FR3109505A1

FR3109505A1 - Dispositif actif de protection contre agents infectieux ou pathogènes

Info

Publication number: FR3109505A1
Application number: FR2004075A
Authority: FR
Inventors: Edy AZRAK
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: FR3109505B1

Abstract

L’invention concerne un dispositif actif de protection, comportant un masque de protection (1) portable par un individu pour se protéger d'agents infectieux ou pathogènes, ledit masque de protection (10) étant alimenté par une batterie (BATT) électrique et comprenant une chambre de traitement (CH_T) de l'air aspiré par l'individu, ladite chambre comportant un conduit dans lequel l'air aspiré est traité et des moyens de traitement (M_T) de l'air présent dans le conduit (40), le dispositif comportant des moyens de traitement de l'air (M_T) par chauffage de l'air aspiré, configurés pour chauffer un volume interne de la chambre de traitement (CH_T) destiné à être traversé par l'air aspiré, sur au moins une partie de sa longueur et aptes à délivrer un niveau de puissance (P_L), le dispositif comportant également des moyens de contrôle (UC), configurés pour commander lesdits moyens de traitement (M_T). Figure à publier avec l'abrégé : Figure 4

Description

Dispositif actif de protection contre agents infectieux ou pathogènes

Domaine technique de l'invention

La présente invention se rapporte à un dispositif actif de protection contre agents infectieux ou pathogènes.

Etat de la technique

Pour se protéger des agents infectieux ou pathogènes (virus, bactérie, parasite…) présents dans l'air, il est connu d'utiliser un masque de protection destiné à couvrir le visage, au niveau de la bouche et du nez.

En règle générale, les masques de protection sont réalisés en matériau synthétique et sont jetables au bout d'une certaine durée d'utilisation. Par ailleurs, ces masques sont très souvent passifs, c'est-à-dire qu'ils sont uniquement présents pour former une barrière entre le corps de l'individu et l'air ambiant et permettre ainsi d'éviter que l'individu puisse être contaminé par ses voies respiratoires.

Cependant, ces solutions jetables ne sont pas fiables à 100% et ne s'appuient que sur une simple barrière physique entre l'individu porteur et son environnement. Il est donc souhaitable de disposer d'une solution qui permettrait d'aller au-delà de cette simple barrière physique et de faire en sorte que l'air aspiré par l'individu soit correctement traité avant inspiration.

Des solutions actives existent et ont été décrites par exemple dans les brevetsUS10335618B2etUS5165395. Elles se basent sur des traitements à base de rayonnements ultra-violets de type C (UV-C). Cependant, il peut s'avérer pertinent de proposer d'autres solutions de traitement des agents infectieux ou pathogènes, qui restent fiables, d'un coût modéré et faciles à mettre en œuvre.

Un but de l'invention consiste donc à proposer un dispositif de protection, capable de traiter, de manière active, des agents infectieux ou pathogènes présents dans l'air.

Ce but est atteint par un dispositif actif de protection, comportant un masque de protection portable par un individu pour se protéger d'agents infectieux ou pathogènes, ledit masque de protection étant alimenté par une batterie électrique et comprenant une chambre de traitement de l'air aspiré par l'individu, ladite chambre comportant un conduit dans lequel l'air aspiré est traité et des moyens de traitement de l'air présent dans le conduit, ledit dispositif comportant des moyens de traitement de l'air par chauffage de l'air aspiré, configurés pour délivrer un niveau de puissance en vue de chauffer un volume interne de la chambre de traitement destiné à être traversé par l'air aspiré, ledit dispositif comportant également des moyens de contrôle, configurés pour commander lesdits moyens de traitement.

Selon une particularité, les moyens de contrôle sont configurés pour contrôler lesdits moyens de traitement par chauffage en vue d'adapter le niveau de puissance délivré dans la chambre selon plusieurs niveaux de puissance distincts.

Selon une autre particularité, le conduit présente une forme en U ou en serpentin agencé entre une entrée d'air destinée à communiquer avec l'air ambiant et une sortie d'air destinée à communiquer avec les voies respiratoires de l'individu.

Selon une autre particularité, lesdits moyens de traitement comportent un ou plusieurs organes chauffants.

Selon une autre particularité, chaque organe chauffant se présente sous la forme d'un ressort à spirale conique, orienté dans l'axe du conduit.

