DOMAINE DE L’INVENTION

L’invention s’inscrit dans le domaine des masques de protection respiratoires, et notamment destinés à être positionnés de manière amovible sur le visage d’un utilisateur de telle sorte à recouvrir à minima le nez et la bouche dudit utilisateur, parfois appelé demi- masques. De tels masques ou demi-masques ont notamment vocation à assurer la protection des voies respiratoires contre les particules aérosols, et notamment des virus.

Dans la suite de la description le terme « masque » sera utilisé comme terme générique pour « masque » ou « demi-masque »

Ces masques sont ainsi destinés à constitués des équipements de protection individuelle FFP selon la norme EN 149 et des masques médicaux (c’est-à-dire des dispositifs médicaux (DM) selon la norme EN 14683). Ils peuvent également concerner d’autres objets filtrants, en particulier pour la respiration ou intégrés dans des machines de laboratoire.

L’invention vise plus particulièrement à faciliter la respirabilité en optimisant les caractéristiques de filtration. Ainsi, elle vise la mise en œuvre d’une couche de filtration, dont les caractéristiques sont telles que, d’une part, on conserve ces caractéristiques de respirabilité, et d’autre part, on engendre un minimum de perte de charge.

ART ANTERIEUR

La filtration de l’air par masque individuel de type FFP ou DM en particulier est bien connue, et permet de protéger son porteur ou l’environnement du porteur de la propagation de virus ou bactéries, voire de poussières, de poudres fines et de particules chimiques nocives dans la cadre d’une activité professionnelle ou domestique. L’effet peut se faire dans un sens ou l’autre ou dans les deux sens. A cet effet, on tout d’abord proposé un masque constitué par une partie filtrante, de forme globalement rectangulaire, apte à recouvrir la bouche et le nez de l’utilisateur, et fixable au moyen d’un lien adapté, par exemple élastique, derrière la tête ou les oreilles de ce dernier.

Ce type de masque, largement répandu, est peu confortable, en raison de ses faibles caractéristiques de respirabilité, et en outre, se heurte à une problématique de pollution environnementale .

On a également proposé des masques constitués d’un empilement de couches réalisées en non-tissés, typiquement de type obtenu par soufflage à l’état fondu (mieux connus sous l’expression anglo-saxonne « Meltblown »), et par soudage thermique par calandrage ou par hydro-enchevêtrement (mieux connus sous l’expression anglo-saxonne « Spunbond »).

L’empilement de ces couches permet d’obtenir à la fois la performance de filtration recherchée, et typiquement de l’ordre de 96% pour des aérosols de dimensions voisines de 3 micromètres pour certains masques de type Dispositif Médicaux encore appelé masques chirurgicaux, et de 94 à 99% pour des aérosols de dimensions voisines de 0,6 micromètre pour des masques de type FFP2 dans la catégorie des masques de protection individuelle (EPI).

D’autres caractéristiques de filtration plus exigeantes, selon des spectres de distribution de taille de particules, peuvent être définies selon les exigences ou la nocivité de l’environnement.

Le masque de protection a principalement pour objectif de garantir un air épuré des particules de tailles diverses, allant de quelques fractions de micromètre (typiquement 0,1 à 0,6 micromètre) à quelques micromètres (typiquement 3 micromètres). L’exigence en termes de filtration peut également concerner la quantité maximum du passage de telles particules à travers le masque en fonction du diamètre des ouvertures dont ce dernier est mum. De manière plus générale, un tel masque est un élément indispensable dans différents contextes de milieux infectés par des virus ou pour éviter de contaminer les autres personnes ou l’environnement.

Un tel masque s’avère également nécessaire pour protéger les opérateurs évoluant dans des environnements de travail en présence de particules fines suite à des travaux de ponçage ou autres, dans des travaux industriels ou dans les activités de construction, de destruction ou de rénovation de bâtiments, de manipulation de poudres chimiques et denrées alimentaires susceptibles de contenir des particules fines.

De tels masques sont classiquement constituées de plusieurs couches de non-tissés afin d’obtenir les performances de filtration requises, mais également une forme relativement rigide (coque) qui évite le placage du masque sur la bouche lors de la phase d’inspiration.

