FR3111565A1

FR3111565A1 - Masque de protection respiratoire à paroi d’interface transparente et armature intégrant une ou plusieurs cartouche(s) amovible(s) de matériau filtrant

Info

Publication number: FR3111565A1
Application number: FR2006307A
Authority: FR
Inventors: Alain Auffret; Christophe Chambet; Gérard PERNAT; Louis PERNAT
Original assignee: Bouverat Pernat; Precise France SAS
Current assignee: Bouverat Pernat; Precise France SAS
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-12-24

Abstract

PRECISE France et BOUVERAT-PERNAT L’invention concerne un masque de protection respiratoire, comprenant : - une armature rigide à placer sur le visage d’un utilisateur ; - une enveloppe d’étanchéité, fixée ou formée intégralement avec au moins l’arrière de l’armature, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, l’enveloppe d’étanchéité comprenant, dans sa partie arrière, une lèvre d'étanchéité souple conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ; - une paroi d’interface transparente (4), fixée ou formée intégralement avec l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche ; - une première cartouche de filtration (5) logeant au moins un matériau filtrant , la première cartouche étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur du masque par inspiration de l’utilisateur. L’invention concerne également une cartouche de filtration. Figure 4

Description

Masque de protection respiratoire à paroi d’interface transparente et armature intégrant une ou plusieurs cartouche(s) amovible(s) de matériau filtrant.

La présente invention concerne un masque de protection respiratoire.

Les applications de l’invention sont nombreuses parmi lesquelles on peut citer le secteur médical et paramédical, les services de la sécurité sanitaire (ambulanciers, pompiers, sécurité civile…), le grand public, notamment les personnes âgées, les entreprises, les personnes sourdes ou malentendantes.

Le développement technologique du XX^èmesiècle a été accompagné par la mise en place d’une gamme de masques de protection respiratoire adaptés aux environnements à risque.

Ainsi, dans un environnement hospitalier, des masques de protection chirurgicaux sont utilisés. Un tel masque est constitué d’une ou plusieurs couches de textile ou de papier maintenues sur le visage du porteur par des élastiques ou des lanières. Typiquement, un masque chirurgical comprend un empilement constitué d’une couche externe en polypropylène (PP) non tissé/une couche filtrante à base de microfibres de PP/ un support en acrylique/une couche interne en PP non tissé. Les particules fines en suspension dans un aérosol qui peuvent être filtrées par les masques chirurgicaux peuvent être de l’ordre de 3µm ± 0,3 µm (D50 en volume), avec une efficacité pouvant aller jusqu’à 98%

Un inconvénient majeur de ces masques est qu’ils sont dédiés à un usage unique, et génèrent ainsi une quantité importante de déchets car non recyclables.

De plus, ces masques sont conçus pour ne filtrer que des bactéries et des virus. Même s’ils filtrent de facto certains polluants et/ou certaines particules de matière, ils ne sont pas conçus pour cela.

Également, la qualité intrinsèque de protection de ces masques est relativement faible, car ils visent principalement à éviter les projections des porteurs sur l’environnement proche et non l’inverse.

En outre, à l’usage, le personnel soignant qui porte de tels masques ne peut réellement communiquer avec les patients, car la ou les couches textiles d’une part, forment une barrière sonore et d’autre part, sont opaques ce qui interdit une lecture labiale par les patients.

Dans le contexte de l’épidémie du coronavirus, désigné COVID-19, des masques textiles lavables ont été réalisés. Ces masques lavables présentent les mêmes limitations inhérentes que les masques chirurgicaux. Un nettoyage efficace impose de respecter des conditions particulières, notamment un séchage à haute température et/ou un repassage. De plus, ils sont souvent épais et de ce fait relativement lourds et inconfortables pour certains utilisateurs, avec en particulier le risque fréquent de présence de buée sur les lunettes. La fabrication de tels masques textiles est en outre difficile à automatiser, car nécessite des opérations de couture.

Enfin, tout comme pour les masques chirurgicaux, l’étanchéité entre un masques et son porteur est inexistante, ce qui est néfaste dans des environnements où circulent des aérosols qui peuvent être contaminés, par exemple avec des virus de type COVID-19.

Dans les environnements poussiéreux, tels que les chantiers, ou ceux avec la présence supplémentaire de gaz nocifs, des technologies différentes pour la réalisation de masques de protection respiratoire peuvent être mises en œuvre.

Ainsi, il existe des masques à coque préformée avec un ou plusieurs logements dans lesquels des matériaux filtrants sont logés. Ces masques présentent en principe un pouvoir filtrant amélioré, par exemple FFP2 ou FFP3 selon les standards NF EN 149 et NF EN 13724-7.

En particulier, il est connu des masques à coque de type FPP3 conçus pour filtrer les particules fines et très fines, et jusqu’à 99% des particules fines de l’ordre de 0,06 à 0,1µm (D50 en volume).

Les masques militaires à coque visent exclusivement à filtrer les polluants gazeux, du type CO₂ou oxyde d’azote.

Ces masques à coque sont pour la grande majorité, assez lourds, au point qu’un port pendant une durée importante ne peut raisonnablement être envisagé.

Par ailleurs, leur rigidité relative fait que l’interface avec la peau est souvent imparfaite, notamment pour certaines morphologies de visages, avec ici encore le risque fréquent de présence de buée sur les lunettes des porteurs.

Pour améliorer l’interface avec la peau, il est fréquent d’ajouter un insert métallique à conformer à la forme du nez ou un joint en mousse. Toutefois, ces éléments complexifient la fabrication des masques et leur recyclage.

