L’invention, présentée début janvier au salon des innovations électroniques de Las Vegas, le Consumer Electronics Show, a fait parler d’elle. Alors que la vague du variant Omicron déferle dans le monde entier, le masque « Airxôm » promet une protection « active » contre les risques viraux et infectieux et la pollution atmosphérique. 
Trong Dai Nguyen, ingénieur INSA diplômé du département génie mécanique et docteur du laboratoire LMFA¹ a rejoint la start-up lyonnaise en 2020. Cet expert en mécanique des fluides revient sur les enjeux techniques et les limites d’un tel produit.

Le masque Airxôm a fait une arrivée tonitruante lors du salon CES Las Vegas. En quoi consiste l’appareil ?
C’est un dispositif portable de purification d’air, le premier masque actif du monde, qui permet de protéger les individus contre les particules fines, les composés organiques volatiles, les virus et les bactéries. Concrètement, le masque possède plusieurs niveaux de protection. D’abord, il filtre l’air entrant et sortant puis il décontamine et détruit les particules grâce à la photocatalyse. Il est composé de deux filtres : le premier neutralise les virus et les bactéries et le second détruit les particules résiduelles polluantes en émettant des rayons UVA sur un catalyseur. C’est la raison pour laquelle il est utilisé avec une batterie. Notre produit repose sur l’utilisation de plusieurs brevets techniques et a été pensé avant l’arrivée de la Covid, pour protéger les personnes avec des maladies chroniques respiratoires, des porteurs de greffes ou des personnes fragiles pour qui la question de l’air est très sensible. Nous avons bien sûr par la suite effectué des tests sur le SARS-CoV-2, et Airxôm s’est avéré très efficace. 

Avec deux diplômes d’ingénieur et de docteur en génie mécanique et en mécanique des fluides à l’INSA Lyon, vous êtes le responsable technique parfait pour ce projet. Quels ont été les enjeux scientifiques derrière la conception de ce masque ?
Cela fait plusieurs années que je travaille sur la filtration et le traitement de l’air, notamment dans le cadre d’un post-doc sur la qualité de l’air dans les habitacles de véhicule automobile. J’avais donc une vision globale de l’offre des filtres techniques en photocatalyse qui ont fleuri sur le marché ces dernières années. Pour la conception du masque, j’ai surtout été occupé aux mesures dont les protocoles très rigoureux nous ont permis de construire et de tester les différentes couches filtrantes pour trouver un bon compromis entre la meilleure respirabilité, le tissage efficace et la recyclabilité des matériaux.

La Covid a mis en lumière les effets de la pollution de l’air, intérieure et extérieure, et ses effets sur la santé. Le masque Airxôm est également un bon prétexte pour sensibiliser à la question, mais sommes-nous condamnés à porter des masques filtrants pour respirer un air pur ?
La pollution de l’air est un problème systémique auquel aucun objet technique n’apportera jamais une solution miracle. Je pense que l’innovation-produit n’a pas vocation à traiter les enjeux à la racine et j’ai conscience que notre masque ne représente qu’une solution de surface face à l’immense problématique de la pollution atmosphérique. Cependant, elle offre une réponse immédiate aux personnes dont la vie dépend de la qualité de l’air qu’elles respirent, pour vivre plus longtemps. C’était d’ailleurs la volonté première de Vincent Gaston, le président de la start-up qui travaille à ce projet depuis le décès de son fils atteint d’une mucoviscidose. Si Airxôm avait été conçu avant, Mathieu aurait pu bénéficier d’une « béquille » pour avancer dans le quotidien avec plus de sécurité. C’est pour cela que cette innovation a du sens pour moi, même si elle ne fera pas directement reculer les dangers de la pollution atmosphérique qui pèsent sur les individus. Il faut garder en mémoire que la technique ne peut pas se substituer aux transformations de fond nécessaires pour faire réduire les tensions qui pèsent sur la santé humaine et la biodiversité.

[1] Laboratoire Mécanique des Fluides et d’Acoustique (CNRS/Lyon 1/ECL/INSA Lyon) 

Today on our noses and tomorrow in nature.

Summer 2070, on the beach. Stranded on the sand: the protective mask we once wore after lockdown to go shopping or to the office. Like an old forgotten friend on whom we had relied, it has not changed. Perhaps slightly blackened by the polluted air, it displays fibres that are still intact. 

