Japon espère pouvoir évacuer les 900 tonnes de débris nucléaires emprisonnés dans le fond des cuves : un calendrier « très serré » selon les trois chercheurs qui s’accordent néanmoins à souligner l’impressionnante mobilisation des Japonais sur la question du démantèlement. 

Entre résilience et adaptation aux milieux sévères, la frontière est mince. Jusqu’où l’Homme sera-t-il capable d’aller, l’histoire de Fukushima ne le dit pas encore. En attendant, c’est à ce lieu où le temps semble figé, qu’il tente petit à petit de redonner vie à « l’île du bonheur⁶ ». 

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[1] Matériaux Ingénierie et Sciences (INSA Lyon/CNRS/Université Lyon 1)
[2] Engineering Science Lyon – Tohoku research network (CNRS/INSA Lyon/ECL/Université Lyon 1)
[3] Les konbinis sont des commerces de proximité, au Japon.
[4] Le projet PYRAMID est un projet international de recherche collaborative (PRCI), qui réunit des laboratoires publics français (MATEIS, LVA, CEA) et japonais (IFS et GSE à l'Université de Tohoku, GSST à l'Université Gunma), une Unité Mixte Internationale (ELyTMaX),et le CRIEPI, fondation de recherche à but non lucratif, soutenue par l'industrie électrique japonaise.
[5] Laboratoire de vibration et acoustique (INSA Lyon)
[6] Du japonais 福島, Fukushima, littéralement 福 fuku, « bonheur, fortune », et 島, shima, « île », c’est-à-dire « île du bonheur ou de la fortune ».

« À l’heure actuelle, des millions de personnes à travers le monde ont besoin d’une prothèse mais n’y ont pas accès en raison du coût matériel, du manque de ressources humaines expertes et de la difficulté à se déplacer dans un centre de santé. » Tel est le constat énoncé par Pierre Gallien, directeur innovation, impact & information d’Handicap International. 

La réadaptation physique et fonctionnelle est le premier sujet de recherche qui amorcera les collaborations scientifiques menées dans le cadre d’une alliance unissant le Groupe INSA et la Fédération Handicap International. Dans le cadre de la chaire de recherche et d’enseignement « Innovation for Humanity » lancée le 28 janvier prochain, les chercheurs de l’INSA auront pour objectif de répondre aux problématiques rencontrées par les équipes de l’organisation humanitaire. Abder Banoune et Jérôme Chevalier, tous deux impliqués dans cette chaire, expliquent comment la recherche peut participer à restaurer l’intégrité physique des personnes handicapées, avec une contrainte : celle de faire « avec ce qu’il y a sur place ». 

Dans le monde et selon l’Organisation Mondiale de la Santé, seulement 5% à 15% des personnes ayant besoin de technologie d’assistance (fauteuils, prothèses et orthèses, aides à la mobilité aides auditives et visuelles) y ont accès. Accompagner les personnes handicapées vers l’autonomie est le métier originel d’Handicap International, et malgré plus de 40 ans d’action, les défis humanitaires restent nombreux. Abder Banoune, spécialiste de la réadaptation physique au sein de l’ONG, explique. « L’une de nos missions fondamentales est d’accompagner des personnes victimes à récupérer une mobilité optimale. Nous intervenons principalement dans des pays frappés par des conflits, des catastrophes naturelles ou une extrême pauvreté et où l’accès à des prothèses ou des orthèses est rendu difficile. Aujourd’hui, pour rendre une prothèse disponible, nous avons besoin d’équipements lourds et d’équipes très qualifiées, ce qui est souvent incompatible avec les situations des pays dans lesquels nous intervenons. » 

Les promesses de l’impression 3D
 
Après des analyses de terrain, les équipes d’Handicap International ont réalisé le potentiel de l’impression 3D. Des projets pilotes ont démontré que cette technologie pouvait notamment répondre à une problématique logistique de taille. « Lorsqu’un patient a besoin d’un appareillage orthopédique, il doit se rendre dans un centre médical situé dans les grandes villes. S’il vit dans une zone rurale ou de montagne, l’accès au centre peut s’avérer compromis. L’impression 3D nous permet de nous rapprocher au plus près des personnes dans le besoin : avec un simple ordinateur et un scanner nous pouvons prendre les mesures physiologiques des patients et envoyer les données à un centre de fabrication dans les grandes villes. Mais pour ouvrir cette technologie à plus de personnes, nous avons ici besoin de la recherche », poursuit Abder.