Dans l’urgence de l’épidémie de COVID-19, certains masques en matière plastique ont été réalisés par fabrication additive. Ces masques comprennent une partie souple formant une jupe reliée à une partie rigide centrale sous la forme d’une coque qui loge une ou plusieurs couches de matériau filtrant entre deux grilles dont un capuchon que l’on peut ôter pour permettre le remplacement des couches de matériau filtrant. Les masques proposés s’avèrent aussi relativement lourds et peu confortables à porter sur une longue période. De plus, la fabrication additive proposée est peu compatible avec une production de masse susceptible de répondre à une forte demande en période de crise sanitaire.

En outre, lorsqu’un utilisateur porte un masque à coque, il est généralement inaudible.

En sus de tous les inconvénients précités, la plupart des masques de protection respiratoire existants est conçue pour une nature d’espèce à filtrer qui est figée (particules fines ou polluants gazeux ou virus et bactéries) et/ou pour un niveau d’efficacité donné (FFP1 ou FFP2 ou FFP3).

Surtout, aucun des masques existants n’est impérissable.

Enfin, aucun d’entre eux n’a bénéficié véritablement d’un design esthétique.

Il existe par conséquent un besoin pour améliorer les masques de protection respiratoire, notamment afin qu’ils soient confortables, efficaces en termes de filtration, évolutifs quant à la nature des espèces à filtrer ou le niveau d’efficacité recherché, faciles à nettoyer sans risque de contamination, réutilisables voire impérissables, recyclables, esthétiques, et qu’ils permettent à leurs utilisateurs (porteurs) d’être facilement audibles.

Un besoin supplémentaire est que la fabrication de ces masques soit compatible avec une production de masse, en particulier si elle doit se faire en un temps réduit.

Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce(s) besoin(s).

Pour ce faire, l’invention a tout d’abord pour objet un masque de protection respiratoire, comprenant :

- une armature rigide à placer sur le visage d’un utilisateur ;

une enveloppe d’étanchéité, fixée ou formée intégralement avec au moins l’arrière de l’armature, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, l’enveloppe d’étanchéité comprenant dans sa partie arrière une lèvre d'étanchéité souple conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ;
une paroi d’interface transparente, fixée ou formée intégralement avec l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche ;
une première cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la première cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur du masque par inspiration de l’utilisateur et le cas échéant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.

Avantageusement, la lèvre d’étanchéité est réalisée avec une épaisseur de paroi souple qui peut être épaisse, sur au moins une partie de sa longueur. Cela garantit d’autant plus à la fois le confort de l’utilisateur du masque et l’étanchéité du volume emprisonnant la bouche et le nez vis-à-vis de l’extérieur.

Selon une variante de réalisation avantageuse, le masque comprend une deuxième cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la deuxième cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur par inspiration de l’utilisateur et le cas échant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.

De préférence, les premières et deuxièmes cartouches de filtration sont identiques. Ainsi, en plus d’une standardisation des cartouches, on peut avoir un même débit d’air inspiré par cartouche, ce qui permet d’avoir une filtration équilibrée et une circulation d’air homogène dans le volume au contact de l’utilisateur, emprisonné par le masque.

Selon un mode de réalisation avantageux, le masque comprend :

une troisième cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la troisième cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe ;
au moins une valve d’échappement fixée dans l’armature en avant de la troisième cartouche de filtration, la valve d’échappement étant configurée pour laisser passer l’air en le filtrant uniquement de l’intérieur vers l’extérieur du masque par expiration de l’utilisateur.

Avantageusement, la valve d’échappement est constituée d’une lame flexible prolongée d’un téton, la lame étant maintenue en étant insérée dans l’armature avec le téton monté dans un trou traversant de l’armature, de telle sorte qu’une expiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lame en dégageant le téton du trou au moins partiellement tandis qu’une inspiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lame en obturant le trou par le téton.

Avantageusement encore, la valve d’échappement est configurée pour amplifier les sons de la parole de l’utilisateur.

De préférence, la valve d’échappement est en élastomère, de préférence encore en silicone.

Selon ce mode, le masque est avantageusement symétrique par rapport à un plan médian longitudinal, les premières et deuxièmes cartouches étant fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian, chacune au travers d’un des bords latéraux de l’enveloppe, tandis que la troisième cartouche est fixée au travers d’un des bords longitudinaux de l’enveloppe autour du plan médian longitudinal. La première, éventuellement la deuxième, éventuellement la troisième cartouche étant fixée à l’enveloppe par une fixation par encliquetage.

Ainsi, dans ce mode avec une troisième cartouche, l’air est inspiré uniquement à travers les premières et deuxièmes cartouches, car la valve empêche tout inspiration par la troisième cartouche qui est donc dédiée à la filtration uniquement de l’air expiré par l’utilisateur du masque.

Selon un exemple avantageux de mise en œuvre de fixation amovible par encliquetage, la première, éventuellement la deuxième, éventuellement la troisième cartouche de filtration est pourvue d’une gorge ou d’un bourrelet d’encliquetage continu sur sa périphérie à encliqueter avec respectivement un bourrelet ou une gorge d’encliquetage continue sur une périphérie de l’enveloppe de sorte à réaliser une fixation étanche. On obtient ainsi une fixation simple et rapide à mettre œuvre avec une étanchéité parfaitement maîtrisée.

Selon une variante de réalisation, l’enveloppe est fixée à l’armature par une fixation par encliquetage.

La paroi d’interface transparente peut être fixée à l’armature par collage.

Avantageusement, l’armature rigide est en matière(s) plastique(s), de préférence en polycarbonate (PC). L’enveloppe étant en élastomère, de préférence en silicone.

Pour fixer de manière simple et efficace le masque à la tête d’un utilisateur, l’armature rigide comprend avantageusement au moins deux ergots formés intégralement avec celle-ci, pour l’accrochage d’au moins une bande élastique à trous, formant une sangle d’attache à la tête de l’utilisateur.