With a very short lifespan, disposable protective masks are a considerable source of waste. Incorrectly disposed of or even sometimes abandoned in the street like a cigarette butt, the masks that protect us today could harm us tomorrow. Is it possible to recycle them? Do we need to consider designing biodegradable masks? Jean-François Gérard, researcher at the Polymer Materials Engineering Laboratory (IMP) and professor in the Materials Science and Engineering Department, takes stock of the situation. Interview.

It is now part of our daily routine as soon as we leave home: to make sure we have a mask. What is this travel companion made of? 

Surgical masks are made of polypropylene. This polymer is one of the most produced on earth because it is cheap and easy to obtain. Moreover, it makes up most of the items that surround us, such as food packaging and parts for household appliances. Surgical masks are manufactured by a melt-blowing process, from polypropylene melted by spinning at very high pressure and in an intense air flow. Polypropylene stretches to form fibres of a few microns. The polypropylene used in this process has a very low viscosity, similar to that of water, making it possible to provide this light non-woven material of about fifteen grammes per m². It is tear-resistant, porous to allow air to pass through and tight enough to hold the famous droplets. Generally, the disposable masks we wear are made up of two or three superimposed layers of this non-woven material, formed by fibres that cross over each other, allowing the functions of filtration and breathability. Another distinctive feature of polypropylene is its ability to charge itself with static electricity on the surface. It is perhaps less well known, but it is a very useful phenomenon, because electrostatic attraction contributes to the filtration of particles. This is also one of the reasons why protective masks have a limited lifespan: the more time passes, the more the electrostatic charge decreases, reducing the effectiveness of the mask!

With a duration of effectiveness of 4 hours, the mask quickly becomes invasive waste. Could the masks be recycled or reused?

In theory, it is quite possible to fully recycle polypropylene. If it is well sorted, it is easy to recycle. In the end, a mask is very little material, about five grammes, and the very specific polypropylene used has a very low mechanical resistance, which would require it to be re-mixed with polypropylenes from other waste or virgin materials. Another way of theoretically combating the rapid obsolescence of surgical masks, and their accumulation as waste in large quantities, would be to reuse them. Many processes have been studied to clean up these objects by immersing them in hypercritical fluids such as CO2, ethylene oxide, or under hydrogen pressure to eliminate viruses and bacteria. At the Polymer Materials Engineering Laboratory¹, we have proposed the use of microwaves to clean the masks. However, the main problem lies well upstream, whatever the recycling and re-processing route: the conditions for collecting from the various sources of consumption, particularly individuals, are not sufficiently safe, as the aim here is to treat waste that is potentially contaminated and therefore dangerous for those collecting them. Moreover, in hospitals, masks are collected and disposed of by incineration to avoid any risk of further contamination. 

To limit the production of waste linked to the consumption of masks, could we imagine the use of biodegradable masks?

If there is any certainty, it is that disposable polypropylene masks do not biodegrade. In order for a material to decompose in a biological medium, certain conditions for degradation, i.e. reaction by micro-organisms in the medium, must be met. Here, the polymer is too stable for enzymes to be able to break it down by fragmenting it until it is eliminated. Its only enemy would be ultraviolet rays. Making biodegradable masks would be a false good idea since, apart from the fact that it is hazardous waste, we are not equipped in France with sites capable of doing biodegradability on a large scale, knowing that what is biodegradable is not necessarily good for the environment! Furthermore, there is a risk that stamping a mask as 'biodegradable’ may lead some consumers to throw them away anywhere... To avoid the invasion of this waste, only the wearing of a mask made of reusable fabric can counter the massive production of mask waste.

Could we then imagine a recycling sector specialising in single-use masks?

Personally, I don't think this is a good idea for reasons of economic reality. Today, the waste recycling industry is very concerned about the recyclability of its plastic products in the face of the safety rules imposed by the health crisis, and recycling protective masks could endanger the health of sorting operators. Even if polypropylene masks are theoretically easy to recycle, it is not necessarily easy to find a second life for them in the form of a new mask or object. And how many times could a mask be recycled? It would need to be stamped each time it is recycled, not to mention that it will lose some of its filtering power each time it is reused. There also remains the question of social acceptability: who will agree to wear a re-treated mask? I believe that the best thing to do today is to carefully throw your mask in the bin, making sure you close the bag carefully because the object that has protected us for a few hours could contaminate those collecting it who remove our waste every day. 

¹ The laboratoire IMP is a joint research unit of the CNRS (UMR CNRS 5223), located on three University of Lyon sites: INSA Lyon, Claude Bernard Lyon 1 University and Jean Monnet de St Etienne University.