Selon une autre particularité, chaque organe chauffant de forme conique présente à sa base une section sensiblement égale à la section interne du conduit.

Selon une autre particularité, le dispositif comporte au moins un dispositif de refroidissement agencé dans la chambre de traitement, en aval par rapport aux moyens de traitement.

Selon une autre particularité, le dispositif de refroidissement peut comporter au moins un premier module thermoélectrique.

Selon une autre particularité, le premier module thermoélectrique est à effet Peltier et comporte une face froide orientée vers l'intérieur du conduit.

Selon une autre particularité, le premier module thermoélectrique comporte des ailettes dissipatrices se dressant sur la face froide du module et s'étendant transversalement à l'axe du conduit.

Selon une autre particularité, le dispositif de refroidissement comporte un deuxième module thermoélectrique à effet Peltier ayant une face froide située en vis-à-vis de celle du premier module thermoélectrique et disposant d'ailettes dissipatrices interdigités avec les ailettes dissipatrices dudit premier module thermoélectrique.

Selon une autre particularité, les moyens de contrôle sont configurés pour recevoir en entrée un ou plusieurs paramètres d'entrée et pour ajuster le niveau de puissance délivré par les moyens de traitement en tenant compte du ou des paramètres d'entrée reçus.

Selon une autre particularité, les moyens de traitement comportent également une ou plusieurs diodes électroluminescentes émettant dans la gamme ultra-violet de type C.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 représente de manière schématique le dispositif actif de protection conforme à l'invention.

Les figures 2A et 2B représentent de manière schématique un principe de fonctionnement d'un circuit d'air employé dans le dispositif de l'invention, selon deux variantes de réalisation.

La figure 3 représente de manière schématique le dispositif actif de protection conforme à l'invention.

La figure 4 illustre de manière schématique un principe de fonctionnement du dispositif actif de protection de l'invention.

La figure 5 représente le principe de réalisation de la chambre de traitement de l'invention et de sa commande par les moyens de contrôle du dispositif.

Les figures 6A à 6D représentent le principe de réalisation de la chambre de traitement du dispositif de l'invention.

Les figures 7A à 7C représentent une variante de réalisation de la chambre de traitement du dispositif.

Description détaillée d'au moins un mode de réalisation

Dans la suite de la description, les termes "avant" et "arrière" sont à considérer en tenant compte du plan d'apposition du masque sur la tête de l'individu 2, l'arrière étant situé du côté du visage de l'individu porteur, en communication avec ses voies respiratoires et l'avant du côté opposé, c'est-à-dire en contact avec l'air ambiant.

Les termes "amont" et "aval" sont à comprendre en tenant compte du sens de circulation de l'air, en allant de l'inspiration vers l'expiration par un individu.

L'objectif principal du dispositif est de permettre d'éliminer des agents infectieux ou pathogènes (virus, bactérie, parasite,…) avant inhalation par un individu et éventuellement également de traiter l'air expiré par l'individu, pour éliminer ces agents, si l'individu est lui-même infecté.

En référence à la figure 1, le dispositif de protection de l'invention comporte un masque de protection 1. Le masque de protection 1 présente un corps 10. Ce corps 10 présente une surface de protection 100 destinée à être placée sur le visage de l'individu 2 pour couvrir ses voies respiratoires, c'est-à-dire sa bouche et son nez.

Le masque de protection 1 peut comporter un système d'élastiques 11 pour se fixer sur la tête du patient ou des sangles de réglage. Toute solution de fixation peut être envisagée.

La surface de protection 100 peut être réalisée dans un matériau synthétique. Elle peut être réalisée par l'assemblage de plusieurs couches tissées. La surface de protection 100 est avantageusement imperméable à l'air en vue d'éviter toute pénétration de virus.

Le dispositif de protection comporte également un circuit d'air. Plusieurs variantes de circuit d'air peuvent être envisagés, selon que l'on traite l'air lors de l'inspiration uniquement, ou lors de l'inspiration et de l'expiration.

Comme représenté sur la figure 2A, dans un traitement de l'air à l'inspiration, le circuit d'air peur comporter une première entrée/sortie d'air 20 à l'avant du masque 1 et une deuxième entrée/sortie d'air 21 à l'arrière du masque.