Selon un mode de réalisation, le masque comprend une visière fixée de manière amovible, sur l’armature rigide. Cette visière permet de protéger les yeux notamment dans un environnement où des projections ont lieu. La visière peut être parfaitement intégrée à la fois à l’ergonomie et l’esthétique du masque.

Avantageusement, la visière est fixée sur l’armature rigide par une fixation par encliquetage. Selon ce mode et une variante de réalisation avantageuse, la visière comprend au moins deux languettes d’encliquetage ou au moins deux échancrures d’encliquetage à encliqueter individuellement avec respectivement au moins deux échancrures d’encliquetage ou au moins deux languettes d’encliquetage de l’armature.

De préférence, la paroi d’interface transparente et/ou le cas échéant la visière est(sont) en matière(s) plastique(s), de préférence en polycarbonate (PC) ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Ces matériaux présentent à la fois de très bonnes caractéristiques optiques et de résistance mécanique et thermique. En particulier, le PMMA peut être aisément thermoformé en conservant une très bonne transparence optique.

On peut envisager que la paroi d’interface et/ou le cas échéant la visière soi(en)t teintée(s) dans la masse tout en étant transparente(s). Ainsi, en fonction des environnements et des souhaites des utilisateurs, on peut soit disposer d’une paroi incolore ou colorée.

Pour des raisons esthétiques et d’ergonomie, la paroi d’interface transparente et/ou le cas échéant la visière peu(ven)t être bombée(s), de préférence sous la forme d’une portion sphérique.

Selon une variante avantageuse, l’armature rigide supporte au moins une plaque d’identification sur laquelle sont gravés au moins un code alphanumériques et/ou à barres. Chaque masque selon l’invention peut être identifié individuellement.

Selon une autre variante avantageuse, le masque peut comprendre au moins un logement d’au moins une radio-étiquette d’identification (RFID) et/ou au moins une puce électronique de communication sans fil de type wifi ou Bluetooth®. On peut ainsi réaliser un suivi précis de l’utilisateur. Par exemple, dans des environnements très exposés aux contaminants, on peut enregistrer en temps réel les informations, notamment la durée d’exposition de l’utilisateur, sa localisation…

L’invention a encore pour objet une cartouche de filtration, destinée à être fixée de manière amovible à un masque de protection sanitaire selon l’une des revendications précédentes, comprenant :

- un corps en deux parties assemblées l’une à l’autre en définissant un logement, chacune des deux parties étant percées d’au moins un trou traversant débouchant dans le logement ;

- un support de maintien et d’étanchéité, logé dans le logement du corps;

- au moins un matériau filtrant maintenu avec étanchéité dans le support.

Selon une variante les deux parties du corps peuvent être vissées l’une à l’autre.

L’invention a enfin pour objet une pièce céramique frittée sous la forme d’une pastille, destinée à être implantée dans un masque de protection respiratoire, la pièce céramique présentant une porosité totale supérieure à 40%, de préférence supérieure à 50%, préférence supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70% et de préférence inférieure à 90%, voire inférieure à 85%, voire inférieure à 80%, de préférence comprise entre 55 et 85%.

Une telle porosité totale offre une microstructure parfaitement adaptée au traitement des agents pathogènes.

Une pastille céramique présente également l’avantage de pouvoir être nettoyée et/ou purifiée pour être réutilisée. Elle génère donc peu de déchets.

On entend par « céramique » dans le cadre de l’invention, tout matériau non métallique et non organique.

On entend par « frittage », la consolidation par traitement thermique à plus de 1100°C, d’une préforme, avec éventuellement une fusion, partielle ou totale, de certains de ses constituants (mais pas de tous ses constituants, de sorte que la préforme n’est pas transformée en une masse liquide).

Par « carbure de silicium recristallisé », on entend du carbure de silicium recristallisé par traitement à haute température de la pièce céramique, et en particulier de la mousse céramique. La recristallisation est un phénomène bien connu correspondant à une consolidation par évaporation des plus petits grains de carbure de silicium puis condensation pour former le lien avec les plus gros grains.

La porosité totale, en pourcentage, est classiquement égale à 100 x (1 - le rapport de la densité géométrique divisée par la densité absolue).

La densité géométrique est mesurée suivant la norme ISO 5016:1997 ou EN 1094-4 et exprimée en g/cm3. Elle est classiquement égale au rapport de la masse de l'échantillon divisée par le volume apparent.

La valeur de densité absolue, exprimée en g/cm³, est classiquement mesurée en divisant la masse d'un échantillon par le volume de cet échantillon broyé de manière à sensiblement supprimer la porosité.

La pièce céramique est constituée de carbure de silicium ou de cordiérite ou de titanate d’aluminium ou de zircone ou d’alumine ou de mullite ou de silice ou de leurs mélanges. Selon une variante, la pièce céramique comporte plus de 80% en masse de carbure de silicium (SiC), voire plus de 90% de carbure de silicium, voire plus de 95% de carbure de silicium, voire est constituée essentiellement de carbure de silicium. Selon une variante, le carbure de silicium est du carbure de silicium recristallisé, en particulier sous forme alpha. Le carbure de silicium recristallisé est particulièrement intéressant, car il permet d’obtenir des pièces présentant une microstructure dont les pores sont quasi exclusivement ouverts et très interconnectés.

Selon une autre variante, la pièce céramique est constituée, en pourcentage massique sur la base des phases cristallisées, de 25 à 55% de mullite (3Al₂O₃-2SiO₂), 20 à 65% de corindon (Al₂O₃sous forme cristalline alpha), 10 à 40% de zircone (ZrO₂), la mullite, le corindon et la zircone représentant ensemble plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 98% de la masse des phases cristallisées.

Les procédés de mise en forme par coulage en bande ou par moussage sont particulièrement adaptés à la production de pièces de formes complexes, notamment de pastilles, avant cuisson pour éviter/limiter les étapes d’usinage.

