Par Romann Fernandes
Transcription de la chronique :
– Ana : « Heyyyyy coucou Romann comment ça va la vie toi ? Rappelle-moi tu fais quoi déjà maintenant ? »
– Alec : « Ouais de fou on te voit plus ces temps-ci, raconte un peu ! »
– Romann : Alors : est-ce que vous avez déjà été enceinte, souffert d’une maladie cardio-vasculaire, ou piloté un sous-marin militaire ?
– Marie : « Mais le rapport entre tout ça, c’est quoi ? »
– Romann : Le rapport c’est : les ultrasons.
– Thomas : « Alors je connais ce mot hein, mais je ne saurais même pas dire c’est quoi un ultrason »
– Romann : En fait les ultrasons, c’est un type particulier d’onde mécanique et élastique. Une onde déjà, c’est quoi ? C’est la perturbation créée par une vibration dans un milieu, se propageant dans une direction préférentielle. Vous voyez le verre de sangria là-bas ? Regardez l’olive que je lance dedans: l’olive lancée dans le liquide, c’est votre vibration, et les cercles concentriques qui se dessinent en surface, c’est la perturbation qui se propage autour du point d’impact. Vous pouvez alors simplement vous rendre compte de ce qu’est une onde. Ma voix est une onde acoustique, les vibrations de mes cordes vocales résonnent à vos tympans et vous font ainsi percevoir un son. Un ultrason, c’est ça : [bruit blanc]. Vous avez entendu ? Et bien non, et c’est normal, car on considère qu’un ultrason n’est pas audible. On parlera ici d’une fréquence trop haute, un son trop aigu pour qu’il soit perçu par votre oreille.
– Thomas : « Et du coup, c’est quoi les intérêts des ultrasons dans le cas d’une grossesse, ou d’une maladie cardio-vasculaire comme tu dis ? »
– Romann : C’est très simple. Quand une onde se propage, elle peut rencontrer différents milieux. Prenons le cas d’une échographie pour une surveillance médicale de grossesse. Une sonde permet d’envoyer des ultrasons sur le ventre de la personne enceinte, et ces ondes vont se propager à travers les différentes couches de son corps, jusqu’à atteindre le fœtus. Certains de ces milieux sont plus denses que d’autres, et vont alors renvoyer les ultrasons vers la source émettrice. Concrètement, c’est comme si vous envoyiez, hop, cette balle, contre le mur là-bas : elle rebondit, puis, retour à l’envoyeur. La sonde ultrasonore va permettre l’émission, mais aussi la réception de ces ondes, on parle alors d’écho. Selon le temps mis par les ultrasons à revenir à la sonde, on peut estimer le relief des corps rencontrés durant leur parcours, et donc visualiser leur forme échographie.
– Alec : « Ça me fait penser, je me souviens qu’on dépose un gel un peu visqueux sur la zone du corps étudiée lors d’une échographie, mais pourquoi ? »
– Romann : Et bien là on arrive doucement mais sûrement au cœur de mon sujet. Un milieu peut être plus ou moins résistant au passage des ondes acoustiques. Cette résistance dépend de certaines propriétés du milieu. La première de ces propriétés, c’est la densité, c’est-à-dire la compacité de la matière. La seconde, c’est tout simplement la vitesse à laquelle se propagent les ultrasons à travers la matière traversée. Cette résistance, c’est ce qu’on appelle l’impédance acoustique. Pour vous donner un ordre d’idée, l’eau, ou les tissus mous comme la peau, sont des milieux environ 4000 fois plus résistants au passage des ultrasons que l’air.
– Marie : « Oui d’accord, mais je ne sais toujours pas pourquoi on a besoin d’un gel échographique avec tes histoires d’impédance. »
– Romann : J’y viens. Considérons maintenant qu’une onde ne traverse pas un mais deux milieux consécutivement, par exemple dans le cas d’une échographie. Pour qu’une onde soit correctement transmise d’un milieu à un autre, leurs impédances doivent être les plus proches possibles. Or, la surface de la peau se caractérise par un nombre inquantifiable d’aspérités, de petites rugosités, d’une profondeur 1000 fois inférieure à un millimètre : un peu comme ton mur en crépis là. Ces aspérités sont en fait remplies d’air, et, vous voyez peut-être où je veux en venir : vous aurez beau compresser au maximum votre sonde sur la peau, vous ne pourrez empêcher la formation d’une couche d’air à l’interface. Les ultrasons devant alors se propager de la sonde à l’air, puis de l’air à la peau, et ces deux milieux présentant une forte différence d’impédances acoustiques, la quasi-totalité des ultrasons seront réfléchis en surface de l’épiderme, sans pouvoir explorer vos tissus plus en profondeur.
– Ana : « Ooooooh je commence à comprendre, le gel est là pour permettre la bonne transmission des ultrasons de la sonde à la peau, c’est bien ça ? »
– Romann : Exactement. En appliquant cette matière visqueuse, qu’on appelle hydrogel, directement à la surface de la peau, on évite la formation de toute couche d’air. Le gel est conçu de sorte que son impédance soit la plus proche possible de celle de nos tissus. Aussi, le gel doit être très peu atténuant pour ne pas perdre en intensité du signal ultrasonore. C’est donc comme ça qu’on peut explorer l’intérieur de nos corps en temps réel, que ce soit un fœtus, des vaisseaux sanguins ou même des organes.
