FR3118856A1 - Masque de protection respiratoire comprenant une armature monobloc transparente et étanche à mentonnière et moyens de fixation d’une unique sangle d’attache à la tête de l’utilisateur. - Google Patents

Abstract

Masque de protection respiratoire avec cartouche(s) amovible(s) de matériau filtrant montée(s) dans une armature monobloc transparente et étanche intégrant une mentonnière et des moyens de fixation d’une unique sangle d’attache à la tête de l’utilisateur. Masque de protection respiratoire, comprenant : - une armature monobloc en élastomère à placer sur le visage d’un utilisateur, comprenant : une portion d’interface transparente de sorte à rendre apparente la bouche ; une portion d’étanchéité, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, la portion d’étanchéité étant dans le prolongement arrière de la portion d’interface et comprenant, une lèvre d'étanchéité souple conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ; une portion d’appui, dans le prolongement arrière de la portion d’interface, formant une mentonnière pour l’utilisateur ; des moyens d’attache d’au moins une bande élastique formant une sangle d’attache à la tête de l’utilisateur; - au moins une cartouche de filtration fixée de manière amovible à la portion d’interface, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur du masque par inspiration de l’utilisateur. Figure 3

Description

Masque de protection respiratoire comprenant une armature monobloc transparente et étanche à mentonnière et moyens de fixation d’une unique sangle d’attache à la tête de l’utilisateur.

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.

Par ailleurs, pour garantir le maintien à la tête d’un utilisateur, tous les masques existants nécessitent l’utilisation de deux sangles d’attaches, typiquement une autour de chaque oreille, ou une autour du crâne et l’autre autour du cou. Outre le fait que les deux sangles ne garantissent pas un maintien parfait, elles ne sont pas forcément aisées à mettre en place pour n’importe quel utilisateur.

Enfin, aucun des masques existants 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, faciles à mettre en place et à maintenir sur la tête de n’importe quel utilisateur 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 monobloc à placer sur le visage d’un utilisateur, l’armature monobloc étant réalisée en élastomère et comprenant :

une portion d’interface transparente, le cas échéant teintée dans la masse, de sorte à rendre apparente la bouche ;

une portion d’étanchéité, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, la portion d’étanchéité étant dans le prolongement arrière de la portion d’interface et comprenant, une lèvre d'étanchéité souple conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ;

une portion d’appui, dans le prolongement arrière de la portion d’interface, formant une mentonnière pour l’utilisateur ;

des moyens d’attache d’au moins une bande élastique formant une sangle d’attache à la tête de l’utilisateur;

- au moins une cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à la portion d’interface de l’armature, 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.

De préférence, l’armature est en silicone. Grâce aux propriétés intrinsèques des élastomères, plus particulièrement du silicone, on peut réaliser une armature monobloc, en lui conférant outre une transparence, une rigidité globale pour le maintien sur le visage d’un utilisateur et une souplesse locale pour définir la portion d’étanchéité avec le visage de l’utilisateur.

Selon un mode de réalisation avantageux, la mentonnière est conformée de sorte à assurer un maintien du masque sur le visage de l’utilisateur avec une seule sangle d’attache à la tête de l’utilisateur. Les inventeurs ont pu constater qu’en configurant une surface d’appui suffisante avec le menton d’un utilisateur, une seule sangle d’attache placée derrière la partie supérieure du crâne ou en passant derrière les oreilles, suffisait pour garantir un parfait maintien du masque. En outre, la mise en place de la sangle unique permet de fixer de manière simple et efficace le masque à la tête d’un utilisateur.

Avantageusement, les moyens d’accroche comprennent sur chaque bord latéral de la mentonnière ou de la portion d’interface, une partie mâle ou femelle d’une boucle d'attache pour coopérer par clipsage ou encliquetage avec respectivement une partie femelle ou mâle d’une boucle d’attache qui est solidaire de la sangle d’attache. La partie mâle peut par exemple être formée d'une embase prolongée par une fourchette à deux doigts d’encliquetage élastiquement déformables par flexion. La partie femelle peut être formée d’une embase à deux ouvertures latérales d’encliquetage. Ainsi, l’assemblage par clipsage entre la sangle d’attache et l’armature monobloc est réalisé par déformation élastique des doigts d’encliquetage en venant les insérer individuellement dans les ouvertures d’encliquetage, jusqu’à ce que leurs extrémités d’encliquetage viennent s’encliqueter dans chaque ouverture d’encliquetage.