Avantageusement, une pièce céramique selon l’invention présente une épaisseur comprise entre 1 et 20 mm, de préférence supérieure à 2 mm, voire supérieure à 3 mm et/ou inférieure à 15 mm, voire inférieure à 10 mm.

De préférence, la pièce céramique présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- la taille médiane des pores (D50 en volume, mesuré par porosité mercure) est supérieure à 1 µm, voire supérieure à 5µm, voire supérieure à 10µm, voire supérieure à 20µm, voire supérieure à 30µm, voire supérieure à 40µm et inférieure à 400 µm, voire inférieure à 300 µm, voire inférieure à 200 µm, voire inférieure à 160 µm, voire inférieure à 150 µm ;

- les pores de taille supérieure à 300 µm représentent moins de 10% en volume, voire moins de 5% en volume ;

- la tortuosité est supérieure à 1, voire supérieure à 1,1, voire supérieure à 1,2, voire supérieure à 1,3, voire supérieure à 1,4 et inférieure à 2, voire inférieure à 1,9, voire inférieure à 1,8, voire inférieure à 1,7. La tortuosité est mesurée par nanotomographie. Les images ont une résolution apte à une binarisation. L’utilisation d’un logiciel comme iMorph© permet d’obtenir une caractérisation géométrique en trois dimensions et de calculer la tortuosité. La tortuosité est définie comme le rapport entre le parcours le plus court permettant de traverser l’échantillon dans le sens de son épaisseur, au sein de sa porosité, et la distance ou le segment de droite joignant le point de départ et le point d’arrivée correspondant à ce parcours.

Selon un premier mode avantageux de réalisation, la pièce céramique est une mousse céramique présentant une pluralité de cellules, la majorité de ces cellules étant connectées à d'autres cellules adjacentes par des fenêtres ou pores cellulaires. Une cellule à la surface de la mousse céramique présente également généralement une ou plusieurs ouvertures vers l'extérieur. Les parois délimitant les cellules présentent une porosité dite « intergranulaire ». Elles sont en effet formées par agglomération de particules, cette agglomération laissant subsister des interstices ou « pores intergranulaires », entre les particules. Un exemple de mousse céramique selon ce mode de réalisation est décrit dans EP1778601.

Selon ce premier mode, la mousse céramique présente avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

la porosité intergranulaire est d'au moins 5 %, de préférence d'au moins 8 %, de préférence encore d'au moins 10% et/ou inférieure à 25%, voire inférieure à 20% ;
la taille médiane des pores intergranulaires est inférieure à 25 μm, voire inférieure à 20 µm et supérieure à 4 μm, voire supérieure à 7 µm ;
la taille médiane des pores cellulaires est inférieure à 400 µm, voire inférieure à 300 µm, voire inférieure à 200 μm, voire inférieure à 180 µm, voire inférieure à 160 µm et supérieure à 40 μm, voire supérieure à 50 µm, voire supérieure à 80 μm ;
la répartition de la taille des pores est bimodale ;
la porosité totale est supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70%.

Une analyse à l’aide d’un prosimètre au mercure permet de mettre en évidence plusieurs caractéristiques de porosité : une répartition de la taille des pores présentant deux pics distincts et représentatifs des deux familles de pores, la taille médiane des pores de chacune des familles étant donnée par la position du sommet de chaque pic.

Une mousse céramique présente avantageusement une porosité essentiellement ouverte, ce qui la rend accessible et permet une forte capacité de filtration.

Une mousse céramique permet avantageusement de filtrer des particules dont la taille est jusqu’à 30 fois inférieure à la taille médiane des pores, ce qui permet de limiter la perte de charge.

Une mousse céramique présente avantageusement un excellent compromis entre la perte de charge et la capacité de filtration, ce qui permet de constituer un masque présentant à la fois une bonne respirabilité et une filtration efficace.

Selon un deuxième mode de réalisation avantageuse, la pièce céramique est constituée de plusieurs couches céramiques superposées présentant des porosités totales respectives différentes. De préférence, la porosité totale et la taille médiane des pores de la couche constituant la face d’entrée d’air à filtrer sont inférieures celles de la ou les autre(s) couche(s). Les différentes couches peuvent résulter de l’imprégnation d’une partie de la pièce céramique.

En particulier lorsque la pièce céramique est une mousse céramique de carbure de silicium recristallisé, une couche peut être obtenue par imprégnation d’une partie de l’épaisseur de la pièce par une barbotine à base de carbure de silicium et comportant optionnellement des agents porogènes ; la barbotine remplit alors à la fois les pores cellulaires et la porosité intergranulaire constituant une couche différenciée dans la pièce céramique. De préférence, la partie imprégnée est la face d’entrée d’air à filtrer.

De préférence, cette partie imprégnée présente :

une porosité totale inférieure à la porosité totale de la partie non imprégnée. De préférence la porosité totale de la partie imprégnée est supérieure à 30%, voire supérieure à 35% et de préférence inférieure à 70%, voire inférieure à 60%, voire inférieure à 50%; et/ou
des pores dont la taille médiane est supérieure à 1 µm, voire supérieure à 2 µm, voire supérieure à 3 µm et inférieure à 20 µm, voire inférieure à 10 µm, voire inférieure à 5 µm; et/ou
une épaisseur comprise entre 5 et 500 µm, de préférence supérieure à 10 µm et/ou inférieure à 400 µm, voire inférieure à 200 µm, voire inférieure à 100 µm.

Selon une variante avantageuse, quel que ce soit le type de pièce céramique, la pièce céramique est pourvue d’un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes.

Le revêtement d’inactivation est adapté aux agents pathogènes à inactiver.