Le circuit d'air comporte ensuite un circuit d'inspiration et un circuit d'expiration. De manière non limitative, le circuit d'inspiration peut comporter un premier conduit 22 relié d'un côté à la première entrée/sortie d'air et de l'autre côté à l'entrée de la chambre de traitement CH_T, et un deuxième conduit 23 relié d'un côté à la sortie de la chambre de traitement CH_T et de l'autre côté à la deuxième entrée/sortie d'air 21.

Le circuit d'expiration comporte pour sa part un conduit de dérivation 24 placé en parallèle de la chambre de traitement CH_T pour relier directement la première entrée/sortie d'air 20 à la deuxième entrée/sortie d'air 21.

Pour fonctionner, le circuit d'air peut comporter un système de clapets anti-retours qui permet à l'air aspiré :

Lors de l'inspiration (E1) de l'individu 2 :
- De pénétrer dans la chambre de traitement CH_T via la première entrée/sortie d'air 20 et le premier conduit 22, et d'atteindre les voies respiratoires de l'individu, via le deuxième conduit 23 et la deuxième entrée/sortie d'air 21, après traitement.
- D'empêcher l'air de court-circuiter la chambre de traitement CH_T.
Lors de l'expiration (E2) de l'individu 2 :
- De ne pas pénétrer dans la chambre de traitement CH_T.
- De sortir directement via la deuxième entrée/sortie d'air 21, le conduit de dérivation 24 et la première entrée/sortie d'air 20, en court-circuitant la chambre de traitement CH_T.

Ce système de clapets peut comporter deux clapets C1, C2 agencées d'une part sur le deuxième conduit 23, en aval de la chambre de traitement CH_T et d'autre part sur le conduit de dérivation 24, les deux clapets étant configurées en inverse, pour remplir les fonctions définies ci-dessus.

Pour traiter l'air à la fois à l'inspiration et à l'expiration, le circuit d'air décrit ci-dessus peut être adapté, comme représenté sur la figure 2B. Une première vanne V1 pilotée peut être placée pour activer ou désactiver le conduit de dérivation 24. Un deuxième conduit de dérivation 25 peut être agencé pour court-circuiter le clapet C1, ce deuxième conduit de dérivation 25 étant piloté par une deuxième vanne V2. Pour fonctionner à l'inspiration et à l'expiration et permettre à l'air de traverser la chambre de traitement CH_T dans les deux sens, la première vanne V1 est fermée pour condamner le passage via le premier conduit de dérivation 24 et la deuxième vanne V2 est ouverte pour permettre à l'air de court-circuiter le clapet C1, en passant par le deuxième conduit de dérivation 25. Bien entendu, il faut comprendre que la présente demande n'est pas limitée à ces configurations et que d'autres solutions pourraient être envisagées. Cette solution présente cependant l'avantage de ne conserver que les deux entrées/sorties d'air 20, 21.

Selon l'invention, la chambre de traitement CH_T comporte des moyens de traitement M_T destinés à éliminer un ou plusieurs agents infectieux ou pathogènes qui passent dans la chambre de traitement CH_T. Ces moyens de traitement M_T sont configurés pour chauffer un volume interne de la chambre de traitement CH_T, à travers lequel passe le flux d'air.

Diverses solutions peuvent être envisagées pour réaliser le chauffage de ce volume, par émission de rayonnements thermiques ou mêmes optiques (via des lampes infrarouges), ou par voie chimique (par réaction exothermique)…

Pour l'émission de rayonnements thermiques, la chambre de traitement CH_T peut par exemple intégrer des organes chauffants (de type résistif).

Par ailleurs, en complément du traitement par chauffage, la chambre peut comporter des moyens de traitement à rayonnements optiques comprenant une source lumineuse, composée de plusieurs diodes électroluminescentes ou d'une lampe à mercure.

On verra ci-après plusieurs modes de réalisation envisageables de la chambre de traitement. Dans le cadre de l'invention, il faut considérer que les moyens de traitement M_T présents dans la chambre CH_T peuvent être activés selon différentes formules :

Activation totale, c'est-à-dire qu'ils sont tous actifs et au maximum de leur puissance.
Activation partielle, c'est-à-dire que certains des organes de traitement sont actifs et non la totalité et/ou que certains des organes de traitement ne sont pas activés à leur puissance maximale.

De manière plus concrète, une activation totale peut par exemple consister en l'allumage de tous les organes chauffants et éventuellement de toutes les diodes électroluminescentes.