Identifier des axes de recherche scientifique pour soigner plus de patients

Au cours des derniers mois, les laboratoires et les équipes les plus pertinentes sur le sujet de l’impression 3D de prothèses et orthèses ont été sollicités. Parmi les laboratoires identifiés, l’IMP¹, spécialiste des polymères ; le laboratoire MATEIS², expert dans le domaine des propriétés mécaniques et de la durabilité des matériaux ; et le LaMCoS³, pour son expertise sur la conception et la fabrication additive. « Avec Christophe Garcia, également porteur de la chaire, nous avons pour mission de traduire la feuille de route transmise par Handicap International en projets de recherche. Après avoir identifié les besoins, nous allons transformer chaque sujet en projets de fin d’études et en thèses de doctorat. Il est essentiel d’impliquer les étudiants, d’une part car ils sont très demandeurs de ces sujets porteurs de sens et d’autre part parce qu’ils ont aussi de belles idées qui méritent d’être développées », dit Jérôme Chevalier, enseignant-chercheur adjoint à la direction de la recherche de l’INSA Lyon et porteur de la chaire. 

De l’optimisation de la prothèse imprimée…

Pour les chercheurs, la question est donc posée : comment optimiser l’impression 3D de prothèses et d’orthèses, pour soigner plus de patients dans le besoin ? De l’élaboration à la résistance des matériaux, en passant par la durabilité des composants ou l’optimisation des formes et des architectures, les challenges scientifiques sont nombreux. « D’abord, nous souhaiterions travailler à l’optimisation des prothèses en elles-mêmes. Aujourd’hui, elles sont fabriquées par thermoformage et avec des matériaux qui ne sont pas toujours disponibles dans les pays d’intervention d’Handicap International. La fabrication additive par impression 3D permet d’étudier de nouvelles possibilités de formes et d’évaluer l’utilisation de matières premières accessibles localement », explique Jérôme Chevalier également chercheur au laboratoire MATEIS.

… à une imagerie médicale adaptée.

Dans un second temps, c’est la question de l’imagerie qui sera traitée par les équipes de chercheurs. « Pour fabriquer une prothèse de façon classique, il faut reproduire la partie du corps faisant défaut avec un moule de plâtre. Aujourd’hui, dans les pays d’intervention, ce matériau une fois utilisé, est directement jeté. Le recyclage des déchets induits par la fabrication de prothèses et d’orthèses est un vrai sujet. L’impression 3D limiterait la production de déchets, voire permettrait de réutiliser certains déchets plastiques. Nous pourrions aussi imaginer prendre les mesures physiologiques sur place, directement avec l’appareil photo d’un téléphone portable au lieu d’un scanner. À partir de cela, il n’y aurait plus besoin de plâtre. Pour arriver à cela, nos équipes devront travailler à la traduction de l’empreinte 3D en modèle pour les imprimantes », poursuit l’enseignant-chercheur. 

Quatre années pour la recherche au service de causes humanitaires

Alors que le premier volet de la chaire de recherche unissant l’INSA et Handicap International commence à prendre corps, « Innovation for Humanity » ne s’arrêtera pas en si bon chemin. Signée pour 4 ans minimum, la collaboration donnera lieu à des recherches sur l’utilisation de drones pour déminage, l’analyse d’images et de données et plus généralement l’apport des sciences numériques, avec pour même objectif de faire émerger des enjeux scientifiques aux problématiques rencontrées sur le terrain par les équipes de l’organisation internationale. « Le monde évolue, il doit en aller de même pour nos formations et notre recherche. L’humanitaire doit également profiter de nos recherches », conclut Jérôme Chevalier.