En particulier, le revêtement d’inactivation peut être un revêtement éliminant un ou plusieurs agents pathogènes, par exemple bactéricide et/ou virucide. Le revêtement d’inactivation peut être notamment constitué de nanoparticules, notamment à base d’argent et/ou de cuivre.

Le revêtement peut être déposé par imprégnation directement dans la structure poreuse, en particulier lorsqu’il s’agit d’une mousse céramique, directement sur les parois de la mousse,

Le revêtement peut être déposé sur l’une des faces externes de la pièce céramique, de préférence la face d’entrée d’air à filtrer.

La microstructure très poreuse, et en particulier la microstructure d’une mousse céramique, offre avantageusement une très grande surface d’échange avec le revêtement d’inactivation.

Les avantages d’un masque selon l’invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer :

une protection respiratoire très efficace, le flux d’air inspiré et expiré par un porteur du masque étant guidé pour traverser uniquement la ou les cartouches à matériau filtrant car l’enveloppe à lèvre assure une parfaite étanchéité du volume intérieur du masque entourant la bouche et le nez ;
la possibilité de rendre évolutif très facilement et rapidement le masque, en réalisant un montage/démontage amovible de cartouches configurées en fonction du niveau de filtration recherché FMP1, FMP2, FMP3 est relatif aux masques et le cas échéant de propriétés virucides et/ou bactéricides ;
un confort pour le porteur du fait de la légèreté des matériaux possibles pour les différents composants du masque et du débit d’air à inspirer que l’on peut bien calibrer ;
une très longue durée de vie voire une impérissabilité par l’emploi de matériaux résistants et stables dans le temps, en particulier pour les céramiques qui peuvent être mises en œuvre pour garantir une filtration efficace ;
la possibilité de recycler tous les composants du masque ;
un aspect très esthétique par la mise en œuvre d’une paroi transparente de préférence bombée pour épouser la forme d’un visage, qui permet en outre une lecture labiale ;
l’absence de buée sur les lunettes d’un porteur car la lèvre d’étanchéité garantit qu’aucun air expiré par le porteur ne peut venir en direction des yeux ;
la mise en œuvre d’une fonction d’amplification du son par une configuration adaptée de la valve d’échappement de l’air ;
une protection des yeux efficace avec une visière qui peut être intégrée rapidement et facilement au masque ;
un procédé de fabrication compatible avec une production de masse en un temps réduit, tous les composants pouvant être produits par des procédés parfaitement maitrisés, tels que le moulage par injection ou le thermoformage de matière plastique ou élastomère, pour l’armature rigide, l’enveloppe, la valve d’échappement, la visière, les sangles d’attache, ou du décolletage pour les cartouches, le moussage ou le frittage des pastilles en céramique en tant que matériaux filtrants ;
un nettoyage aisé de tous les composants, notamment par un passage au lave-vaisselle, voire une stérilisation en autoclave. Les pastilles céramiques, particulièrement en carbure de silicium recristallisé, sont parfaitement adaptées pour être lavées et réintégrées dans le masque de multiples fois. La résistance chimique et à la température du carbure de silicium recristallisé le rend très bien adapté et résistant à de multiples agents de lavage, même à chaud ;
une traçabilité du porteur de masque, particulièrement utile dans des environnements très contraignants, comme les environnements hospitaliers, poussiéreux, à atmosphère gazeuse nocive…

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes.

la est une vue en perspective depuis l’avant d’un exemple de masque de protection respiratoire selon l’invention.

la est une vue en perspective depuis l’arrière de l’exemple de masque selon la .

la est une vue en éclaté d’un masque selon les figures 1 et 2.

la représente en vue de face un autre exemple de protection respiratoire selon l’invention tel qu’il est en configuration portée par un utilisateur.

la est une vue de profil de la .

la est une vue de face de l’exemple des figures 4 et 5, la visière amovible ayant été enlevée.

la est une vue en perspective avant d’un exemple de cartouche de filtration à matériau filtrant conforme à l’invention à fixer de manière amovible à un masque selon l’invention.

la est une vue en perspective arrière d’une cartouche de filtration amovible selon la .

la est une vue en coupe longitudinale de la cartouche de filtration selon les figures 7 et 8.

la représente en coupe longitudinale une variante de cartouche de filtration conforme à l’invention.

la est une vue schématique du principe de filtration d’un masque selon l’invention, à la fois à l’inspiration et à l’expiration de l’utilisateur.

la est une vue en coupe de détail d’un masque selon l’invention réalisée au niveau d’une cartouche de filtration amovible agencée sur un des bords latéraux.

la est une vue en coupe de détail d’un masque selon l’invention réalisée au niveau d’une cartouche amovible agencée au niveau du plan de symétrie du masque.

la est une vue en perspective d’un exemple de valve d’échappement monté dans un masque selon l’invention.

la est une vue en perspective depuis l’avant d’un autre exemple de masque de protection respiratoire selon l’invention.

la est une vue en perspective depuis l’arrière de l’autre exemple de masque selon la .

Description détaillée

Dans l’ensemble de la demande, les termes « haut », « bas » « au-dessus », « au-dessous », « supérieur » et « inférieur » sont à comprendre par référence en configuration portée par un utilisateur en position debout avec la tête à la verticale.

De même, les termes « avant » et « arrière » sont à comprendre par référence à cette configuration.

Un exemple de masque 1 selon l’invention est représenté aux figures 1 à 3.

Dans cet exemple illustré, le masque 1 est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal.

Le masque 1 comprend tout d’abord une armature rigide 2 à placer sur le visage d’un utilisateur. Cette armature rigide 2 est par exemple réalisée en polycarbonate (PC) par moulage par injection.