Une activation partielle peut consister :

En l'activation de certains organes chauffants parmi l'ensemble des organes chauffants de la chambre et/ou en modulant leur puissance, ou
En l'activation de certaines diodes électroluminescentes parmi l'ensemble des diodes électroluminescentes de la chambre et/ou en modulant leur puissance.

Autrement dit, on considère qu'une activation partielle a lieu dès l'instant que les moyens de traitement présents dans la chambre ne sont pas en activation totale.

On verra qu'il peut exister plusieurs niveaux d'activation partielle, chaque niveau pouvant correspondre à un niveau de puissance P_L distinct délivré dans la chambre et ainsi à mode de fonctionnement distinct du dispositif.

Le dispositif comporte une batterie électrique BATT, destinée à fournir une alimentation (AL) aux moyens de traitement M_T de la chambre. Cette batterie électrique peut être logée dans un bloc batterie solidaire du corps du masque. Elle est avantageusement de type rechargeable. Elle peut être amovible de son bloc batterie.

Le dispositif de protection comporte des moyens de contrôle MC.

Les moyens de contrôle MC sont configurés pour commander les moyens de traitement M_T de la chambre de traitement CH_T en vue de délivrer le niveau de puissance P_L requis, selon le mode de fonctionnement du dispositif.

Dans la suite de la description, nous évoquerons des moyens de contrôle MC de manière générale pour évoquer l'intelligence du dispositif, sans préciser où cette intelligence est localisée.

On considérera que les moyens de contrôle MC peuvent être formés par tous types de moyens électroniques analogiques et/ou numériques et de moyens logiciels adaptés. A titre d'exemple, ils pourront notamment comporter un ou plusieurs des composants choisis parmi au moins un microprocesseur, un ou plusieurs modules logiciels exécutables, des circuits électroniques, une mémoire et des interrupteurs mécaniques ou électroniques.

Les moyens de contrôle MC peuvent être configurés pour fonctionner dans une configuration dite manuelle ou dans une configuration dite automatique.

Dans la configuration manuelle, ils commandent les moyens de traitement M_T en s'appuyant sur des données de commande préétablies et associées à des modes de fonctionnement préenregistrés. Les modes de fonctionnement peuvent être modifiés par l’utilisateur.

Dans la configuration automatique, ils commandent les moyens de traitement M_T de la chambre de traitement CH_T en adaptant leur niveau de puissance P_L, en tenant compte de différents paramètres d'entrée P_IN. Les moyens de contrôle peuvent notamment déterminer un mode de fonctionnement qui est adapté aux paramètres P_IN reçus en entrée. Plusieurs exemples de modes de fonctionnement seront décrits ci-après. En déterminant un mode de fonctionnement qui est adapté aux conditions rencontrées, le dispositif peut ainsi gérer l'autonomie de sa batterie BATT et proposer ainsi toujours le meilleur rapport autonomie/efficacité.

Parmi les paramètres d'entrée disponibles, on peut citer :

Le débit d'air aspiré par l'individu, mesuré par un débitmètre ;
L'état de charge de la batterie BATT ;
Des données de géolocalisation de l'individu 2, obtenues par des moyens de géolocalisation intégrée au dispositif (par exemple dans un terminal mobile couplé au masque de protection) ;
Des données de déplacement de l'individu, par exemple obtenues par un accéléromètre intégré au dispositif (par exemple dans un terminal mobile couplé au masque de protection) ;
Des données relatives à des types d'agents infectieux ou pathogènes ;
Des données relatives aux polluants présents dans l'air aspiré par l'individu ou à un indice de pollution de la zone géographique dans laquelle se trouve l'individu ;

Selon une particularité, les moyens de contrôle MC peuvent ainsi ajuster en permanence le mode de fonctionnement MOD du dispositif aux conditions rencontrées et ainsi faire varier le niveau de puissance P_L délivré par les moyens de traitement en faisant varier le nombre d'éléments activés (organes chauffants et éventuellement diodes électroluminescentes) et/ou leur courant d'alimentation. Les moyens de contrôle MC peuvent déterminer exactement le niveau de puissance P_L requis en fonction des conditions rencontrées et commandent les moyens de traitement M_T de manière adaptée pour appliquer ce niveau de puissance.