La surface interne de la mentonnière peut être une surface lisse et continue ou une surface pourvue d’une ou plusieurs stries adaptées pour laisser passer l’air. Les stries peuvent amener un confort optimal à l’utilisateur et faciliter l’enlèvement du masque.

Avantageusement, les stries, de préférence régulièrement espacées, s’étendent depuis le bord arrière de la mentonnière vers l’intérieur.

Selon une variante de réalisation, la portion d’interface comprend une fente débouchante délimitée par au moins une lèvre déformable formant une valve de telle sorte qu’une expiration d’air par l’utilisateur depuis l’intérieur du masque provoque l’ouverture de la fente par la lèvre tandis qu’une inspiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lèvre en obturant la fente.

Avantageusement, le masque peut comprendre au moins un relief formé dans la portion d’interface au-dessus de la fente débouchante, le(s) relief(s) formant avec la lèvre une membrane pour amplifier les ondes de la voix de l’utilisateur qui passent à travers la fente. Ainsi, la fente est configurée pour amplifier les sons de la parole de l’utilisateur. Le ou les les reliefs peuvent avoir la forme d’une excroissance cylindrique ou parallépipédique, typiquement de hauteur d’environ 0,1 à 1mm, de préférence autour de 0,5mm.

Selon une autre variante de réalisation, l’agencement de la portion d’étanchéité par rapport à la portion d’interface ménage au moins une cavité dans laquelle peut être fixée en tant qu’absorbeur d’humidité, un sachet dessiccant. L'absorbeur d'humidité peut être composé comme usuellement d'un mélange de poudres ou billes absorbantes, conditionné dans une poche perméable à l'air et imperméable à l'eau. Le matériau absorbant peut être à base de gel de silice ou d'argile déshydratée activée. Avec un sachet dessiccant placé à l’intérieur du masque, on peut absorber l’humidité de la buée rejetée par l’utilisateur.

Avantageusement, en sus ou à la place du sachet dessiccant, la portion d’étanchéité peut être revêtue au moins sur sa surface intérieure, d’un revêtement antibuée. On peut aussi prévoir de revêtir au moins la surface extérieure de la portion d’étanchéité, d’un revêtement anti-rayures.

Selon une variante de réalisation avantageuse, le masque comprend deux cartouches de filtration 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 une configuration avantageuse, le masque est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal (P), les deux cartouches de filtration étant fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian, chacune au travers d’un des bords latéraux de la portion d’interface de l’armature.

Selon un exemple avantageux de mise en œuvre de fixation amovible par chaque 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.

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.

Avantageusement, on peut envisager que l’armature soit teintée dans la masse tout en étant transparente. Ainsi, en fonction des environnements et des souhaits des utilisateurs, on peut soit disposer d’une paroi incolore ou colorée.

Pour des raisons esthétiques et d’ergonomie, la portion d’interface transparente peut être bombée.

Selon une variante avantageuse, l’armature monobloc 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…

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, chaque cartouche de filtration, destinée à être fixée de manière amovible à un masque de protection sanitaire qui vient d’être décrit, comprend :

- un corps s’étendant selon un axe longitudinal, le corps étant 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;

- au moins une pièce sous la forme d’une pastille présentant une porosité totale supérieure à 40% ;

- un anneau d’étanchéité en élastomère de section transversale sensiblement en U à l’intérieur de laquelle la pastille est maintenue, l’anneau étant logé dans le logement du corps en étant maintenu avec ajustement contre une portion intérieure de l’une et/ou l’autre partie du corps.

Avantageusement, la pastille est en céramique frittée.