Une enveloppe d’étanchéité 3 est fixée par encliquetage avec au moins l’arrière de l’armature 2. Comme visible sur les figures 4 à 6, cette enveloppe d’étanchéité 3 est conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche. Plus précisément, l’enveloppe d’étanchéité 3 comprenant, dans sa partie arrière 30, une lèvre d'étanchéité souple 31 conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone. La partie arrière 30 comprend notamment une zone plus étroite 300 en saillie, destinée à épouser la forme de l’arête du nez. L’enveloppe d’étanchéité 3 est par exemple réalisée en silicone, matière souple qui permet une parfaite étanchéité au contact de la peau mais en outre apporte la légèreté au masque et le confort de port pour l’utilisateur.

Une paroi d’interface transparente 4 est collée sur l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche, comme cela est visible sur les figures 4 à 6. Cette paroi d’interface transparente 4 est par exemple en polycarbonate (PC) ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Comme illustré aux figures 4 à 6, cette paroi 4 tout comme l’armature rigide 2 sont bombées sous la forme d’une portion sphérique pour l’esthétique du masque et épouser au mieux le contour du visage du porteur.

Le masque 1 comprend en outre deux cartouches identiques 5 fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian du masque. Chacune de ces deux cartouches 5 est fixée de manière amovible à l’enveloppe 3, au travers d’un des bords latéraux de l’enveloppe. Plus précisément, chacune des cartouches 5 est encliquetée à l’enveloppe d’étanchéité 3 en traversant des ouvertures débouchantes 40, 20, 32 alignées, réalisées respectivement dans la paroi transparente 4, dans l’armature rigide 2 et dans l’enveloppe d’étanchéité 3.

Chacune des deux cartouches latérales amovibles 5 loge au moins un matériau filtrant 6; 6.1,6.2. Plus précisément, comme illustrés aux figures 7 à 10, une cartouche amovible 5 comprend un corps 50 en deux parties 51, 52 assemblées l’une à l’autre en définissant un logement. Chacune des deux parties 51, 52 est percée d’une pluralité de trous traversant 510, 520 débouchant dans le logement du corps 50. Un support 53 logé dans le logement du corps 50 maintient avec étanchéité, au moins un matériau filtrant 6; 6.1,6.2 sous la forme d’une pastille. Comme illustré en , deux pastilles de matériau filtrant 6.1, 6.2, qui peuvent être de matériaux différents, sont maintenues parallèles par le support. En , une seule pastille 6 est maintenue par le support 53. Comme illustré également en figures 9 et 10, les deux parties 51, 52 du corps peuvent être vissées l’une à l’autre pour réaliser leur assemblage. Par exemple, la partie 51 formant le couvercle comprend un filetage intérieur 511 qui coopère avec le filetage extérieur 521 de la partie 52 formant le fond du corps 50.

Les parties 51, 52, du corps sont par exemple réalisées en aluminium, matériau léger et facile à usiner.

Le support 53 est par exemple réalisé en matériau(x) souple(s) et à fonction amortisseur de chocs. De préférence, le support 53 est en élastomère, typiquement en silicone, caoutchouc, etc…

Un mode particulièrement avantageux de réalisation d’une pastille 6 de matériau filtrant consiste en une pièce céramique frittée présentant une porosité totale comprise supérieure à 40%.

Des pastilles 6 en céramique frittée ont un pouvoir de filtration renforcé, par exemple de type FMP1, FMP2 voire FMP3.

Le masque 1 comprend une autre cartouche 7 fixée de manière amovible sur une partie avant 33 de l’enveloppe 3, qui est agencée pour qu’en configuration portée par l’utilisateur, cette cartouche 7 soit sensiblement en regard du menton. Cette cartouche centrale 7 loge également au moins une pastille de matériau filtrant 6, de préférence identique à celui des cartouches latérales 5.

Une ou deux valves d’échappement 8 est(sont) fixée(s) dans l’armature 2 en avant de la cartouche centrale 7.

On va maintenant décrire en référence à la , le principe de filtration du masque 1 grâce aux différentes cartouches de filtration 5, 7.

L’air, éventuellement contaminé, inspiré par le porteur du masque 1 passe à travers les cartouches de filtration latérales 5 en étant filtré par leurs pastilles 6 de matériau filtrant. La ou les valves d’échappement 8 est(sont) configurée(s) pour venir boucher obturer la partie centrale du masque, de sorte à ce qu’aucun débit d’air ne puisse passer lors d’une inspiration.

L’air expiré par l’utilisateur est filtré par le matériau filtrant 6 de la cartouche centrale 7 puis évacué par la valve d’échappement 8 qui laisse passer l’air dans ce sens de circulation du flux. De par la très bonne étanchéité obtenue par la lèvre 31, aucune fuite d’air n’est présente entre le masque 1 et l’utilisateur. Ainsi, les cartouches de filtration 5, 7 constituent la seule barrière de filtration entre les voies respiratoires de l’utilisateur et l’environnement extérieur.

La fixation par encliquetage d’une cartouche de filtration latérale 5 est montrée plus en détail en . Le corps 50 de la cartouche 5 est pourvue d’une gorge continue 500 sur sa périphérie qui, à l’insertion de la cartouche 5 dans l’ouverture latérale 32 de l’enveloppe 3, vient s’encliqueter dans un bourrelet continue 300 réalisée sur une périphérie de cette dernière. Ce montage est aisé, rapide et permet de garantir une fixation étanche.

La fixation par encliquetage d’une cartouche de filtration centrale 7 est réalisée de manière analogue, comme montré plus en détail en . Le corps 70 de la cartouche centrale 7 est pourvue d’un bourrelet continu 700 sur sa périphérie qui, à l’insertion de la cartouche 7 dans l’ouverture centrale 33 de l’enveloppe 3, vient s’encliqueter dans une gorge continue 301 réalisée sur une périphérie de cette dernière. On note sur cette que la cartouche centrale 7 n’est pas réalisée avec un logement et un support de maintien et d’étanchéité comme pour une cartouche latérale 5. L’étanchéité au niveau du corps 70 de la cartouche 7 est bien moins critique que pour une cartouche latérale 5 car son fonctionnement n’est pas permanent. La ou les valves d’échappement 8 interdise(nt) le passage de l’air inspiré par cette cartouche 7.