Le schéma de la figure 3 illustre ce principe de fonctionnement général. Les moyens de contrôle MC :

Reçoivent, grâce à des moyens d'acquisition adaptés, un ou plusieurs paramètres en entrée P_IN,
Déterminent par un module logiciel M1 le niveau de puissance P_L ("Power Level") adapté aux conditions mesurées,
Déterminent, grâce à des moyens de détermination M_DET, un mode de fonctionnement automatique MOD adapté pour obtenir le niveau de puissance P_L requis et envoient des commandes CDE aux moyens de traitement M_T pour appliquer ce mode de fonctionnement.

En référence à la figure 5, la chambre de traitement CH_T de l'air aspiré peut se présenter sous la forme d'un conduit 40. Ce conduit 40 peut présenter une forme en U ou en serpentin afin d'augmenter au maximum le temps de parcours de l'air dans la chambre, tout en permettant de rester dans un encombrement limité. La section du conduit 40 peut être circulaire (comme sur les figures annexées), carrée, hexagonale, ou de toute autre forme.

Comme représenté sur la figure 5, l'air aspiré est admis dans la chambre CH_T via la première entrée/sortie d'air 20 et sort de la chambre via la deuxième entrée/sortie d'air 21 pour rejoindre les voies respiratoires de l'individu qui porte le masque.

A son entrée, la chambre CH_T peut comporter un premier filtre F1 à particules fines et à sa sortie, la chambre CH_T peut également comporter un deuxième filtre F2 à particules fines.

Comme indiqué précédemment, la chambre peut notamment comporter des moyens de traitement M_T par chauffage, avantageusement à rayonnements thermiques, et éventuellement, en complément, des moyens de traitement M_T à rayonnements optiques.

Avantageusement, la chambre CH_T peut comporter, en aval du premier filtre F1, une unité de capture référencée SENSE_1 de données relatives à l'air aspiré. Cette unité de capture SENSE_1 peut comporter un ou plusieurs capteurs. Parmi les capteurs présents, on peut trouver :

Le capteur de débit d'air déjà évoqué ci-dessus,
Un dispositif de détection de la charge de l'air en agents infectieux ou pathogènes,
Un capteur d'humidité,
Un capteur de température,
Un capteur de gaz (par exemple gaz toxiques).

Il est également possible d'intégrer une unité de capture SENSE_2 avec un ou plusieurs capteurs à proximité de la sortie de la chambre. Cette deuxième unité peut intégrer les mêmes capteurs qu'en entrée pour mesurer des variations de paramètres entre l'entrée et la sortie et permettre aux moyens de contrôle MC d'adapter le traitement aux mesures effectuées.

Les capteurs de chaque unité de capture SENSE_1, SENSE_2 peuvent être fixés sur la face interne de la paroi du conduit 40.

Les figures 6A à 6D représentent un exemple de réalisation de la chambre de traitement CH_T, basée sur l'emploi de rayonnements thermiques. Les rayonnements thermiques sont par exemple générés par des organes chauffants 45 destinés à chauffer l'intérieur de la chambre pour éliminer les agents infectieux ou pathogènes présents dans l'air aspiré. Il est par exemple connu que les virus sont particulièrement sensibles à la chaleur. Par exemple, le virus H5N1 devient inactif à environ 70°C et le virus SARS-COV2 devient pour sa part inactif à une température d'au moins 57°C.

Le conduit 40 de la chambre présente une paroi 44 réalisée dans un matériau susceptible de supporter la chaleur, par exemple dans un matériau de type polymère thermodurcissable. Il peut présenter un diamètre compris entre 1 cm et 2 cm, par exemple 1.5 cm et une paroi d'une épaisseur comprise entre 1mm et 5mm, par exemple 2mm.

Comme représenté sur les figures 6B et 6C, les organes chauffants 45 sont intégrés dans le conduit entre l'entrée d'air 20 et la sortie d'air 21, préférentiellement entre les deux filtres à particules F1, F2 et même entre les deux unités de captures SENSE_1 (situé après F1), SENSE_2 (situé avant F2) si celles-ci sont présentes.

Les organes chauffants 45 peuvent être réalisés sous la forme de fils chauffants 46, agencés sur le trajet de l'air dans la chambre CH_T.

Chaque organe chauffant 45 peut présenter une forme de ressort à spirale de forme conique, venant occuper au maximum la section de passage d'air dans le conduit.