Comme évoqué supra, les non-tissés mis en œuvre sont typiquement des « Meltblown » et des « Spunbond », en l’espèce de 15 à 20 ou 30 g/m ² . L’empilement est par exemple constitué de quatre à cinq couches superposées en fonction de la filtration souhaitée ou exigée par la norme. On obtient ce faisant un masque relativement épais, susceptible d’atteindre une masse surfacique de 70 à 90g/m ² , voire 100 à 120g/m ² une fois ces différentes couches empilées.

Un tel empilement permet d’offrir les caractéristiques nécessaires suivantes :

• définir des orifices de filtration de faibles dimensions, de l’ordre de quelques micromètres (typiquement de 3 à 30 micromètres) ; le décalage des couches entre elles, et donc des orifices dont elles sont pourvues, limitant la transmission des particules à filtrer ;

• présenter des propriétés mécaniques suffisantes afin de résister, lors des manipulations, aux risques de déchirement et permettre une conformation de rigidité assurant une tenue et évitant que le masque se plaque sur la bouche. Si, ce type de masque permet d’aboutir au résultat recherché, à savoir la filtration, avec des performances satisfaisantes, en revanche, il présente un certain nombre d’inconvénients :

• ces masques sont difficiles à supporter car les performances de filtration s’établissent au détriment de la respirabilité, c’est-à-dire la perméabilité à l’air, qui devient limitée à faible et nécessite un effort de respiratoire important ;

• le poids des masques contribue en outre à la pénibilité du port, et donc au détriment du confort, surtout quand son maintien sur le visage de l’utilisateur s’effectue à l’aide de liens élastiques derrière les oreilles, engendrant de fait une traction sur les oreilles ;

• enfin, ces masques étant à usage unique jetable, l’empreinte carbone et environnementale est importante, liée au poids et à la nature des matériaux mis en œuvre.

DESCRIPTION SOMMAIRE DE L’INVENTION

L’invention propose un masque visant à s’affranchir de ces différents inconvénients, notamment en termes de respirabilité, ou perte de charge pour la traversée de l’air ou d’un gaz. Cette conception permet également une optimisation du poids apportant plus de confort et une réduction en conséquence de l’empreinte carbone et environnementale.

Elle a pour objet un masque, un demi-masque ou un objet filtrant comprenant une partie filtrante, notamment destinée à recouvrir, au moins le nez et la bouche d’un utilisateur, ladite partie filtrante étant alors pourvue d’un lien apte à maintenir cette dernière en position opérationnelle de protection ou de filtration sur le visage dudit utilisateur. Cette partie filtrante comprend au moins deux couches, qui assurent chacune des fonctions différentes :

• une première couche assurant la filtration des particules fines solides ou aérosols (1 à 5 micromètres), voire très fines (0,1 à 0,6 micromètre), pourvue d’ouvertures dont les dimensions sont comprises entre 0,1 et 5 micromètres, réalisée en un matériau non tissé, tissé ou tricoté, • une seconde couche, appelée exosquelette, constituée d’un tissu, d’un tricot ou d’une grille extradée, dont la résistance mécanique est supérieure à celle de la première couche en raison, par exemple, de la ténacité du fil et du type de croisement de fil choisi, et dont la dimension des ouvertures dont elle est pourvue est comprise entre 0,2 et 3 millimètres.

Ces au moins deux couches sont configurées pour être plaquées l’une à l’autre. Elles peuvent notamment être solidarisées l’une à l’autre, soit au niveau du pourtour ou de la périphérie de la surface de la partie filtrante du masque, soit sur la totalité de leur surface par soudure, collage ou imbrication surfacique.

Ainsi, l’invention propose d’associer une couche filtrante de faible poids, et donc altérant de manière réduite la respirabilité, mais en revanche, de faible résistance mécanique, avec une seconde couche à fonction d’exosquelette, c’est-à-dire dotée d’une résistance mécanique adaptée, apte à assurer la tenue mécanique nécessaire de l’ensemble et éventuellement la mise en forme que l’on souhaite obtenir, sans être obstructive en termes de respirabilité.

En raison de la constitution de la couche de filtration, développant typiquement une capacité de filtration importante de 80 à 99,99% pour des particules fines solides ou aérosols inférieurs à 0,1 millimètre ou très fines (c’est-à-dire inférieurs à 5 micromètres, voire même inférieurs à 0,6 ou même à 0,1 micromètre), la perméabilité à l’air ou à l’eau est certes limitée, mais cependant la plus élevée possible limitant ainsi la perte de charge.