Un exemple avantageux de réalisation d’une valve d’échappement 8 en silicone est montré en . La valve 8 est constituée d’une lame flexible 80 prolongée d’un téton 81. La lame 80 est maintenue insérée dans l’armature 2 avec le téton 81 monté dans un trou traversant 210 de l’armature. Lorsque l’utilisateur du masque expire de l’air, la lame 80 est défléchie et vient ainsi dégager le téton 81 du trou 210, ce qui permet de laisser passer l’air expiré. A contrario, lors d’une inspiration d’air, la lame 80 est défléchie en obturant le trou 210 par le téton 81.

Par optimisation de la forme de la valve 8 et son agencement dans l’armature, on peut la configurer pour amplifier les sons de la parole de l’utilisateur.

Le masque 1 est maintenu sur la tête de l’utilisateur par une ou deux bandes élastiques 9, formant chacune une sangle d’attache, comme illustré sur la . Pour l’accrochage d’une sangle 9 sur l’armature 2, chaque sangle 9 est percée d’au moins trou 90 à chaque extrémité dans lequel vient se loger un ergot 22 en saillie vers l’extérieur, formé intégralement dans l’armature 2. De préférence, chaque bord latéral de l’armature 2 comprend deux ergots 22 distants l’un de l’autre. Ces deux ergots 22 forment des points de traction d’une sangle 9 sur l’armature sur chaque bord latéral. Cet agencement permet une traction bien répartie et donc une pression uniforme entre le pourtour de la lèvre d’étanchéité 31 et le visage du porteur, ce qui réduit d’autant plus le risque de création d’un passage d’air entre l’enveloppe 3 et le visage.

Lorsque l’environnement nécessite une protection des yeux, une visière 10 peut être fixée par encliquetage sur l’armature 2. Pour ce faire, comme visible sur la , l’armature 2 comprend au moins deux languettes 200 qui sont encliquetées individuellement dans au moins deux échancrures 100 de l’armature 2. De préférence, pour garantir un maintien optimal, on prévoit un nombre de trois languettes 200 dont une sur chacun des bords latéraux et une agencée dans le plan médian du masque. A l’instar de la paroi 4, la visière 10 est en polycarbonate (PC) ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Pour des raisons esthétiques, la visière 10 est bombée, et de préférence sous la forme d’une portion sphérique de même rayon ou homothétique à celle de la paroi 4.

Pour identifier individuellement chaque masque 1, on peut fixer sur l’armature 2 au moins une plaque d’identification 11 sur laquelle sont gravés au moins un code alphanumérique et/ou à barres. Cette plaque 11 est par exemple en aluminium et de préférence agencée à l’intérieur du masque pour ne par être visible de l’extérieur comme montré en .

Également, en cas de traçabilité requise, au moins une radio-étiquette d’identification (RFID) et/ou au moins une puce électronique de communication sans fil 12, 13 de type wifi ou Bluetooth® peuvent être logée(s) dans des logements afférents réalisés dans l’armature.

On peut aisément procéder au nettoyage régulier des surfaces des composants du masque 1 sans pour autant procéder à celui des cartouches de filtration 5 qui en particulier avec des pastilles 6 de céramique frittée présentent une très grande durée de vie.

Ainsi, après un certain nombre d’utilisations, l’utilisateur peut procéder au démontage par désencliquetage de toutes les cartouches de filtration 5, 7. Ensuite, le sous-ensemble du masque constitué de l’armature 2, de l’enveloppe 3 et de la paroi transparente 4 peut être nettoyé notamment dans un lave-vaisselle. Le cas échéant, la ou les sangles élastique 9 peuvent être retirées avant de placer le sous-ensemble précité dans le lave-vaisselle.

En fonction des préconisations et/ou des contraintes plus ou moins sévères du ou des environnements rencontrés lors de l’utilisation du masque 1, le remplacement des cartouches de filtration 5, 7 peut s’effectuer aisément par n’importe quel utilisateur.

Un autre exemple de masque 1 selon l’invention est illustré en figures 15 et 16. Ici, une seule cartouche de filtration latérale 5 est fixée dans l’enveloppe 3. Le principe de filtration reste le même que celui précédemment indiqué : l’air inspiré par l’utilisateur passe uniquement par la seule cartouche latérale 5, la valve 8 maintenant fermée l’ouverture centrale 210, et l’air expiré est rejeté par cette dernière en traversant la cartouche centrale 7.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de mise en œuvre qui viennent d’être décrits.

D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

En particulier, on peut envisager d’implanter une seule cartouche de filtration à travers laquelle à la fois l’air inspiré et celui expiré par l’utilisateur du masque passeraient. Un tel mode de réalisation peut par exemple être envisagé pour des environnements peu contraignants en termes de particules, gaz, virus ou bactéries à filtrer.

Également, dans les exemples illustrés, pour des raisons d’esthétique, les cartouches latérales et frontale sont agencées pour laisser la plus grande zone apparente de la bouche et autour de celle-ci. On peut bien entendu prévoir d’autres agencements dans le masque, notamment pour des applications où la lecture labiale n’est pas primordiale et/ou dans des environnements de travail poussiéreux où le flux d’aérosol transportant a matière contaminée parvient principalement sur l’avant du masque.

Si la nature des matériaux filtrants imposée par le niveau de filtration recherché génère des pertes de charge trop importantes à travers la ou les cartouches de filtration, on peut envisager d’implanter un ventilateur au sein du masque pour compenser lesdites pertes de charge.