La forme conique et en spirale permet d’éviter un écoulement laminaire de l'air dans le conduit, permet de créer des turbulences et augmente le chemin libre parcouru par l’air. De cette manière, l’air sera chauffé plus efficacement.

Chaque organe de forme conique est orienté dans l'axe du conduit 40, avec sa tête située du côté amont et sa base située du côté aval. Chaque organe chauffant est alimenté par la batterie BATT du dispositif. Une couche isolante 49 de la chaleur peut être déposée sur la face interne du conduit, sur toute sa surface ou au moins sur chaque zone où des organes chauffants sont placés dans le conduit.

Bien entendu, les organes chauffants 45 peuvent présenter un design différent, par exemple réalisé sous la forme d'un tissé chauffant et perméable à l'air.

Il est possible d'employer plusieurs groupes d'organes chauffants répartis sur plusieurs zones du conduit 40. Chaque groupe peut comporter au moins deux organes chauffants.

De manière non limitative, grâce aux organes chauffants 45, il est possible d'atteindre dans la chambre de traitement CH_T une température d'au moins 100°C en mettant en œuvre une activation totale de ces organes chauffants. Cependant, pour l'invention, selon le mode de fonctionnement sélectionné, une activation partielle est possible, permettant d'ajuster la température à l'intérieur de la chambre de traitement.

En référence à la figure 6D, il est également possible de prévoir au moins un dispositif de refroidissement 47, agencé dans le conduit de la chambre de traitement, avantageusement placé en aval de chaque groupe d'organes chauffants. Le dispositif de refroidissement 47 peut consister en des modules thermoélectriques (type à effet Peltier), fixés sur la face interne du conduit 40 et dont la face froide est orientée vers l'intérieur du conduit. Des ailettes dissipatrices 470, par exemple réalisées sous forme de micro-aiguilles, peuvent être disposées sur la face froide et s'étendre transversalement sur le trajet de l'air dans le conduit, afin de traiter tout le flux d'air. Deux modules peuvent être mis en vis-à-vis, leurs ailettes étant interdigitées. Le dispositif de refroidissement 47 peut bien entendu présenter un autre design que celui décrit ci-dessus.

Dans cette variante, la chambre peut être agencée à la verticale et disposer d'un réservoir 48 permettant de recueillir les gouttes générées par la condensation à l'intérieur de la chambre.

Ci-dessous, on donne en exemple quelques conditions de fonctionnement auxquelles le dispositif peut être amené à répondre, en liaison avec un mode de fonctionnement dans lequel le dispositif pourra fonctionner pour répondre à ces conditions. Il s'agira par exemple de modes de fonctionnement sélectionnables sur le dispositif en configuration manuelle. Ces exemples s'appliquent pour un dispositif ayant une chambre de traitement CH_T de type thermique ou de type hybride.

MOD_1 : Il s'agit du mode "Economie", c'est-à-dire à faible risque, par exemple rencontré dans les conditions suivantes :

L'air aspiré contient moins de 1500 gouttelettes sphériques d'eau infectées (avec un diamètre d'au moins 12µm),
L'air aspiré est à une température de 25°C et à une masse volumique de 1.2 kg/m3,
L'air est aspiré à une vitesse de 0.6m/s.
MOD_2 : Il s'agit du mode "Normal".
- L'air aspiré contient entre 1500 et 3000 gouttelettes d'eau infectées (avec un diamètre d'au moins 12µm),
- L'air aspiré est à une température de 10°C et à une masse volumique de 1.2 kg/m3,
- L'air est aspiré à une vitesse de 1.5m/s.
MOD_3 : Il s'agit du mode "Boost".
- L'air aspiré contient plus de 3000 gouttelettes d'eau infectées,
- Les gouttelettes ont un diamètre d'au moins 24µm,
- L'air aspiré est à une température très inférieure à 0°C et à une masse volumique de 1.5 kg/m3,
- L'air est aspiré à une vitesse de 1.5m/s.

Partant de ces données, avec une chambre de traitement qui comporte trois organes chauffants 45, réalisés chacun sous la forme d'un ressort à spirale conique, les moyens de contrôle MC peuvent ainsi appliquer les traitements de type chauffage de la manière suivante :

MOD_1 = 3 joules sont nécessaires par organe chauffant 45, pour faire passer la température de 25°C à 100°C ;
MOD_2 =9 joules sont nécessaires par organe chauffant pour faire passer la température de 10°C à 100°C ;
MOD_3 = 18 Joules nécessaires par organe chauffant pour faire passer la température de 10°C à 100°C.