 

 

¹ Laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (CNRS / UdL / Lyon1 / UJM / INSA Lyon)
² Matériaux : ingénierie et sciences (INSA Lyon/ CNRS / Lyon 1)
³ Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (INSA Lyon / CNRS / UdL)

Maître de conférences à l’Imperial College London, Florian Bouville n’imaginait pas qu’une telle carrière s’offrirait à lui lorsqu’il n’était encore qu’un jeune étudiant en IUT. En intégrant l’INSA, sa vision va se transformer, et lui permettre de se réaliser dans un parcours auquel il n’avait pas pensé. Portrait. 

Depuis deux ans, Florian Bouville enseigne dans un établissement prestigieux du Royaume-Uni, l’Imperial College London. Récemment, il a décroché une subvention du conseil européen de la recherche, European Research Council Starting Grants, une bourse des plus difficiles à obtenir dans un univers concurrentiel exacerbé. Aujourd’hui, il peut préparer la constitution d’une équipe de recherche pour mener des travaux sur 5 ans, sur la thématique qui lui tient à cœur : fabriquer des matériaux en céramique moins fragiles.
« L’idée est d’inventer de nouveaux procédés pour rendre les céramiques tellement peu fragiles qu’elles deviendraient déformables et augmenter leurs possibilités d’applications. Les matériaux en céramique sont très résistants à la corrosion et durables, mais ils ont une fragilité qui ne permet pas de les employer autant qu’ils pourraient l’être. Le projet est de parvenir à programmer la structure des matériaux en éléments capables de s’imbriquer parfaitement et ainsi leur permettre de résister à la fissuration », explique l’enseignant-chercheur.
Pièces de moteur, implants biomédicaux, boîtier de téléphone ou enveloppe d’ordinateur sont autant de possibilités ouvertes à un tel procédé s’il parvenait à porter ses fruits.

Ce choix de la céramique, Florian Bouville l’a fait à l’INSA Lyon, lorsqu’il était élève-ingénieur au département sciences et génie des matériaux (SGM). Il découvre alors ce matériau et en perçoit tout le potentiel aux côtés de Jérôme Chevalier, alors directeur du laboratoire MatéIS¹ et Sylvain Meille, professeur et responsable de l'équipe Céramiques et Composites à MatéIS.
« Je travaillais sur un projet avec une entreprise sur les substituts osseux et j’ai eu le déclic. Mais je n’avais pas du tout envie de faire une thèse à l’époque ! Démarrer l’INSA était déjà quelque chose de très satisfaisant pour moi qui venait d’un IUT Mesures Physiques. Je visais le master pour trouver ensuite un poste d’ingénieur dans l’industrie », raconte Florian. 
Au contact de Jérôme Chevalier et Sylvain Meille, le jeune homme envisage petit à petit l’idée d’entamer une thèse, mais toujours dans l’optique de travailler avec le monde de l’entreprise. « J’ai trouvé une offre chez Saint-Gobain, à Cavaillon, pour démarrer une thèse en partenariat avec l’INSA, cette fois avec Eric Maire du laboratoire MatéIS. Et c’est là que mes perspectives ont vraiment changé : je me suis rendu compte que je préférais la partie recherche à celle du développement dans mes travaux de thèse. Cette expérience est très importante parce qu’elle m’a apporté la culture de la recherche en entreprise et l’aptitude à travailler avec des industriels. Les délais sont différents, tout comme les équipes et les moyens associés. Mais j’ai pris goût à la recherche pure, et la suite de mon parcours allait prendre un autre tournant : il me fallait faire les bons choix pour m’ouvrir un maximum de portes dans ce monde-là », souligne Florian, qui raconte avec modestie la suite de son parcours extraordinaire.
Doctorat en poche, il poursuit son parcours à l’ETH, l’école polytechnique fédérale de Zürich, pour un post-doc des plus formateurs. Là, il rentre en contact avec l’équipe du Centre for Advanced Structural Ceramic à l’Imperial College, à Londres. Il ne sait pas encore que c’est grâce à ce lien que quelques années plus tard, il saisira l’opportunité de postuler à l’Imperial College London, pour un poste d'enseignant-chercheur nouvellement ouvert. « Ironie du sort, ma compagne a elle aussi saisi une opportunité à Londres, elle qui travaille dans la recherche privée. Nous sommes donc londoniens depuis deux ans », précise Florian, très heureux de sa situation.

