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De l’aéronautique au médical : une voie tracée par des exigences communes

Publié le 17 septembre 2018 par Patrick RENARD
Source : Pack’Aero-Hugo Magnan
Au coeur du coeur Carmat, le groupe motopompe de Vignal-Artru concentre un savoir-faire cultivé dans l’aéronautique.

Emblématique de l'innovation "made in France", le cœur Carmat doit beaucoup à l'aéronautique, qui partage de nombreuses exigences avec le médical. Sa motopompe, par exemple, qui a été développée par Vignal-Artru, filiale de Pack'Aéro, illustre parfaitement la proximité des deux industries.

Dans les années 80, quelques grandes sociétés dominent l’industrie équipementière aérospatiale en France, dont Matra, Sagem ou encore Crouzet. Dans leur sillage, elles font grandir des sous-traitants stratégiques qui concentrent les savoir-faire critiques dont elles ont besoin. C'est le cas de Vignal-Artru Industries (VAI), fondée en 1959 par deux employés de Crouzet, et focalisée sur la mécanique de haute précision de pièces dites "critiques". Ce partenariat basé sur l’expertise et la confiance perdure toujours quelque 60 années plus tard.

C’est dans ce creuset de l’aéronautique que se forgent des valeurs telles que le travail en partenariat, l’exigence absolue de qualité, la précision toujours accrue et l’adaptabilité face aux évolutions technologiques : elles feront de Vignal-Artru un partenaire de référence pour un domaine tout aussi exigeant, le médical.

Une première prouesse technique avec la valve cardiaque tri-dépliante

C’est en 1990 que l'entreprise se lance dans le secteur médical, tout d’abord en orthopédie, avec la réalisation de prothèses de genoux et de hanches principalement. Fort de cette expérience, Vignal-Artru s’investit dans les domaines les plus innovants comme celui de la cardiologie avec notamment la start-up suisse Triflomedical, fondée par le Professeur Didier Lapeyre du Texas heart Institute, en collaboration avec Dassault Aviation. L'entreprise co-développe la valve cardiaque tri-dépliante "La Furtiva Lapeyre-Triflo" qui est à la fois une prouesse technologique et scientifique et une avancée thérapeutique car elle ne nécessite pas de traitement anticoagulant pour le patient.

Pour Vignal-Artru, cette réalisation ouvre la voie au plus grand défi cardiologique de notre temps : la prothèse Carmat. En effet, quand les équipes de Matra Défense, sous la houlette du Professeur Carpentier, se lanceront dans l’aventure inouïe d’une prothèse cardiaque totale, autorégulée, un véritable "cœur artificiel", c’est à VAI qu’elles feront appel pour le co-développement du "cœur du cœur" : le groupe motopompe qui anime la prothèse.

Quoi de neuf côté Carmat ?

Carmat a confirmé cet été le succès de la première transplantation cardiaque effectuée 8 mois auparavant sur un patient, peu après avoir annoncé le recrutement du 10ème patient de l'étude Pivot nécessaire à l'obtention du marquage CE (prévue en 2019).

L'entreprise vient par ailleurs d'annoncer la certification de sa nouvelle usine d'assemblage automatisé à Bois-d'Arcy, en région parisienne, pour la production maximale de 800 unités par an à pleine capacité.

Après quelques années de R&D préliminaire, c’est en 2002 que VAI se verra confier, dans le plus grand secret, le développement et la réalisation des premières pièces (essai de couple matériaux, validation de principe de pompe…). La symbiose entre les équipes est totale au point que le premier prototype se verra donné par Carmat le nom de code de Chabeuil, ville où est située Vignal-Artru.

La société met alors en action toute son expertise, non seulement en mécanique industrielle de précision, mais aussi pour les domaines connexes qu’elle maîtrise comme la conception de gyroscopes. Elle s'appuie pour cela sur la diversité des moyens acquis après plusieurs années de collaboration avec les grands donneurs d’ordres tels que Dassault ou Safran.

Six années plus tard, Matra Défense lèvera le voile sur son projet et le groupement d’intérêt économique CARpentier-MATra deviendra Carmat SA. Vignal-Artru Industrie sera officiellement confirmé comme partenaire dans la création du premier cœur artificiel bioprothétique. C’est le commencement d’un projet unique et emblématique de l’innovation à la française, alliant professionnels de l’aéronautique et du médical, industriels et praticiens.

Une multitude de compétences au service du cœur artificiel Carmat

Le projet s’industrialisant progressivement, c’est en 2009 que l’équipe projet de Vignal-Artru, en collaboration avec Carmat et aidée par Oséo, aujourd’hui Banque Publique d’Investissement, élaborera de nombreux prototypes et démonstrateurs pour mettre au point les procédés finaux de fabrication de la future pompe du cœur artificiel. On y retrouve tout le savoir-faire aéronautique de l'entreprise : l’usinage de pièces de régulation de moteur aéronautique, la capacité à offrir de très bons états de surface (RA < 0,2), l’usinage de nombreux matériaux (aluminium, acier, titane, PEEK, Kovar…), l’ébavurage amélioré assurant l’absence de particules non détachables, mais aussi l’interprétation de plans complexes ainsi que la retranscription des exigences normatives. Vignal-Artru est notamment capable de programmer plus de 350 outils et d’effectuer plus de 25 opérations par pièce lorsque c’est nécessaire.