Un revêtement spécial peut être déposé sur la couche isolante 49 pour faciliter la conduction de la chaleur, réfléchir les radiations infrarouges émises par les organes chauffants, et ainsi améliorer l'effet de stérilisation obtenu dans la chambre de traitement CH_T.

La figure 7A représente une autre variante de réalisation de la chambre de traitement CH_T, présentant une configuration hybride basée sur l'emploi d'organes chauffants 45 et de diodes électroluminescentes L.

Cette chambre à configuration hybride, de l'amont vers l'aval, comporte ainsi au moins une première zone portant des organes chauffants 45, suivie d'au moins une deuxième zone portant des diodes électroluminescentes L. Les organes chauffants 45 sont par exemples identiques à ceux décrits ci-dessus, et agencés de manière similaire.

Les diodes électroluminescentes L sont choisies pour émettre à une longueur d'onde comprise dans la gamme UV-C (Ultra-Violet – de type C), par exemple entre 200nm et 300nm. Actuellement, le plus haut pic d'absorption de cellules pathogènes a été détecté à 265nm. Par ailleurs, chaque type de cellules pathogènes nécessite une dose de rayonnement UV suffisante afin d'être rendue inopérante. Cette dose de rayonnement est comprise entre 1 mW.s/cm²et 400 mW.s/cm².

En référence à la figure 7B, en vue de maximiser l'utilisation des signaux émis par chaque diode électroluminescente L, la chambre est dotée sur sa paroi interne, au niveau de chaque zone portant des diodes électroluminescentes, d'un revêtement réflecteur 41, en vue de maximiser le rendement du dispositif. Il peut par exemple disposer d'un coefficient de réflectivité supérieur à 90%. Ainsi, l'énergie électromagnétique est confinée au maximum dans la chambre.

En plus d'être résistante à la chaleur émise par les organes chauffants 45, la paroi 42 pourra être réalisée dans un matériau absorbeur de rayonnement UV-C ou disposer d'un revêtement adapté, afin d'éviter toute diffusion de radiations vers l'extérieur. En aval du premier filtre F1 à particules fines et en amont de sa zone dédiée au traitement de l'air, la chambre CH_T peut disposer également d'un premier absorbeur A1 de rayonnement UV-C. De même en sortie, et en amont du deuxième filtre F2 à particules fines, et en aval de sa zone de traitement, la chambre peut disposer d'un deuxième absorbeur A2 de rayonnement UV-C.

La paroi du conduit 40 ainsi que les deux absorbeurs A1, A2 peuvent être réalisés dans un matériau choisi parmi le polycarbonate, le nitrure d'aluminium, différents oxydes tels que CeO₂/TiO₂/SiO₂, l'éthyl-methacrylate ou le méthyl-acrylate; 2,2 dihydroxy 4 méthoxybenzophenone.

Le revêtement réflecteur 41 déposé sur la face interne de la paroi 42 du conduit peut être par exemple réalisé à partir d'aluminium pulvérisé, d'acier inoxydable ou de PTFE étendu, ou d’autre matériaux.

Les diodes électroluminescentes L sont intégrées dans la paroi 42 du conduit. Une couche de protection 50 peut être appliquée, vers l'intérieur du conduit, sur chaque diode électroluminescente L afin de la protéger et que celle-ci ne soit pas en contact avec l'air circulant dans le conduit. Bien entendu, cette couche est transparente aux rayonnements UV-C afin que le rayonnement émis par la diode puisse être diffusé dans la chambre. Cette couche 50 peut présenter une épaisseur de quelques centaines de nanomètres. Elle peut être fabriquée dans un matériau tel qu'un polymère amorphe comme le COC (Copolymère d'oléfine cyclique). Une couche hydrophobe 43 peut être déposée sur l'ensemble de la paroi interne du conduit afin de limiter la condensation à l'intérieur de la chambre ou uniquement sur la couche de protection des diodes si le revêtement réflecteur est lui-même déjà hydrophobe (par exemple lorsqu'il est à base de Fluor).

En référence à la figure 7C, chaque diode électroluminescente L peut par exemple émettre avec un angle A compris entre 110° et 140°, par exemple avec une puissance de rayonnement comprise entre 1mW et 10mW.