Dans son nouvel environnement, Florian a pris ses marques rapidement. « L’imperial College et l’INSA ont quelques similitudes, comme le point commun de placer le bien-être de l’étudiant et son développement au centre de sa formation, au-delà de l’excellence technique qui est un prérequis de base », partage l’enseignant-chercheur.
« Si j’ai un message à faire passer aux insaliens, c’est de profiter des années où ils sont sur le campus, qui pour moi ont été parmi les meilleures de ma vie. C’est un cadre où on apprend énormément, où on développe sa personnalitét. C'est une étape fondatrice dans le parcours d’une vie », ajoute le brillant professeur.
« La diversité présente sur le campus, l’éthique, l’ouverture d’esprit et l’humanisme qui ont régné autour de moi pendant mes années d’études ont changé mes perspectives de carrière », conclut-il.

¹ Matériaux : ingéniérie et science (INSA Lyon / CNRS / Université Lyon 1)

Recherche. Annie Malchere, Bérangère Lesaint et Thierry Douillard du laboratoire MATEIS (Matériaux, Ingénierie et Science, INSA Lyon/CNRS/Lyon1) ont reçu la médaille du cristal collectif du CNRS pour leur investissement quotidien au sein de la plateforme de microscopie, le CLyM.

Conférences. Dans le cadre de la Fête de la science du 2 au 12 octobre 2020, le département biosciences organise en partenariat avec la bibliothèque Marie Curie et le service culturel, un cycle d’exposition et conférences sur les thèmes suivants : « Les défis de l’agriculture de demain » et « Identification des criminels par leurs empreintes génétiques »

Diversité. Trois étudiants ayant bénéficié depuis le lycée du programme CAP’INSA ont fait part de leur expérience à la ministre déléguée chargée de la ville, Nadia Hai, à l’occasion de sa venue à Vaulx-en-Velin. Ils sont aujourd’hui tuteurs du dispositif mené par le centre Gaston Berger de l’INSA Lyon.

Bourses d'excellence. Victorien Aviles (2FIMI), jeune développeur chevronné d’applications numériques et Taha Boussaid (4GEN), très investi dans la vie associative insalienne ont été récompensés par une bourse d’excellence américaine. La Fondation américaine Ametek soutient les étudiants à haut potentiel avec une forte implication dans leur domaine d’études.
 

Doctorante en deuxième année au laboratoire MATEIS¹ et professeure vacataire au département FIMI, Mathilde Maillard est également l’animatrice des podcasts « Bien dans ma thèse ». Représentante des doctorants de son laboratoire à l’École Doctorale Matériaux², elle a dû réagir tout de suite pour accompagner ses collègues doctorants dans la continuité de leurs travaux de recherches, à distance. Podcasts ou rendez-vous live, elle a pris à bras le corps les problématiques auxquelles sont confrontés les doctorants confinés : organisation de travail bouleversée, vie académique à l’arrêt et motivation parfois en rémission. Interview.
 
