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Le CO2 supercritique, un traitement magique pour réutiliser les masques FFP2 ??

En décembre 2019, dans la province de Hubei à Wuhan en Chine, une première alerte est lancée contre un certain virus nommé le SARS-CoV-2. Quelques semaines plus tard, un avertissement mondial résonne sur toutes les chaînes d’informations du monde entier contre ce même virus, dont le nom nous est actuellement tous familier : le coronavirus.

Suite à son apparition, protéger les soignants et réduire au mieux la propagation de ce virus dans la population sont devenus le principal objectif de tous. Ainsi, des équipements de protection faciale (FPE) ont rapidement été mis en place afin de garantir la sécurité de la population mondiale : le masque chirurgical et le masque FFP2.

Par conséquent, la Terre a été témoin d’une production massive de FPE dans le but de répondre à ce besoin urgent et croissant. Effectivement, un masque chirurgical est considéré comme étant efficace lorsque son temps d’utilisation n’excède pas quatre heures, contre huit heures pour un masque FFP2.

De ce fait, nombreuses sont les conséquences de cette production soudaine et intensive de FPE.

Une première répercussion fut un manque rapide de FPE durant les premiers mois, créant ainsi de nombreuses pénuries, notamment dans le secteur médical. En conséquence, les autorités sanitaires se sont vues dans l’obligation d’accepter des écarts concernant les bonnes pratiques et les normes, qui suggéraient le changement de FPE, pour le personnel de santé, à chaque nouveau patient.

De plus, l’impact environnemental engendré par cette fabrication n’est pas anodin. En effet, il a fallu importer des matières premières, le plus souvent en provenance de l’étranger, pour concevoir les masques. Puis, dans une logique de modèle respectueux de l’environnement, il a été indispensable de mettre en place l’élimination et la revalorisation de ces nouveaux déchets.

Pour toutes ces raisons, des équipes du monde entier se sont mises à la recherche de techniques permettant de décontaminer les masques FFP2 afin de permettre leur réutilisation.

Pour cela, plusieurs traitements classiques de nettoyage et stérilisation ont été testés, tels que l’autoclave, les rayons UV ou encore la stérilisation par le peroxyde d’hydrogène H2O2. Cependant, toutes ces méthodes sont restées insatisfaisantes puisque les critères d’utilisation du masque, issus des normes sanitaires, n’étaient plus respectés.

C’est au CNRS de Bordeaux qu’une technologie innovante fut testée pour nettoyer, décontaminer et stériliser les masques FFP2 : le CO2 supercritique.

Mais, qu’est-ce que le CO2 supercritique ?

Le dioxyde de carbone, CO2, atteint un seuil, dit critique, lorsque ce dernier se trouve à une température supérieure à 304 K (soit 31°C) et une pression supérieure à 73,8 bars. Ainsi, dans cet état dit supercritique, le CO2 adopte des propriétés se situant entre l’état liquide et gazeux.

Par exemple, sa viscosité est proche de celle du gaz, tandis que sa densité est plus proche de celle du liquide. Grâce à tout ceci, le CO2 supercritique devient un solvant possédant des caractéristiques très intéressantes pour nous, chimistes. 

Le CO2 supercritique est :

  • Ininflammable
  • Non polluant
  • Neutre
  • Non-toxique
  • Solvant vert, soit un solvant alternatif /de substitution face à ceux rencontrés traditionnellement en synthèse organique puisqu’il présente les mêmes propriétés que les solvants toxiques qu’il remplace.

En effet, parce qu’à l’état supercritique, le CO2 devient un solvant naturel permettant de diminuer l’utilisation de solvants chimiques toxiques mais également la consommation d’énergie, cette technologie ouvre de nouvelles applications dans de nombreux domaines divers et variés.

Parmi les premières applications industrielles du CO2 supercritique, nous pouvons citer l’extraction de solide dans le domaine de l’agroalimentaire, tel que la caféine ou des arômes, la production d’huiles essentielles et de médicaments sans résidus toxiques ou encore, le nettoyage à sec de textile.