L’anneau dont la forme épouse parfaitement en l’encapsulant une pastille, notamment de céramique, qui peut être intrinsèquement fragile, permet de garantir à la fois une parfaite étanchéité et une absorption des chocs et par-là d’éviter les risques de casse de la pastille.

De préférence, les deux parties du corps sont emmanchées à force l’une dans l’autre.

Selon un mode de réalisation avantageux, la portion intérieure comprend au moins un épaulement annulaire contre lequel l’anneau d’étanchéité est en butée directement ou indirectement par l’intermédiaire d’une entretoise.

Selon une variante de réalisation avantageuse, l’anneau d’étanchéité comprend au moins une lèvre d’étanchéité périphérique en contact direct avec la portion intérieure.

Selon une autre variante de réalisation avantageuse, l’anneau d’étanchéité comprend, en fond du U, au moins une gorge de dégagement adaptée pour créer un espace vide entre l’anneau et les angles de la pastille.

Avantageusement, l’élastomère de l’anneau est un silicone.

Selon un mode de réalisation avantageux, la cartouche comprend au moins une grille de protection mécanique de la pastille, la grille étant en appui axial contre une face axiale de l’anneau d’étanchéité et maintenue à l’intérieur dans le logement du corps. Grâce à cette grille, on supprime le risque d’intrusion de tout objet dans la pastille de céramique. De préférence, la cartouche comprend deux grilles de protection agencées chacune de part et d’autre de l’anneau contre une de ses faces axiales.

Selon une variante de réalisation avantageuse, une et/ou l’autre des parties du corps est colorée avec une couleur définie selon un code en fonction du niveau de filtration de la pastille, par exemple de type FMP1, FMP2 voire FMP3. Ainsi, on peut immédiatement identifier visuellement le niveau de filtration d’une cartouche hors masque ou en configuration fixée dans un masque de protection sanitaire.

A des fins d’intégration et/ou de design complémentaire avec celui d’un masque de protection sanitaire de forme bombée, l’une et/ou l’autre des parties du corps forme une cage de forme bombée vers l’extérieur.

A des fins esthétiques et/ou d’optimisation de circulation des flux d’air, on peut prévoir qu’au moins une des deux parties du corps de la cartouche soit percée d’une pluralité de trous débouchant de diamètre différent, de préférence répartis en cercles concentriques.

En tant que matériau filtrant, une pièce céramique frittée sous la forme d’une pastille, est de préférence implantée dans le 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 avantageux, 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 la portion d’étanchéité avec sa lèvre assure une parfaite étanchéité du volume intérieur du masque entourant la bouche et le nez ;
• un confort pour le porteur du fait de la légèreté des matériaux possibles pour les différents composants du masque (armature en une seule pièce en élastomère, cartouches) et du débit d’air à inspirer que l’on peut bien calibrer ;
• un confort amélioré par une mentonnière intégrée directement dans l’armature du masque qui laisse la possibilité d’avoir un maintien parfait du masque que la tête de l’utilisateur avec une seule sangle d’attache ;
• une simplicité et rapidité de mise en place du masque liée au positionnement par appui avec la mentonnière et de la sangle attache unique ;
• 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 ;
• 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 fente d’échappement de l’air réalisée directement dans l’armature monobloc;
• 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 monobloc et la sangle 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 pour l’armature monobloc et la sangle d’attache. 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 possible 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 de face 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 , sans la présence de la sangle d’attache.

la est une vue en perspective en coupe partielle de la .

la est une vue en perspective avant d’un masque selon les figures 1 et 2, tel qu’il est en configuration portée par un utilisateur.

la est une vue de côté de la .

la est une vue de dessous d’un masque de protection respiratoire selon des variantes de réalisation de l’invention.

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

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

la est une vue de face avant de la cartouche de filtration selon les figures 6 et 7.

la est une vue en coupe transversale selon A-A de la .

la est une vue de détail de la .

la est une vue en perspective d’un sous-ensemble constitué d’une pastille de céramique en tant que matériau filtrant et d’un anneau d’étanchéité, le sous-ensemble étant logé dans une cartouche de filtration conforme à l’invention.

la est une vue de face d’un sous-ensemble de la .

la est une vue en coupe transversale selon A-A de l’anneau d’étanchéité selon la .

la est une vue de détail de 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.