Vous êtes actuellement doctorante en deuxième année au laboratoire MATEIS. Le confinement a bouleversé les quotidiens de chacun. Comment vous êtes-vous préparée à aborder le travail d’une doctorante confinée sereinement ? 
Il a fallu s’organiser pour gérer cette période car, contrairement à l’idée reçue, le doctorant n’est pas un scientifique isolé qui travaille toujours dans son coin ! On travaille en équipe, au sein d’un laboratoire de recherche alors, il a fallu que je réfléchisse à un nouveau plan. Je travaille sur une technique de fabrication additive pour des applications biomédicales. Comme la plupart des doctorants de deuxième année, je n’en suis pas encore à la phase de rédaction de ma thèse mais bien aux essais d’impression 3D, en laboratoire. J’aurais dû effectuer des manipulations pour générer les données qui valideront mes écrits, alors mes travaux sont très impactés par le confinement. Cependant, c’est une situation de laquelle j’essaie de tirer parti au maximum, notamment en développant mes podcasts, « Bien dans ma thèse », destinés aux doctorants et aux futurs doctorants. Aussi, je continue à me former à travers des formations en ligne. Comme le dit mon directeur de thèse, Jérôme Chevalier, c’est surtout une situation qui nous permet, pour une fois, de prendre de la hauteur vis-à-vis de nos sujets de thèses, beaucoup de recul, et de se plonger dans la recherche bibliographique pour maîtriser encore plus tous les aboutissants de notre domaine. Il faut garder le cap !
 
En collaboration avec Le Grand Labo, un média scientifique en ligne pour chercheurs et jeunes chercheurs, vous avez lancé, depuis l’annonce du confinement, « SOS Téléthèse », un live vidéo à destination des doctorants, comme vous, confinés. L’outil numérique est-il une réponse adaptée à la situation des thésards ?
Pour la recherche, tout n’est pas totalement substituable via le télétravail, comme les manipulations qui nous sont désormais impossibles. La plupart des évènements académiques ont aussi été annulés et c’est une vraie lacune pour nous car ils nous permettent d’avoir de nouvelles idées, de présenter nos travaux de thèses et surtout d’établir notre réseau entre doctorants et chercheurs. « SOS Téléthèse » est une solution qui permet de fédérer la communauté et maintenir un lien virtuel entre doctorants et jeunes chercheurs partout en France. Ça n’est pas nécessairement une réponse complète aux problématiques des doctorants confinés, mais nous savons que cela aide beaucoup de gens à se recentrer sur leurs travaux car il est parfois difficile d’y voir clair, notamment en terme d’organisation. La volonté derrière ce live est aussi de créer un espace de partage, moteur de motivation et source d’information. En parallèle, j’ai créé un espace Discord qui permet actuellement à 750 doctorants de tous les horizons de partager des ressources, d’échanger et de surtout de se soutenir, c’est important. D’ailleurs, s’il y a des doctorants qui nous lisent, n’hésitez pas à nous rejoindre !
 
En février, vous avez donné naissance à « Bien dans ma thèse », un programme de podcasts qui a pour but de casser certains clichés sur le doctorat et de parler du diplôme. En temps de confinement, le podcast est tendance. De quoi traite celui que vous animez ?
Avant de me lancer dans l’aventure doctorale il y a deux ans, je me suis aperçue qu’il y avait un réel manque d’informations sur le quotidien et les débouchés du diplôme. Comme beaucoup de gens, j’avais beaucoup d’idées reçues : « Le doctorant est un loup solitaire qui n’a pas de vie sociale », « Il n’y a pas assez de postes académiques » ou « Il faut être plus intelligent que la moyenne », des opinions dans lesquelles je ne me reconnaissais pas. Maintenant, me voilà doctorante et j’ai vraiment envie de déconstruire ces clichés. Le doctorat permet d’avoir un diplôme certes, mais c’est une véritable expérience professionnelle et « Bien dans ma thèse » a pour vocation d’apporter de l’information sur le déroulement d’un travail de thèse. D’ailleurs, beaucoup d’étudiants en Master 2 me questionnent régulièrement sur le sujet, car si on ne va pas chercher l’information, personne ne nous la donne vraiment. Le podcast a le vent en poupe et c’est un média très agile à pratiquer, il suffit presque d’un micro, d’un ordinateur et d’un invité. À travers des portraits de docteurs et doctorants de différents horizons, j’essaie d’apporter un peu de nouveauté en déconstruisant cette fausse image que l’on a de la recherche doctorale (et de ses doctorants). D’ailleurs, je prépare un épisode spécial confinement, alors restez connectés !