Qu’a réalisé le CNRS de Bordeaux avec le CO2 supercritique sur les masques FFP2 ?

Afin de tester les pouvoirs nettoyants, décontaminants et stérilisants du CO2 supercritique sur les masques FFP2, une étude a été menée en faisant varier différents paramètres opératoires : la température, la pression, le temps de traitement et la présence ou non de solvants dans un autoclave. 

Un autoclave est un appareil, généralement utilisé dans le domaine médical, utilisant de la vapeur d’eau pour stériliser des équipements. Cela permet l’inactivation de tous les virus ou bactéries présents sur ces derniers.

Ainsi, plusieurs expériences se sont déroulées dans le but de déterminer les conditions optimales de traitement des FPE de telle sorte que ces derniers conservent leur capacité de filtration et, par conséquent, leur efficacité de protection face à un virus.

Pour cela, rien de très compliqué : 500 µL d’une solution 50/50 d’éthanol et de peroxyde d’hydrogène sont ajoutés dans un autoclave, contenant un masque FFP2, qui est ensuite préchauffé avant toute injection de CO2. Ce dernier est d’abord à l’état liquide puis, en entrant dans l’autoclave à une température et une pression supérieures au seuil critique, soit ici 343 K et 75 bar, le traitement de nettoyage, décontamination et stérilisation du masque peut commencer. 

Grâce à une circulation permanente du CO2 supercritique dans l’autoclave et grâce à ses propriétés particulières, il pénètre au cœur de la matrice et vient ôter toutes les bactéries présentes en surface. Finalement, le protocole se termine par une dépressurisation rapide (7.0 MPa/min) et un refroidissement, avant de pouvoir récupérer le masque qui sera sec, non contaminé, propre et stérile en fin de traitement.

Concernant l’utilisation d’une solution de co-solvants, l’éthanol et le peroxyde d’hydrogène occupent une place bien précise dans la réalisation du traitement. Effectivement, le peroxyde d’hydrogène, H2O2, est un oxydant très fort jugé indispensable et complémentaire au CO2 pour le traitement puisque ce dernier permet d’accélérer le processus. Quant à l’éthanol, il est un solvant polaire notamment utilisé pour traiter la présence d’éventuelles tâches en fin de traitement.

Comment vérifier que le masque est bien réutilisable et toujours efficace en fin de traitement ?

Pour vérifier la capacité de ce traitement à nettoyer, décontaminer et stériliser un masque FFP2, constitué principalement de polypropylène, il faut être en mesure de vérifier que l’ensemble des micro-organismes présents à la surface de ce dernier a été éliminé.

Ainsi, en effectuant différents tests microbiologiques et en comparant des masques traités au CO2 supercritique avec des masques non traités, le CNRS de Bordeaux a pu constater qu’aucun micro-organisme ne subsiste à ce traitement et que le masque FFP2 remplit les critères et les normes sanitaires afin d’être réutilisé.

De ce fait, la combinaison de l’autoclave avec du CO2 supercritique couplé à une solution de co-solvants permet actuellement de traiter les masques FFP2 et, par extension, de résoudre la problématique de gestion des déchets et de l’impact environnemental de ces derniers.

Effectivement, pouvant résister jusqu’à cinq traitements sans subir le moindre changement physique ni la moindre perte d’efficacité, il est actuellement possible de réutiliser un même masque autant de fois, tout en étant protégé à chaque utilisation. 

Magique ? Non, seulement chimique ! 

Et la suite ?

Serait-il également possible de traiter les masques chirurgicaux avec ce traitement au CO2 supercritique ?

Pourra-t-on aboutir à une revalorisation complète des masques ?

Se pourrait-il qu’une application industrielle visant à nettoyer, décontaminer et stériliser les masques avec un traitement à base de CO2 supercritique voit le jour ?

Tant de questions qui demeurent encore sans réponses et ne demandent qu’à être explorées…

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Une histoire d’archéochimie : un très vieux remède

Cet article a pu voir le jour grâce à l’investissement de France Chimie Nord Pas-De-Calais et  Produits Chimiques de Loos.