Les termes « intérieur » et « extérieur » sont à comprendre par rapport à la concavité étanche délimitée par l’armature du masque.

Un exemple de masque 1 selon l’invention est représenté aux figures 1 à 4.

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

Le masque 1 comprend tout d’abord une armature monobloc 2 à placer sur le visage d’un utilisateur. Cette armature 2 est en élastomère, par exemple réalisée intégralement en silicone par moulage par injection.

Les propriétés de l’élastomère et plus particulièrement du silicone permettent de conformer le masque avec toutes les caractéristiques de rigidité globale et de souplesse locale recherchées.

L’armature monobloc 2 comprend une portion d’interface transparente 20, une portion d’appui 21 dans le prolongement arrière de la portion d’interface 20, et enfin une portion d’étanchéité 22 également dans le prolongement arrière de la portion d’interface 20.

La portion d’interface transparente 20, le cas échéant teintée dans la masse, rend apparente la bouche.

Comme visible sur les figures 3 et 4, la portion d’appui 21 forme une mentonnière pour l’utilisateur.

La portion d’étanchéité 22 est conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche. Plus précisément, la portion d’étanchéité 22 comprend, une lèvre d'étanchéité souple 23 conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone. La portion d’étanchéité 22 comprend notamment une zone plus étroite en saillie, destinée à épouser la forme de l’arête du nez. La portion d’étanchéité 20 est en continuité de matière silicone avec le reste de l’armature monobloc. Cette matière souple 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.

Le masque 1 comprend en outre deux cartouches identiques 3 fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian longitudinal P du masque. Chacune de ces deux cartouches 3 est fixée de manière amovible à la portion d’interface 20, au travers d’un des bords latéraux de cette portion. Plus précisément, chacune des cartouches 3 est encliquetée à l’enveloppe d’étanchéité 3 en traversant des ouvertures débouchantes 28 réalisées à travers la paroi de la portion d’interface transparente 20. Pour réaliser la fixation par encliquetage d’une cartouche de filtration latérale 3, le corps 30 de la cartouche 3 est avantageusement pourvu d’une gorge continue sur sa périphérie qui, à l’insertion de la cartouche 3 dans l’ouverture latérale 28 de la portion d’interface 20, vient s’encliqueter dans un bourrelet continu réalisé sur une périphérie de cette dernière. Ce montage est aisé, rapide et permet de garantir une fixation étanche.

Un mode de réalisation particulièrement avantageux consiste à conformer la mentonnière 21 de telle sorte que le masque 1 est maintenu sur la tête de l’utilisateur par une seule bande élastiques 4, formant chacune une sangle d’attache, comme illustré sur les figures 3 et 4. Pour l’accrochage de la sangle 4 sur la portion d’interface 20 ou sur la mentonnière 21 de l’armature 2, une partie femelle 24 d’une boucle d'attache fait saillie sur chaque bord latéral de la mentonnière 21 ou de la portion d’interface pour coopérer par clipsage ou encliquetage avec une partie mâle d’une boucle d’attache qui est solidaire de la sangle d’attache 4. La partie mâle peut être formée d'une embase prolongée par une fourchette à deux doigts d’encliquetage élastiquement déformables par flexion. La partie femelle 24 peut être formée d’une embase à deux ouvertures latérales d’encliquetage. Ainsi, l’assemblage par clipsage entre la sangle d’attache et l’armature monobloc est réalisé par déformation élastique des doigts d’encliquetage en venant les insérer individuellement dans les ouvertures d’encliquetage, jusqu’à ce que leurs extrémités d’encliquetage viennent s’encliqueter dans chaque ouverture d’encliquetage. 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.

La mentonnière 21 peut être une surface parfaitement lisse au contact de la peau de l’utilisateur comme illustré en figures 1, 3 et 4.