Il est également possible de prévoir des diodes électroluminescentes L émettant à des longueurs d'ondes distinctes. Il serait possible d'avoir un premier groupe de diodes électroluminescentes réparties le long du conduit 40 et capables d'émettre à une première longueur d'ondes et un deuxième groupe de diodes électroluminescentes également réparties le long du conduit et capables d'émettre à une deuxième longueur d'ondes, distinctes de la première longueur d'ondes.

Cette configuration hybride présente plusieurs avantages :

Adapter le mode de traitement aux agents infectieux ou pathogènes présents, certains agents pouvant être plus sensibles au chauffage, d'autres aux rayonnements UV-C,
Pouvoir cumuler les deux types de traitement,
Disposer d'une palette de traitement plus large, en type et en intensité.

La chambre peut également être agencée à la verticale pour favoriser la récupération des gouttelettes générées par la condensation dans le réservoir 48 prévu à cet effet.

Il faut noter que la capacité de la batterie BATT sera choisie de manière adaptée. Elle peut présenter une capacité allant de quelques centaines de mA.h à 10000 mA.h par exemple. Cela dépendra notamment du type des moyens de traitement intégrés dans la chambre CH_T et de leur nombre.

On comprend de ce qui précède que le dispositif de l'invention présente de nombreux avantages, parmi lesquels :

Une solution nouvelle et efficace pour éliminer les agents infectieux ou pathogènes ;
Une possible modularité, grâce à l'emploi d'une chambre de traitement de type hybride ;
La possibilité d'ajuster le niveau de puissance, notamment en tenant compte de différents paramètres d'entrée ;
Une solution durable, permettant d'éviter l'emploi de masques jetables ;

Claims

Dispositif actif de protection, comportant un masque de protection (1) portable par un individu pour se protéger d'agents infectieux ou pathogènes, ledit masque de protection (10) étant alimenté par une batterie (BATT) électrique et comprenant une chambre de traitement (CH_T) de l'air aspiré par l'individu, ladite chambre comportant un conduit dans lequel l'air aspiré est traité et des moyens de traitement (M_T) de l'air présent dans le conduit (40), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement de l'air (M_T) par chauffage de l'air aspiré, configurés pour délivrer un niveau de puissance (P_L) déterminé en vue de chauffer un volume interne de la chambre de traitement destiné à être traversé par l'air aspiré, et en ce que le dispositif comporte des moyens de contrôle (UC), configurés pour commander lesdits moyens de traitement (M_T).
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (MC) sont configurés pour contrôler lesdits moyens de traitement (M_T) par chauffage en vue d'adapter le niveau de puissance (P_L) délivré dans la chambre selon plusieurs niveaux de puissance distincts.
Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit (40) présente une forme en U ou en serpentin agencé entre une entrée d'air (20) destinée à communiquer avec l'air ambiant et une sortie d'air (21) destinée à communiquer avec les voies respiratoires de l'individu.
Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (M_T) comportent un ou plusieurs organes chauffants.
Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque organe chauffant (45) se présente sous la forme d'un ressort à spirale conique, orienté dans l'axe du conduit.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque organe chauffant (45) de forme conique présente à sa base une section sensiblement égale à la section interne du conduit.
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de refroidissement (47) agencé en aval par rapport aux moyens de traitement (M_T).
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement peut comporter au moins un premier module thermoélectrique.
Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier module thermoélectrique est à effet Peltier et comporte une face froide orientée vers l'intérieur du conduit.
Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier module thermoélectrique comporte des ailettes dissipatrices (470) se dressant sur la face froide du module et s'étendant transversalement à l'axe du conduit.
Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comporte un deuxième module thermoélectrique à effet Peltier ayant une face froide située en vis-à-vis de celle du premier module thermoélectrique et disposant d'ailettes dissipatrices interdigités avec les ailettes dissipatrices dudit premier module thermoélectrique.
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de contrôle sont configurés pour recevoir en entrée un ou plusieurs paramètres d'entrée (P_IN) et pour ajuster le niveau de puissance délivré par les moyens de traitement (M_T) en tenant compte du ou des paramètres d'entrée reçus.
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens de traitement (M_T) comportent une ou plusieurs diodes électroluminescentes (L) émettant dans la gamme ultra-violet de type C.