– Marie : « J’ai bien compris, mais du coup si les gels d’échographie répondent à merveille aux besoins de l’imagerie médicale, pourquoi est-ce que tu t’attardes dessus ? »
– Romann : Vous voyez la Tour Eiffel ? Maintenant imaginez-en 100 : c’est l’équivalent en poids des déchets hospitaliers non-dangereux annuels en France, soit près de 700 000 T. Ce sont des déchets à usages uniques, le plus souvent enfouis ou incinérés. En plus de leur usage limité, ils posent d’autres soucis : ils sont principalement composés d’eau, et cette eau, à température ambiante, va très vite s’évaporer, ce qui limite la manipulation échographique dans le temps, quelques minutes tout au plus. Et aussi : même si les progrès des scientifiques ont permis la conception de gels biosourcés, c’est-à-dire dont certains de ses composants sont issus de la matière végétale, animale ou bactérienne, certains composés présents dans une majorité de gels commerciaux sont issus de dérivés du Les paradigmes de notre époque nous poussent donc à vouloir concevoir des matériaux avec des propriétés chimiques et mécaniques similaires à celles des hydrogels, mais dont la fabrication serait plus éco-responsable.
– Thomas : « Mmmmmh d’accord je saisis un peu. Du coup si je te suis, on a besoin aujourd’hui de remplacer ce matériau. C’est donc un peu ce sur quoi s’axent tes recherches ? »
– Romann : Tout à fait. On préfèrerait à cet hydrogel un matériau solide, sous forme de film mince par exemple, qui présenterait des propriétés similaires à ces gels, mais qui pourrait être réutilisé plusieurs fois et sur une échelle de temps plus longue, en gardant sa fonction de lame d’adaptation entre la sonde et la peau lors d’une manipulation échographique.
– Ana : « Et tu pourrais nous en dire plus sur ces nouveaux matériaux ? »
– Romann : Oui et c’est là que la science des polymères intervient. Un polymère, c’est un looooooooong collier de centaines, voire de milliers de perles assemblées entre elle, où chacune d’elle correspond à une molécule, plus ou moins volumineuse. Maintenant imaginez qu’on prenne plusieurs de ces colliers: ils vont s’entremêler d’eux-mêmes, former des nœuds et s’ancrer les uns dans les autres. Un réseau polymère, c’est un peu un filet de pêche, les fils reliés entre eux au niveau de mailles, plus ou moins écartées, créant ainsi un véritable réseau en trois dimensions.
Ces polymères assurent le rôle de matrice structurante dans la conception d’organogels. Il est possible d’incorporer de petites molécules entre les mailles et les fils de ce réseau macroscopique : on utilise le terme de phase dispersée, ou plus simplement additifs. Ce sont ces molécules qui confèrent souplesse et élasticité à la matrice. La principale différence entre hydro et organogels, c’est la nature des additifs introduits : de l’eau dans le premier cas, et un liquide organique, comme des huiles par exemple, dans le second. Concevoir un organogel, en fait c’est faire de la formulation.
– Marie : « Et en quoi ça consiste ? »
– Romann : La formulation en chimie des matériaux, c’est un peu comme préparer [bruit de fouet dans un saladier] : une pâte à crêpes. Le réseau 3D polymérique, c’est votre farine, celle qui va lier et donner de la consistance à la pâte. Les additifs, ce sont les œufs, le lait, qui vont servir à assouplir et fluidifier le mélange. Et selon les quantités introduites, l’ordre d’ajout et la vitesse de mélange des ingrédients, on peut obtenir une pâte plus ou moins liquide, ou visqueuse. Une fois la pâte chauffée, la crêpe sera alors plus tendre, ou plus élastique.
– Alec : « Ça me donnerait presque faim cette histoire ! Au final tu vas chercher à faire la meilleure crêpe j’imagine ? »
– Romann : Bah carrément, l’objectif de mes travaux ça va donc être de comprendre comment ma farine, mes œufs et mon lait vont interagir ensemble, selon les quantités introduites en chacun de ces ingrédients. C’est aussi de voir ce qui se passera pour ma crêpe si je remplace le lait par de l’eau, de la crème ou de la bière. Tout ça en gardant à l’esprit que c’est encore mieux si ma farine est issue de blé français non-traité, et si mon lait est issu d’un élevage responsable et non-intensif.
Quand je fais de la formulation, en fait je conçois des films minces transparents acoustiquement, et non pas des crêpes, et que je ne mange pas. Je m’intéresse tout particulièrement aux interactions chimiques et physiques entre la matrice polymère de mes organogels et les additifs incorporés. Car il existe plusieurs types d’additifs, se différenciant par leurs fonctions chimiques ou leur structure moléculaire les uns des autres. Je vais chercher à comprendre comment ces différences d’interactions se répercutent sur les propriétés thermiques, mécaniques mais surtout acoustiques de mes organogels.
Finalement, l’exploration de ces particularités me permettra de déterminer la recette parfaite pour obtenir des matériaux me permettant de remplacer définitivement les gels d’échographie traditionnels. En fait je crois que je voulais juste participer à Top Chef finalement.
Mes travaux s’inscrivent dans le cadre du projet OPTYSONS, financé par la région CVL et en collaboration industrielle avec Protavic et Moduleus. Je tiens à remercier chaleureusement mes collègues et encadrants et encadrantes de thèse au sein de mes deux labos, le PCM2E de l’Université de Tours, et le GREMAN de l’INSA CVL de Blois. Merci aux camarades pour leur participation à ce podcast, aux encadrants et encadrantes de la formation suivie pour le réaliser, au personnel et à l’entité de Radio Campus Orléans pour l’accueil sur site et sur les plateformes. Moi, c’est Romann Fernandes, doctorant en 2ème année de thèse, et je vous remercie pour votre écoute.