Alternativement, comme montré en , on peut prévoir de réaliser plusieurs stries 25 de préférence régulièrement espacées, sur la surface interne de la mentonnière. Ces stries 25 sont adaptées pour laisser passer l’air. Elles peuvent ainsi amener un confort optimal à l’utilisateur et faciliter l’enlèvement du masque.

Avantageusement, comme montré en , les stries 25 s’étendent depuis le bord arrière de la mentonnière 21 vers l’intérieur.

Une autre variante avantageuse est montrée en . Une fente débouchante 26 délimitée par au moins une lèvre déformable 27 est réalisée dans la portion d’interface 20. Cette fente débouchante 26 forme avec la lèvre déformable 27 une valve de telle sorte qu’une expiration d’air par l’utilisateur depuis l’intérieur du masque provoque l’ouverture de la fente par la lèvre tandis qu’une inspiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lèvre en obturant la fente.

On peut prévoir de réaliser un ou plusieurs reliefs dessus la fente 26 ou autour de celle-ci, qui vont amplifier les sons de la parole de l’utilisateur.

Un exemple de cartouche amovible 3 est montré aux figures 6 à 8B.

Cette cartouche 3 comprend un corps 30 en deux parties 31, 32 réalisées assemblées l’une à l’autre en définissant un logement. Les parties 31, 32, du corps sont métalliques et par exemple réalisées par emboutissage d’une feuille d’aluminium, matériau léger et facile à usiner.

L’une des parties 31 forme un élément de cerclage/ fermeture du corps. Cet élément 31 est pourvu d’une gorge périphérique 310 qui permet la fixation par encliquetage direct avec un bourrelet continu réalisé sur une périphérie d’ouverture de l’enveloppe 3 du masque comme expliqué ci-après.

L’une des parties 32 forme une cage de préférence de forme bombée vers l’extérieur pour épouser au mieux la forme de la portion d’interface transparente 20 de l’armature 2. Cette cage 32 est percée d’une pluralité de trous débouchant 320 de diamètre différent, de préférence répartis en cercles concentriques.

Comme bien visible en , les deux parties 31, 32 du corps sont avantageusement assemblées l’une à l’autre par emmanchement à force selon une zone annulaire 311.

La cage 32 et/ou l’élément de fermeture du corps sont colorés avec une couleur définie selon un code en fonction du niveau de filtration de la pastille, par exemple de type FMP1, FMP2 voire FMP3.

La pastille de céramique 5 est maintenue dans le fond 330 d’un anneau d’étanchéité 33 en élastomère de section transversale sensiblement en U. Cet anneau 33 sert à la fois d’élément d’étanchéité sur tout le pourtour de la pastille 5 et à la protéger mécaniquement contre les chocs. L’élastomère de l’anneau 33 est en matériau(x) souple(s) et à fonction amortisseur de chocs. De préférence, l’anneau 33 est en silicone, caoutchouc, etc…

Comme illustré en , l’anneau 33 est logé dans le corps 30 en étant en butée contre un épaulement annulaire par l’intermédiaire d’une entretoise 35. L’anneau 33 est maintenu axialement avec ajustement entre cette entretoise 35 et une grille de protection mécanique 34 à pluralité de trous débouchant 340.

Ces trous 340 ont un diamètre suffisamment grand pour laisser passer les flux d’air à travers la pastille de céramique 5 et suffisamment faible pour empêcher toute intrusion avec contact d’un objet, notamment une pointe avec la pastille 5 de céramique.

Un exemple avantageux d’anneau d’étanchéité 33 est montré en figures 9, 10, 10A et 10B.

L’anneau 33 comprenant deux lèvres d’étanchéité périphérique 331 en contact direct avec l’intérieur de la cage 32.

L’anneau d’étanchéité 33 comprend également, en fond du U, deux gorges de dégagement 332 adaptée pour créer un espace vide entre l’anneau et les angles de la pastille. Cet espace vide ainsi créé permet de ne pas mettre en pression les angles de la pastille 5 de céramique.