Comme déjà précisé, la seconde couche ou exosquelette, est par exemple constituée d’un textile à ouvertures plus grandes (typiquement comprises entre 0,2 et 5 millimètres), que celles de la première couche à fonction de filtration. Elle peut également être constitué d’un support rigide réalisé en matière plastique et obtenu par extrusion ou par moulage.

Cette seconde couche ou exosquelette apporte une fonction de renfort mécanique ou de rigidifïcation. Les ouvertures dont elle est pourvue (de 0,2 à 5 millimètres) sont donc de dimensions plus importantes que celles de la couche de filtration, dans l’objectif d’optimiser la respirabilité du masque ou de l’objet filtrant. Elle peut être réalisée en un tissu, un tricot, un papier ou encore un extradé ou un non tissé éventuellement perforé, voire même un film perforé, qui ne modifie pas significativement la perméabilité à l’air ou à l’eau de l’ensemble, c’est-à-dire avec un écart de moins de 10% sur la perméabilité revendiquée. Typiquement, cette perméabilité est comprise entre 0, 1 et 0,4 mbar pour un débit de 301/mn, ou entre 1 et 2 mbar pour un débit de 1601/mn) pour le masque ou pour l’objet filtrant.

La seconde couche ou exosquelette peut être située soit en externe, soit en interne, c’est-à-dire soit directement au contact du visage de l’utilisateur, soit au contraire le plus externe possible, la couche de filtration associée éventuellement à une autre couche légère et perméable à l’air, étant dans cette configuration au contact dudit visage.

Lesdites au moins deux couches peuvent être réalisées dans le même matériau. Alternativement, elles peuvent être réalisées en des matériaux différents, optimisant au mieux les fonctions respectives.

Ces couches peuvent être réalisées en un matériau recyclable de type polymères, typiquement mais non limitativement en polypropylène ou en polyester, ou tout autre matériau susceptible d’être trié et retraité aux fins de réalisation d’autres masques ou objets filtrants ou d’autres objets manufacturés en économie circulaire.

La réalisation desdites au moins deux couches dans le même matériau facilite le recyclage des masques ainsi réalisés.

Corollairement, lesdites au moins deux couches peuvent avantageusement être réalisées en un matériau biodégradable ou bio-compostable, tel que par exemple le PLA (acide polylactique), PBS (polybutylène succinate) ou tout autre matériau naturel ou synthétique ayant ces propriétés, tels que par exemple le chanvre, le lin et la jute.

La seconde couche, dénommée exosquelette peut permettre de réaliser un filtre, et plus précisément une partie filtrante bombée, apte à développer davantage de surface, c’est- à-dire dont la surface développée est supérieure à la simple surface de placage contre le visage de l’utilisateur, et corollairement à optimiser la surface d’échange et donc une meilleure respirabilité globale. Cette forme bombée pourra être obtenu simplement par la solidarisation périphérique et les contraintes exercées sur le masque par exemple, permettant ainsi de rester à distance de la bouche.

La forme finale du masque, et plus précisément de la partie filtrante, peut résulter du moulage ou du thermoformage de la seconde couche dite exosquelette. Cette conformation peut être obtenue à une température plus faible que la température d’altération de la première couche ou couche de filtration et permet ainsi de garantir sa respirabilité. A titre d’exemple, la première couche ou couche de filtration peut être réalisée en polyester et la seconde couche ou exosquelette peut être réalisé en polypropylène (donc à une température de fusion plus basse). Ce faisant, il peut exister un début de fusion de la couche exosquelette sans que la couche de filtration ne soit impactée et donc sans altérer les performances de filtration de cette dernière.

Il est également envisageable de teinter dans la masse en tout ou en partie la couche constitutive de l’exosquelette. Alternativement, cette couche peut également être imprimée selon les technologies d’impression bien connues des textiles. En variante, la couche constitutive de l’exosquelette peut être recouverte d’une couche supplémentaire optionnelle de confort, de décor ou de marquage, typiquement, mais de manière non obligatoire, réalisée dans le même matériau que celui de ladite couche d’ exosquelette.