Les phases de production témoignent d'une maîtrise complète du parc machines, composé de centres d’usinage 4 et 5 axes, de rectification et rodage, mais aussi de tours multi broches, d’un poste d’érosion à fil et d’enfonçage, ainsi que certaines compétences spécifiques telles que la décontamination, le rayonnage ou encore l’équilibrage et le sigmatest. Ces compétences permettent de proposer un package complet et intégré offrant la réactivité et le niveau de contrôle indispensables à la fabrication de pièces critiques.

Les solutions mécatroniques de Pack’Aero
s’appuient notamment sur la fiabilité de ses
actionneurs électrodynamiques, capables de tenir plusieurs centaines de millions de cycles.

Tout comme l’aéronautique, le secteur médical exige des moyens de mesure particulièrement développés afin d’assurer la conformité des pièces. C'est ainsi que Vignal-Artru dispose de machines tridimensionnelles Zeiss, d'un rugosimètre, d'un contouroscope, d'un appareil étamic (mesure d’appairage au quart de micro par flux d’air) ainsi que d’un équipement de contrôle non-destructif (ressuage certifié NADCAP sensibilité 2 et 3 et magnétoscopie). Ce dernier permet de garantir l’homogénéité de la matière et l’absence d’amorce de rupture, indispensable à la fabrication du groupe motopompe du cœur artificiel Carmat.

Tous ces procédés permettent de valider des pièces de "fatigue" dans le milieu aéronautique, et des pièces implantables pour le médical.

C’est en 2013 que le premier cœur artificiel bioprothétique sera implanté chez l’homme, une fierté et un accomplissement pour le groupe Pack’Aéro, maison mère de Vignal-Artru, producteur du groupe motopompe du cœur.

En 2017, Vignal-Artru est accréditée ISO 13485, norme assez proche des exigences déjà maîtrisées de l’EN 9100 de l’aéronautique, notamment en matière de traçabilité, de l’achat de matière première jusqu'à la livraison du produit fini.

Un savoir-faire très affûté en mécatronique

Le groupe Pack’Aéro diversifie également son activité dès 2011 avec la création de son bureau d’étude et d’ingénierie mécatronique nommé Pack’Aéro Mécatronique (PKM).

Fort de plusieurs décennies de challenges techniques auprès des grands donneurs d’ordre de l'industrie aéronautique et spatiale, PKM a acquis un savoir-faire particulier en équipements électrodynamiques et hydromécaniques de précision. Cette expertise a été transférée avec succès au secteur médical au profit de projets tels que le cœur Carmat.

PKM est ainsi devenu un partenaire spécialisé dans les solutions mécatroniques pour les dispositifs médicaux, basées sur une panoplie de produits : moteurs électrodynamiques Voice Coil, électrovannes de régulation, vibreurs-stimulateurs électrodynamiques, plateformes de capteurs... Ces produits permettent de développer des innovations dans les domaines des prothèses dynamiques et intelligentes, de la robotique chirurgicale, de l’imagerie médicale, et de l’instrumentation intelligente.

Les exigences techniques des projets aéronautiques telles que la légèreté, la compacité, la basse consommation (liés au contexte embarqué), ainsi que la haute fiabilité (liée à l’exigence sécuritaire) sont devenues des prérequis dans le cadre de l’évolution des prothèses et des instruments chirurgicaux, devenus intelligents et actifs.

Par exemple, pour une application robotique d’insertion de cathéter, PKM a combiné 6 moteurs électrodynamiques afin d'obtenir un mouvement complexe du cathéter avec une synchronisation ultra précise uniquement par le pilotage électronique. Ce résultat a pu être atteint avec des actionneurs électrodynamiques caractérisés par une très haute dynamique pour un suivi de consigne électronique, et par une hystérésis quasi-nulle pour une grande précision de mouvement. Ces actionneurs sont en application dans les servovalves de commande de volet pour les avions de chasse.

Un autre exemple de la valorisation de l'expérience de PKM en aéronautique concerne une prothèse de genou intégrant une électrovanne hydraulique de pilotage du mouvement. La société a mis en pratique son savoir-faire à la fois de conception de forme pour une optimisation de loi de régulation hydraulique et de procédé de haute précision pour usiner des orifices évolutifs. Cette pratique a été appliquée de nombreuses fois dans les composants de régulation d’injection de kérosène réalisés pour les moteurs d’avion et les turbines d’hélicoptères.

A l’heure de la révolution digitale où le big data, l'intelligence artificielle et la robotisation imposent une convergence des savoirs, Pack'Aéro veut s'affirmer en partenaire de choix - de la co-conception à la production - des acteurs innovants du DM, de la start-up au grand groupe international.


www.packaero.com

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