Si vous alliez voir un médecin au XIXème siècle, il était possible que vous ressortiez avec ceci : une pommade à poids égal de mercure. Et en plus c’est du bon ! L’étiquette indique que c’est composé d’au moins 50% de mercure pur, on ne s’est pas moqué de vous. Si on vous avait prescrit ce traitement, c’est probablement que vous aviez contracté la syphilis, une maladie sexuellement transmissible considérée comme le fléau du XIXème siècle. Il fallait appliquer cette pommade sur les membres lésés, et laisser agir. Appliquez en bonne quantité pendant une semaine, et si vous commencez à saliver abondamment, c’est le signe que ça marche !

Bon, revenons maintenant au XXIème siècle et trouvons un traitement peut-être mieux adapté. On le sait maintenant, le mercure n’est pas efficace contre la syphilis, il est même extrêmement toxique pour l’organisme. À tel point que le mercure a tué autant de personnes, si ce n’est plus, que la maladie elle-même. À vrai dire, on ne sait pas vraiment pourquoi le mercure était autant utilisé dans la médecine ancienne, mais plusieurs hypothèses ont été avancées. Ce remède était probablement vanté au départ par des charlatans qui ont profité des différentes étapes de la maladie pour faire croire à l’efficacité de leur produit. En effet, la syphilis évolue par stades, il était donc courant que les malades aillent mieux pendant une courte période, ce qui a probablement permis de justifier l’efficacité du traitement. Une autre hypothèse est que les premières prescriptions furent probablement faites par analogie. Le mercure était utilisé par les médecins arabes pour ses propriétés parasiticides. Il paraissait logique de l’utiliser pour traiter cette nouvelle maladie, supposée de nature parasitaire.

Ce médicament miracle est ensuite étendu aux industries pharmaceutiques. Nous pouvons voir ici un exemplaire de la pharmacie Léon Danjou, découvert dans les réserves du Musée d’Histoire Naturelle de Lille.

Pommade à poids égale de Mercure, collection Musée d’Histoire naturelle de Lille
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Histoire d’étude

La tache mystérieuse

Dans l’industrie comme dans nos maisons, on aime quand c’est propre. Alors quand des taches mystérieuses apparaissent, il faut faire quelque chose.

Le client d’aujourd’hui se plaint de taches qui sont apparues à l’intérieur de ses moules d’extrusion. Le problème, c’est qu’on ne sait pas de quoi sont composées ces taches. C’est là que notre équipe entre en scène. Un moule d’extrusion, c’est grand… trop grand. Pas question de faire les tests directement dessus, d’autant plus que cela peut coûter plus d’une centaine de milliers d’euros. Un échantillon de la tache est récupéré « à l’ancienne », en frottant dessus avec un chiffon (c’est parfois ça la chimie). Le premier lot d’échantillons vient d’arriver, nous allons pouvoir commencer.

Les tissus sont découpés en morceaux puis analysés par fluorescence X. Cette technique consiste à bombarder la matière de rayons X, ce qui va provoquer une excitation des éléments qui vont réémettre un rayonnement. Cela permet d’identifier les différentes espèces présentes sur le tissu. En comparant avec un tissu témoin, on devrait pouvoir identifier les espèces chimiques que contient la tache. En complément, nous passons les échantillons en diffraction des rayons X (DRX). Cela permettra d’identifier la structure cristalline des molécules de la tache, si elles sont sous forme de cristaux.

Machine de DRX
Machine de Fluorescence X

Les résultats sont… difficiles à analyser. Les spectres obtenus ne révèlent pas grand chose, quelques espèces chimiques mais rien de significatif, il faut aller plus loin !

Un deuxième prélèvement est effectué. Cette fois-ci, un des chiffons est mouillé avec de l’eau. Un élément qui a son importance. En effet, la tache est visible sur le chiffon mouillé, ce qui n’était pas le cas sur un chiffon sec. De plus, les tissus sont passés aux UV pour recueillir un maximum d’informations.

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