Selon une variante de réalisation de l’invention, la partie filtrante du masque ou objet filtrant peut être constituée de trois couches, respectivement deux couches extérieures de type exosquelette, entre lesquelles est positionnée ou intercalée une couche interne de filtration. Cette dernière peut être maintenue par simple pincement à sa périphérie entre les deux couches extérieures d’ exosquelette. Selon cette configuration, l’épaisseur de la couche de filtration peut être davantage réduite, puisqu’ aussi bien son intégrité ne peut être altérée en suite des manipulations du masque ou de l’objet filtrant en raison de la présence d’une véritable enveloppe externe de protection s’étendant de part et d’autre de ladite couche de filtration. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure annexée, représentant schématiquement une vue en perspective éclatée du masque ou objet filtrant conforme à l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

On a schématiquement décrit en relation avec la figure 1, le masque ou objet filtrant conforme à l’invention.

Dans la forme de réalisation de l’invention ainsi illustrée, la partie filtrante (2) du masque est constituée de trois couches, respectivement deux couches extérieures (5, 8) à fonction d’exosquelette, entre lesquelles vient s’intercaler une couche à fonction de filtration (3).

De manière classique, la partie filtrante (2) est destinée, en mode opérationnel, à recouvrir au moins le nez et la bouche de l’utilisateur. A cet effet, elle est maintenue en place au moyen d’un lien (6), par exemple élastique, passant derrière la tête ou les oreilles.

Selon l’invention, la couche de filtration (3) est typiquement constituée d’un non tissé de type « Meltblown », notamment lorsque les particules à arrêter présentent une dimension inférieure au micromètre, voire même de l’ordre du dixième de micromètre.

Alternativement, cette couche de filtration (3) peut être réalisée par tissage ou par tricotage, avec éventuellement une étape d’ennoblissement de type calandrage, davantage destinée à la filtration de particules dont la dimension est voisine de 3 micromètres.

Les couches extérieures (5, 8) ont quant à elles davantage une fonction de renfort et de maintien mécanique à l’instar d’un exosquelette. Elles peuvent être réalisées par tissage ou par tricotage, voire être constituées d’une grille extradée. Lorsqu’elles sont réalisées par tricotage, la technique mise en œuvre peut alors être le tricotage à mailles jetées réalisé sur un métier de type Rachel à double fonture sans couture longitudinale.

Les ouvertures qu’elles définissent sont plus grandes que celles de la couche de filtration (3), et typiquement d’une dimension comprise entre 0,2 et 3 millimètres

La couche externe (5) d’exosquelette peut en outre être recouverte d’une couche supplémentaire optionnelle de confort, de décor ou de marquage (4), typiquement, mais de manière non obligatoire, réalisée dans le même matériau que la couche (5).

Ces différentes couches peuvent être réalisées en un matériau biodégradable ou biocompostable, tel que par exemple du PLA ou du PBS, voire en matériau naturel, également biodégradable tel que le chanvre, la jute ou le lin, et dans ce cas, le masque est à usage unique.

Alternativement, elles peuvent être réalisées en matériau polymère traditionnel, du type polyester (PET) ou polypropylène.

La finalisation de la partie filtrante (2) passe par l’association de la couche de filtration (3) avec les deux couches extérieures (5, 8) à fonction d’exosquelette. A cet effet, la périphérie de la couche de filtration (3) est pincée avec la ou les deux couches à fonction d’exosquelette (5, 8), avec solidarisation par collage, voire par soudure (notamment si les différentes couches sont réalisées en polymère.

La partie filtrante (2) peut également être munie d’une barrette nasale ou « pince- nez » (7), ce de manière connue. Une telle barrette nasale est en général réalisée en métal ou polymère et est déformable, afin de permettre une meilleure adaptation du masque sur l’arrête nasale. En raison même de la structure de la partie filtrante selon l’invention, et notamment de la présence de la ou des couches d’exosquelette (5, 8) assurant une fonction de renfort, il devient possible de mettre en œuvre une couche de filtration (3) plus légère, éventuellement plus fine, certes moins résistante mécaniquement, et surtout moins polluante. En effet, l’altération de la résistance mécanique est compensée par la présente de la ou des couches d’exosquelette.

Par ailleurs, cette structure permet d’augmenter significativement la respirabilité de la partie filtrante, notamment en réduisant la perte de charge, cette réduction étant principalement inhérente à la mise en œuvre de couches distinctes séparées, assurant respectivement la filtration et la résistance mécanique et/ou à la mise en forme.

En outre, en raison de la nature et de la structure de la ou des couches d’exosquelette, il devient possible de conférer à la partie filtrante une forme bombée. Ce faisant, on augmente la surface d’échange et on contribue à optimiser la respirabilité.