¹Matériaux Ingénierie et Sciences (UMR 5510), INSA Lyon/CNRS/Université Lyon 1
²ED 34

Les initiatives de dons avaient rapidement émergé, avant même que le confinement soit annoncé. Masques, blouses ou gants : les laboratoires ont spontanément fait état de leurs stocks pour distribuer leur matériel de protection individuelle aux personnels hospitaliers, démunis face à la pénurie de matériel indispensable à leur protection contre le Covid-19.

Depuis les laboratoires de recherche…
Laurent Kodjikian et Xavier Armoiry, praticiens hospitaliers et chercheurs au laboratoire MATEIS¹, avaient tiré la sonnette d’alarme bien avant le début du confinement. « La lutte sanitaire n’en est qu’à ses balbutiements et nous sommes déjà en pénurie de certains matériels de protections individuelles médicales dans nos hôpitaux respectifs », avait prévenu Laurent. Rapidement, l’équipe du laboratoire de recherche s’est organisée pour fournir à l’Hôpital de la Croix-Rousse, en première ligne pour le combat contre le Covid-19, des masques, des gants, des blouses à usage unique et des sur-manches. « Ce sont des équipements que nous utilisons régulièrement au cours de nos manipulations en laboratoire. Nous ne pouvions pas rester sans rien faire face au tsunami qui s’annonçait », explique Jérôme Chevalier, chercheur et enseignant au département Sciences et Génie des Matériaux. L’initiative de collecte s’est organisée très rapidement pour faire face à l’urgence du besoin en matériel. « Cette collecte a rapidement pris de l’ampleur, avec la participation de laboratoires de la fédération INGELYSE et du Carnot Ingénierie@Lyon. C’est rapidement devenu un élan collectif impliquant plusieurs laboratoires et établissements », ajoute Jérôme.

…jusqu’au département FIMI,
L’élan de solidarité a soufflé jusqu’au département FIMI² où deux techniciens de la plateforme de travaux pratiques de chimie, Hervé Humbert et Blanche Pasquier, ont confectionné du gel hydro-alcoolique dès le début du mois de mars. « Au début, il s’agissait surtout de le mettre à disposition des élèves dans les salles de TP. Une fois le confinement annoncé, j’ai été autorisé à venir sur le site pour vérifier la sécurité du matériel scientifique. J'en ai profité pour conditionner la cinquantaine de litres de gel et l’ajouter à la cargaison de MATEIS », indique Philippe Steyer, professeur de Chimie et responsable de la plateforme.

en passant par la Chine.
Même depuis la Chine, les Alumni INSA se sont mobilisés. Yahui Zhu, ingénieure INSA et Dan Ye, représentante de l’INSA à Shanghai, sont à l’origine de la collecte de 17 600 masques. Par solidarité pour leur pays de cœur qui fait face à une situation au goût de déjà-vu pour elles, Yahui et Dan se sont organisées pour la collecte et l’envoi de masques. « Nous étions dans la même situation que la France il y a seulement quelques mois. Nous savons à quel point les hôpitaux manquent cruellement de protections individuelles et il nous a semblé très important de leur venir en aide. C'est une période très dure et il est important de s’entraider », explique Dan Ye.
Tout est parti d’un message adressé à l’ancienne étudiante de l’INSA Lyon. « J’ai reçu plusieurs sollicitations sur les réseaux sociaux, d’étudiants et d’Alumni INSA Chinois, qui avaient eu écho de la situation sanitaire en France. En collaboration avec l’Ambassade de France à Shanghai, nous avons obtenu l’accord d’envoyer des masques de protections aux hôpitaux français grâce aux nombreux dons d’anciens étudiants Chinois de l’INSA, Sciences Politiques et de l’ESSEC. Nous avons essuyé quelques déboires avec la logistique et les problématiques administratives et la première livraison n’a pas pu encore avoir lieu, à notre grand désespoir. Mais nous sommes sur le pied de guerre pour faire partir notre cargaison de masques et de protection dans le prochain avion ! », ajoute Yahui.