Le pari des « makers » est de fabriquer des masques de protection de substitution destinés aux personnels soignants, à partir des outils de fabrication additive à leur disposition. Les plans de conception sont en libre accès et les matières premières partagées entre tous les makers. Sur le Campus d’Oyonnax, Hayet Lakhdar a rejoint le réseau et fait tourner chaque jour, les imprimantes 3D de la plateforme dont elle est responsable. Grâce à sa présence sur le site de production, personnels soignants, agents de sûreté et travailleurs en première ligne peuvent bénéficier d’une protection supplémentaire aux masques de protection classiques, dont ils manquent encore. Explications.

La démarche est nationale. Pour faire face à la rupture d’approvisionnement en masques de protection, bricoleurs, propriétaires particuliers ou professionnels d’imprimantes 3D se sont organisés pour produire et fournir, non pas des masques mais des visières de protection en plastique aux travailleurs en première ligne dans la lutte contre le Covid-19. Hayet Lakhdar est ingénieure d’études et responsable de la plateforme Labo du campus INSA d’Oyonnax. En pleine Plastics Vallée, il était naturel de rallier la cause de ces confectionneurs de solutions alternatives en plastique, le réseau des « makers » qui met en relation fabricants et professionnels de santé. Hayet revient sur le début des opérations. « Après avoir fait don de nos masques et blouses que nous avions recensés dans les différents laboratoires et stocks sur le campus, nous avons voulu aller plus loin et mettre nos expertises en impression 3D à disposition des personnes qui en ont besoin aujourd’hui. Sur les réseaux sociaux, je suis tombée sur un fichier technique de fabrication de masques de substitution. La solution était plutôt simple : une visière de protection composée d’un serre-tête imprimé en 3D augmenté d’une feuille de plastique transparent pour barrière, et d’un élastique à nouer derrière la tête », explique Hayet. 

Rapidement, elle créé ses propres programmes pour lancer les machines de la plateforme. « Les premières visières ont été faites de feuilles transparentes en PVC d’un vieux stock qui traînait dans nos archives ! On fixe la feuille en plastique sur un serre-tête imprimé sur nos machines et le tour est joué. Entre l’INSA et l’IPC (Centre technique Industriel de la Plasturgie et des Composites), une cinquantaine de masques par jour sont créés. Aujourd’hui, nous avons allié nos forces avec nos industriels voisins, le lycée Arbez Carme et le pôle de compétitivité Plastipolis. Nous voulons aller plus loin dans la production de masques plus techniques et performants », poursuit Hayet Lakhdar.

Depuis deux semaines, l’ingénieure d’études se rend quotidiennement sur la plateforme de production du campus oyonnaxien. Les premiers jours, Hayet distribuait ses productions aux personnes de son entourage, directement impliquées dans le combat, pour se protéger des potentiels porteurs du Covid-19. « J’ai transmis les premières visières à des infirmières de ma connaissance. Cela leur sert de double protection : la visière vient en barrière des postillons et gouttelettes dans lesquels la souche du Coronavirus se loge et se transmet. Les demandes pour ce type de protection ont été exponentielles. Il a fallu nous organiser localement pour la distribution qui est désormais centralisée depuis une pharmacie de la région qui s’occupe de redistribuer aux professionnels de santé », dit Hayet. Seule sur le site de production de la plateforme Labo, mesures de confinement obligent, l’ingénieure d’étude a les idées larges. Pour les semaines à venir, elle souhaite augmenter le nombre de masques produits tout en les rendant plus techniquement avancés. « Avec les sociétés Dalloz Créations et SMP, nous travaillons au développement d’une visière injectée de gamme supérieure, plus rapide à produire que celle issues de machines de fabrication additive », conclut Hayet Lakhdar.

Partout en France, des imprimantes 3D dessinent de leurs fils plastiques fondus, des visières de protection, des pousse-seringues ou même des poignées de portes sans contact. Qu’ils soient des particuliers, des industriels ou des personnes organisés en fablabs, les adeptes de la fabrication additive semblent avoir donné naissance à « une économie de la débrouille » inspirée de nouvelles formes d’entraide et de coopération. Bien plus que le modeste concept du « Do It Yourself » avec des espaces numériques partagés et une mise à disposition libre des connaissances, les makers comme Hayet Lakhdar annonceraient-ils les prémices d’une productivité régénérée, loin des principes productivistes de l’ère de l’avant-confinement ?

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