De nos jours, les ulcères de pression encore appelés escarres ou plaits de lit constituent un problème de santé majeur. Plusieurs personnes en souffrent chaque année et beaucoup de patients meurent par suite de complications. Les escarres sont des lésions cutanées d’origine ischémique dues à une pression trop intense ou prolongée entre une surface dure et une saillie osseuse. Le taux de prévalence en milieu hospitalier est généralement d’environ 26% et atteint plus de 66% chez les patients à risques. C’est un problème courant observé chez les blessés médullaires à l’épine dorsale, les diabétiques et chez les personnes à mobilités réduites en général. Cependant, les méthodes de prévention actuelles des escarres reposent essentiellement sur un repositionnement passif des patients selon un horaire prédéterminé. Le coût annuel de traitement est estimé à plus de 11 milliards de dollars américains. Face à cette charge cruciale pour les systèmes de santé, le développement de méthodes actives moins chères via des dispositifs nouveaux, robustes pouvant supporter des cycles de lavages répétés recquis en milieu hospitalier et qui permettront un suivi précis, en temps réel et en continu des conditions à risques avant l’arrivée des escarres est indispensable. Ainsi, la conception de dispositifs hautement sensibles, permettant de détecter non seulement de multiples points de pression simultanément mais aussi d’obtenir l’information spatiale sur l’endroit exact où une pression critique est appliquée à un instant t s’avère primordial pour prévenir efficacement les ulcères de pression.
Ces dernières années, les besoins sans cesse pour la surveillance de l’état de compression des individus en milieu hospitalier, domestique et en sport ont motivé davantage de travaux de recherches. Divers dispositifs nouveaux tels que des capteurs de pression utilisant des technologies de détection électroniques, intégrés aux vêtements, aux chaises roulantes, aux matelas, aux chaussures etc, ont été développés pour répondre à la demande. On peut citer entre autres : des capteurs de pression piézorésistifs, capacitifs, piézoélectriques, triboélectriques, électrochimiques. Cependant, il faut noter que la fabrication de ces types de capteurs exigent souvent l’utilisation des matériaux spéciaux pour pouvoir générer l’effet de détection désiré et nécessite aussi des processus de production complexes, d’où le coût élevé (spécialement pour des applications de détection 2D) de ces dispositifs sur le marché et donc moins accessibles au public. De plus, ce sont des capteurs très fragiles à cause des matériaux qui les constituent et ils sont généralement susceptibles aux interférences électromagnétiques entraînant des calibrations fréquentes pour que leur fonctionnement soit optimal.
La technologie optique qui utilise les interactions lumière-matière pour détecter les entités sur la base des principes d’absorption, de diffusion, de transmission, de réflexion, d’émission, de fluorescence etc, a motivé beaucoup de travaux de recherches récents, conduisant aux développements des dispositifs innovants. Cette technologie a été déployée dans des applications de détections biomédicales et environnementale telles que les mesures de détection d’humidité, la pression, la température, la distance, l’identification et la composition des matériaux etc. Contrairement aux technologies électroniques, les dispositifs utilisant le mécanisme de détection optique sont précis, plus rapides, ont une haute résolution et une longue durée de vie. Des études récentes démontrent que le développement des capteurs de pression portatifs intelligents modernes utilisant la technologie de détection optique passent par l’utilisation des matériaux moux, flexibles et biocompatibles. Les matériaux élastomères constituent un choix inédit pour la fabrication de ces dispositifs. Ces matériaux permettent de fabriquer entre autres des fibres élastomériques capables de guider la lumière aux courtes longueurs d’ondes, ce qui est idéal surtout pour des applications biomédicales. Le polydiméthylsiloxane (PDMS) qui fait partie de la famille des silicones (siloxanes polymérisés) est un meilleur candidat en raison de ses excellentes qualités thermomécaniques et optiques. C’est un matériau facile à utiliser et à déformer, peut être mis en forme par moulage ou par des techniques simples telles que la lithographie douce ou la photolithographie UV.
Dans cette thèse, nous étudions la fabrication à travers une procédure simple, moins coûteuse par moulage, et la caractérisation de guides d’ondes optiques en PDMS à section transverse rectangulaire. L’objectif principal consiste à développer un nouveau capteur optique de pression quasi-distribué, en exploitant le phénomène de diffusion par des microbulles de la lumière provenant du coeur solide lorsqu’une pression est appliquée le long du guide d’ondes. Nous proposons dans ce travail, différentes conceptions de guides d’onde optiques nouveaux à base du PDMS et fonctionnant en tant que capteurs de pression. Dans la première phase de cette thèse, nous avons démontré la réalisation d’un capteur de pression flexible, hautement sensible et capable de détecter des pressions en dessous de la pression capillaire sanguine estimée à 32 mmHg en utlisant le PDMS et un agent photosensible tel que la benzophénone. Ensuite, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un nouveau guide d’ondes contenant une porosité dans sa structure complètement fabriqué à partir du PDMS. Cette porosité provient des microbulles constituant des points de diffusion et qui sont incorporées dans la gaine du guide d’ondes durant le processus de fabrication. La caractérisation de ce guide d’ondes a permis une meilleure compréhension du guidage de la lumière diffusée dans la gaine poreuse. Nous avons démontré le potentiel de ce dispositif à surveiller le niveau de pression seuil critique au delà duquel un individu est à risque de développer des escarres si aucun soulagement de pression n’est fourni en temps opportun. Enfin, dans la dernière partie de ce travail, nous proposons un capteur de localisation de la pression en se basant sur la structure du guide d’ondes étudié dans la deuxième partie. Grâce à des colorants (rouge et vert), la gaine poreuse supérieure du nouveau guide d’ondes a été colorée localement. Nous avons démontré le fonctionnement de ce guide d’ondes en tant que capteur de localisation de la pression. En appliquant une pression le long du guide d’ondes, la réponse du capteur permet de savoir exactement l’emplacement où la pression a été appliquée. Nous croyons que ces résultats sont pertinents au développement de la future génération de dispostifs optiques de détection de pression biomédicaux.
| Date | 17 août 2025 |
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| langue originale | Français |
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| Établissement diplômant | - École de technologie supérieure
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| Superviseur | Bora Ung (Directeur(-trice)) |
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