De l’importance d’organiser les initiatives
Pour le moment, les donations en matériel de protection ont été faites en urgence aux Hospices Civils de Lyon (Hôpital de la Croix-Rousse et l’Hôpital Mère-Enfant) et au CHU de Saint-Étienne. De nombreuses initiatives ont rapidement suivi, comme celles de Centrale Lyon, l’Institut de Chimie de Lyon, l’Université Gustave Eiffel, l’Université Jean Monnet et Polytech-Lyon. « Les personnels hospitaliers ont accueilli notre livraison avec beaucoup d’émotion et de gratitude. ‘Au front’ contre la maladie, ils ont été très reconnaissants de la spontanéité du geste et nous savons que le matériel a été utilisé très rapidement. Ces premiers dons ont été une première étape et il est important qu’ils s’inscrivent dans la durée : ils se sont mis en place de façon plus ordonnée et coordonnée par les établissements qui organisent aujourd’hui’hui des collectes et des dons de plus grande envergure. L’action collective a fonctionné et elle peut encore le faire », appelle Jérôme Chevalier.

Merci aux laboratoires MATEIS, INL, Creatis, LMFA, LaMCoS, BF2i, Carmen et les départements FIMI, Génie Mécanique et Biosciences pour leurs dons de masques et matériel de protection.

¹ Matériaux Ingénierie et Sciences (UMR 5510)
² Formation Initiale aux Métiers d’Ingénieur

Sous les mains gantées du souffleur de verre, le cristal amorphe se dirige vers la flamme. En fusion, le verre devient une masse visqueuse, pareil à du miel orangé. L’artisan, en dirigeant son souffle à travers une paille souple, façonne l’un des matériaux les plus intrigants de la physique des solides. 
Composé de silice, le verre utilisé dans les usages domestiques courants ne se déforme plastiquement qu’à très haute température. Et si désormais, le verre pouvait être malléable à température ambiante ? Au sein du laboratoire Matériaux, Ingénierie et Science (MATEIS), une équipe de chercheurs a développé un verre capable d’être étiré et déformé à basse température, sans casser. De quoi donner lieu à une publication dans la prestigieuse revue scientifique « Science ». Explications de Lucile Joly-Pottuz, enseignante-chercheure au laboratoire MATEIS¹ et au département Sciences et Génie des Matériaux de l’INSA Lyon.

La ductilité d’un matériau, c’est-à-dire sa capacité à être étiré sans se rompre, tient au déplacement des atomes qui le composent. Le verre de silice, le plus commun, est un solide fragile. Pour comprendre ces caractéristiques antinomiques, il faut se pencher sur la composition du verre à l’échelle atomique. Son organisation est en réalité semblable à celle d’un liquide : les atomes sont répartis sans réelle organisation. Et pourtant, il est un matériau solide. Contrairement au verre utilisé pour les usages courants, le verre caractérisé par Lucile Joly-Pottuz et ses collègues n’est pas composé de silice. « Notre verre est formé d’oxyde d’aluminium, aussi appelée alumine (Al2O3). Des chercheurs de l’Institut Italien de Technologie de Milan ont utilisé un système d’ablation laser pulsé pour déposer l’alumine en fine couche atomique, d’une épaisseur de 50 nanomètres. En plaçant le verre d’alumine dans l’un des microscopes électroniques à transmission du consortium Lyon Saint-Etienne de Microscopie (CLYM), nous avons pu soumettre notre nouveau matériau à des tests mécaniques à température ambiante et quantifier son évolution pendant la déformation. Nous avons pu constater qu’il pouvait subir une déformation viscoplastique sans casser », explique l’enseignante-chercheure.