L’anneau 33 comprend enfin de part et d’autre du U des lèvres d’appui périphérique 333 qui s’étendent axialement et sont destinées pour l’une à être en appui souple avec la grille de protection mécanique 34 et pour l’autre avec l’entretoise 35.

En ce qui concerne l’entretien du masque 1 qui vient d’être décrit, on peut aisément procéder au nettoyage régulier des surfaces des composants du masque 1 sans pour autant procéder à celui des cartouches de filtration 3 qui en particulier avec des pastilles 4 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 des cartouches de filtration 3. Ensuite, l’armature monobloc 2 en silicone peut être nettoyée notamment dans un lave-vaisselle. Le cas échéant, la sangle élastique 4 unique peut être retirée avant de placer l’armature 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 3 peut s’effectuer aisément par n’importe quel utilisateur.

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 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, l’armature monobloc en élastomère est de préférence transparente en étant incolore, on peut envisager de la teinter 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 (12)

1. Masque (1) de protection respiratoire, comprenant :

   • une armature monobloc (2) à placer sur le visage d’un utilisateur, l’armature monobloc étant réalisée en élastomère et comprenant :

   une portion d’interface transparente (20), le cas échéant teintée dans la masse, de sorte à rendre apparente la bouche ;
   une portion d’étanchéité (22), conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, la portion d’étanchéité étant dans le prolongement arrière de la portion d’interface et comprenant, une lèvre d'étanchéité souple (23) conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ;
   une portion d’appui (21), dans le prolongement arrière de la portion d’interface, formant une mentonnière pour l’utilisateur ;
   des moyens d’attache (24) d’au moins une bande élastique (4) formant une sangle d’attache à la tête de l’utilisateur;

   • au moins une cartouche de filtration (3) logeant au moins un matériau filtrant (5), la cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à la portion d’interface de l’armature, 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.
2. Masque (1) selon la revendication 1, l’armature étant en silicone.
3. Masque (1) selon la revendication 1 ou 2, la mentonnière (21) étant conformée de sorte à assurer un maintien du masque sur le visage de l’utilisateur avec une seule sangle d’attache à la tête de l’utilisateur.
4. Masque (1) selon la revendication 3, les moyens d’accroche comprenant sur chaque bord latéral de la mentonnière ou de la portion d’interface, une partie mâle ou femelle d’une boucle d'attache pour coopérer par clipsage ou encliquetage avec respectivement une partie femelle ou mâle d’une boucle d’attache qui est solidaire de la sangle d’attache.
5. Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la surface interne de la mentonnière étant une surface lisse et continue ou une surface pourvue d’une ou plusieurs stries (25) adaptées pour laisser passer l’air.
6. Masque (1) selon la revendication 5, les stries, de préférence régulièrement espacées, s’étendant depuis le bord arrière de la mentonnière vers l’intérieur.
7. Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la portion d’interface comprenant une fente débouchante (26) délimitée par au moins une lèvre déformable (27) formant une valve de telle sorte qu’une expiration d’air par l’utilisateur depuis l’intérieur du masque provoque l’ouverture de la fente par la lèvre tandis qu’une inspiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lèvre en obturant la fente.
8. Masque (1) selon la revendication 7, comprenant au moins un relief formé dans la portion d’interface au-dessus de la fente débouchante, le(s) relief(s) formant avec la lèvre une membrane pour amplifier les ondes de la voix de l’utilisateur qui passent à travers la fente.
9. Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, l’agencement de la portion d’étanchéité par rapport à la portion d’interface ménageant au moins une cavité dans laquelle peut être fixée en tant qu’absorbeur d’humidité, un sachet dessiccant.
10. Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, la portion d’étanchéité étant revêtue au moins sur sa surface intérieure, d’un revêtement antibuée, et/ou au moins sur sa surface extérieure, d’un revêtement anti-rayures.
11. Masque (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant deux cartouches de filtration, de préférence identiques.
12. Masque (1) selon la revendication 11, le masque étant symétrique par rapport à un plan médian longitudinal (P), les deux cartouches de filtration étant fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian, chacune au travers d’un des bords latéraux de la portion d’interface de l’armature.