Si dans les exemples illustrés, la paroi d’interface et la visière sont de préférence transparentes en étant incolores, on peut envisager de teinter l’une et/ou l’autres dans la masse tout en les conservant transparente(s). Cela peut par exemple être le cas lorsqu’on cherche une protection solaire du visage, en particulier des yeux.

Claims

Masque (1) de protection respiratoire, comprenant :
une armature rigide (2) à placer sur le visage d’un utilisateur ;

une enveloppe d’étanchéité (3), fixée ou formée intégralement avec au moins l’arrière de l’armature, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, l’enveloppe d’étanchéité comprenant, dans sa partie arrière (30), une lèvre d'étanchéité souple (31) conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ;

une paroi d’interface transparente (4), fixée ou formée intégralement avec l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche ;

une première cartouche de filtration (5) logeant au moins un matériau filtrant (6; 6.1,6.2), la première cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur du masque par inspiration de l’utilisateur et le cas échéant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.
Masque (1) selon la revendication 1, comprenant une deuxième cartouche de filtration (5) logeant au moins un matériau filtrant (6; 6.1,6.2), la deuxième cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur par inspiration de l’utilisateur et le cas échant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.
Masque (1) selon la revendication 2, les premières et deuxièmes cartouches étant identiques.
Masque (1) selon la revendication 2 ou 3, comprenant :
une troisième cartouche de filtration (7) logeant au moins un matériau filtrant (6), la troisième cartouche étant fixée de manière amovible à l’enveloppe ;

au moins une valve d’échappement (8) fixée dans l’armature en avant de la troisième cartouche de filtration, la valve d’échappement étant configurée pour laisser passer l’air en le filtrant uniquement de l’intérieur vers l’extérieur du masque par expiration de l’utilisateur.
Masque (1) selon la revendication 4, la valve d’échappement étant constituée d’une lame flexible (80) prolongée d’un téton (81), la lame étant maintenue en étant insérée dans l’armature avec le téton monté dans un trou traversant de l’armature, de telle sorte qu’une expiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lame en dégageant le téton du trou au moins partiellement tandis qu’une inspiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lame en obturant le trou par le téton.
Masque (1) selon la revendication 4 ou 5, la valve d’échappement étant configurée pour amplifier les sons de la parole de l’utilisateur.
Masque (1) selon l’une des revendications 4 à 6, la valve d’échappement étant en élastomère, de préférence en silicone.
Masque (1) selon l’une des revendications 4 à 7, le masque étant symétrique par rapport à un plan médian longitudinal, les premières et deuxièmes cartouches de filtration étant fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian, chacune au travers d’un des bords latéraux de l’enveloppe, tandis que la troisième cartouche de filtration est fixée au travers d’un des bords longitudinaux de l’enveloppe autour du plan médian longitudinal.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la première, éventuellement la deuxième, éventuellement la troisième cartouche étant fixée à l’enveloppe par une fixation par encliquetage.
Masque (1) selon la revendication 9, la première, éventuellement la deuxième, éventuellement la troisième cartouche de filtration étant pourvue d’une gorge (500) ou d’un bourrelet (700) d’encliquetage continu sur sa périphérie à encliqueter avec respectivement un bourrelet (300) ou une gorge d’encliquetage (301) continue sur une périphérie de l’enveloppe, de sorte à réaliser une fixation étanche.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, l’enveloppe étant fixée à l’armature par une fixation par encliquetage.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la paroi d’interface transparente étant fixée à l’armature par collage.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, l’armature rigide étant en matière(s) plastique(s), de préférence en polycarbonate (PC).
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, l’enveloppe étant en élastomère, de préférence en silicone.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, l’armature rigide comprenant au moins deux ergots (22) formés intégralement avec celle-ci, pour l’accrochage d’au moins une bande élastique (9) à trous (90), formant une sangle d’attache à la tête de l’utilisateur.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une visière (10) fixée de manière amovible, sur l’armature rigide.
Masque (1) selon la revendication 16, la visière étant fixée sur l’armature rigide par une fixation par encliquetage.
Masque (1) selon la revendication 17, la visière comprenant au moins deux languettes d’encliquetage ou au moins deux échancrures d’encliquetage (100) à encliqueter individuellement avec respectivement au moins deux échancrures d’encliquetage ou au moins deux languettes d’encliquetage (200) de l’armature.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la paroi d’interface transparente et/ou le cas échéant la visière étant en matière(s) plastique(s), de préférence en polycarbonate (PC) ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA).
Masque (1) selon la revendication 19, la paroi d’interface et/ou le cas échéant la visière étant teintée(s) dans la masse tout en étant transparente(s).
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la paroi d’interface transparente et/ou le cas échéant la visière étant bombée(s), de préférence sous la forme d’une portion sphérique.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, l’armature rigide supportant au moins une plaque d’identification (11) sur laquelle sont gravés au moins un code alphanumérique et/ou à barres.
Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un logement d’au moins une radio-étiquette d’identification (RFID) et/ou au moins une puce électronique de communication sans fil (12, 13) de type wifi ou Bluetooth®.
Cartouche de filtration (5), destinée à être fixée de manière amovible à un masque de protection sanitaire selon l’une des revendications précédentes, comprenant :
un corps (50) en deux parties (51, 52) assemblées l’une à l’autre en définissant un logement, chacune des deux parties étant percées d’au moins un trou (510, 520) traversant débouchant dans le logement ;

un support (53) de maintien et d’étanchéité, logé dans le logement du corps ;

au moins un matériau filtrant (6 ;6.1,6.2) maintenu avec étanchéité dans le support.
Cartouche (5) selon la revendication 24, les deux parties du corps étant vissées l’une à l’autre.