Cette découverte a été initiée par Erkka Frankberg, doctorant finlandais en séjour à MATEIS à l’époque des travaux de recherche. Grâce à lui, des travaux de modélisation numérique ont été menés à l’Université de Tampere. Les chercheurs ont ainsi découvert les mécanismes atomiques responsables de cette ductilité. « Nous avons observé des modifications de liaison des atomes. Lorsque l’on soumet le matériau à une contrainte mécanique, les atomes absorbent l’énergie du mouvement et réarrangent leurs liaisons en entraînant une déformation. La densité et le fluage visqueux permettent la déformation plastique de notre verre d’alumine », poursuit Lucile Joly-Pottuz.
Le projet international, partagé principalement entre l’Italie, la Finlande et la France, pourrait permettre de concevoir un nouveau matériau, non plus fragile comme il l’est actuellement, mais résistant comme un métal capable de s’adapter aux potentielles contraintes physiques exercées. Terminés l’écran de smartphone brisé ou la vitre de parebrise fissurée par un petit gravier ? Pour l’équipe, il faudra être encore patient. « Notre verre est encore trop petit pour prétendre à des applications industrielles pour le moment. Les films testés font 2 mm sur 2 mm et la difficulté pour le fabriquer à plus grande échelle sera de fournir des films d’alumine sans aucun défaut susceptible de fragiliser le matériau. Un travail de théorisation et de compréhension des mécanismes microscopiques nous attend », conclut l’enseignante-chercheure.

 

¹UMR 5510 (INSA Lyon/CNRS/Université Lyon1)

IN-SITU est une semaine d’événements dédiée à l’innovation et qui a pour objectif de mettre en valeur tous les services, structures et initiatives des établissements d'enseignement supérieur permettant aux acteurs socio-économiques d’innover en partenariat avec l’Université de Lyon.

Cette semaine thématique regroupera plusieurs dizaines d’événements disséminés sur l’ensemble des campus des établissements de l’Université de Lyon, ainsi qu’un challenge d’innovation, un colloque scientifique, une remise des prix ou encore des campus tours.

Nous listons ici les évènements se déroulant sur le campus de la Doua - Villeurbanne où l'INSA Lyon est particulièrement impliqué.

Mercredi 27 novembre 2019

• Docteurs et entreprises, osez faire le grand saut ! A partir de 18h30
• Journée Ingénierie@Lyon - De 10h30 à 16h
• Le CEI D’INSAVALOR, un lieu propice à votre développement : témoignages - De 18h à 19h

Jeudi 28 novembre 2019

• Innovation et CND : suivi et durabilité des structures - de 9h à 13h
• Visite de PROVADEMSE, plateforme technologique d’INSAVALOR dédiée à la valorisation des déchets et au développement des écotechnologies - de 17h à 18h
• Pratiques de l’innovation : retours d’expériences et approches pédagogiques croisées entre le monde du management et le monde de l’ingénierie - de 13h30 à 16h30
• Au coeur de la plateforme ILMTech-bâtiment AXEL’ONE : Fabriquer et caractériser des matériaux : du médical à l’aéronautique - De 14h à 15h
• Comment les Junior-Entreprises peuvent-elles vous accompagner dans la réalisation de vos projets ? - à partir de 15h
• Campus tour Lyontech-la Doua : accéder aux différents services aux entreprises (r&d, formation continue, hébergement-implantation) - de 13h à 16h30

Vendredi 29 novembre 2019

• Visite du Pôle S.mart RAO – Plateforme technologique académique et Centre technique de l’innovation MECA3D dans l’ industrie du future - de 9h à 11h

Mardi 2 décembre 2019

• Visite guidée de la plateforme CTMU : les spécialistes de la microscopie électronique et confocale - de 8h30 à 10h30 
• Visite guidée de MATEIS, laboratoire de Science et Génie des Matériaux - de 10h30 à 11h30
• Intelligence Artificielle et deep learning : mythes et réalité - 18h à 20h

Mercredi 3 décembre 2019

• Atelier découverte des machines du fablab de la Pré-Fabrique de l’Innovation - de 15h à 16h et de 16h30 à 17h30
• La Blockchain et l’entreprise, promesses et enjeux - de 9h à 17h00

Jeudi 4 décembre 2019

• La créativité comme outil de Management : atelier pratique de découverte des méthodes de créativité à Lyon - de 9h à 12h
• Présentation de la plateforme technologique Nanolyon et visite de l’espace technologique - de 10h30 à 11h30 et de 11h30 à 12h30