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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Mémoires > Les papiers à usage médical deviennent bioactifs Révision : 18 avril 2013  
Les papiers à usage médical deviennent bioactifs
 
             Elsa WALGER et Marylou LE GRATIET

Élèves ingénieurs 2e année
Juin 2011
Mis à jour : Avril 2013
Mise en ligne - Avril 2013

Avertissement
Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité.
À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations
et tous les acteurs concernés.

       
  Plan  
I - Introduction
II - Crêpé et non-tissé, le papier à usage médical
III - Le papier à usage médical devient bioactif
IV - Perspectives pour le papier bioactif à usage médical
V - Prospective en trois scénarios
VI - Conclusion
VII - Bibliographie - Webographie
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I - Introduction

Plan

   
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            Papier à usage médical      
  Figure 1 - Papier à usage médical  

Dans le domaine médical, plusieurs applications nécessitent l’usage de matériaux fibreux comme le papier. En effet, ce dernier est utilisé pour fabriquer des masques chirurgicaux, des draps d’opération ou encore des lingettes, mais également pour emballer des produits stériles. Pour ces différents usages, le papier nécessite des propriétés spécifiques à chaque application.

Le marché actuel des papiers à usage médical est dominé par le papier crêpé et le non-tissé en raison de leurs propriétés uniques.

Des travaux de recherche sont menés sur des matériaux cellulosiques faits à partir de papier crêpé ou de non-tissé, microencapsulés, ayant la capacité de déceler et de détruire des agents pathogènes.

L’entrée de ces papiers bioactifs pourrait bien révolutionner le marché existant des papiers à usage médical.

II - Crêpé et non-tissé, le papier à usage médical

Plan

II-1 - Propriétés

Pour des applications médicales, il faut une matière hygiénique qui ne produit pas de peluches et possède une forte cohésion interne ainsi qu'une bonne résistance à la déchirure. Le matériau doit être poreux afin de permettre à des agents stérilisants de le pénétrer. Son toucher doit être doux.

Le papier crêpé et le non-tissé répondent à ces exigences et dominent le marché actuel des papiers à usage médical. Pour chacun, le Tableau 1 liste les propriétés, les utilisations et les clients intéressés.

  Propriétés Utilisations Clients
Papier crêpé Drapé, souplesse, douceur, allongement, porosité, tortuosité, perméabilité à la vapeur d’eau, pureté


Résistance à la déchirure, scellabilité

Wraps hospitaliers (pour la stérilisation)
Draps hospitaliers
Lingettes
Emballage de produits stériles
Masking tape : ruban adhésif pour masquage
Sites de stérilisation
Hôpitaux, cliniques
Transformateurs
Fabricants d’appareil médicaux

Autres
Non-tissé Douceur, froissable, respirant, absorbance, résistance au feu et à la déchirure, scellable thermiquement, stable, ne peluche pas Lingettes
Habillement : interlining, vêtements jetables… (+ draps)
Emballage de produits stériles
Filtration (sacs pour aspirateurs, filtres industriels…)
Construction (isolation)
Sachets de thé ou café
Agriculture : voiles d’hivernage
Hôpitaux, cliniques
Transformateurs
Fabricants d’appareil médicaux

Autres : industrie, entreprises de construction, agroalimentaire, agriculture et sylviculture

Tableau 1 - État de l'art du papier crêpé et du non-tissé

La plupart des utilisations et des clients sont communs aux deux types de papier notamment l'emballage de produits stériles. Cet emballage doit permettre la stérilisation, la protection physique, le maintien de la stérilité jusqu’à l’utilisation, et la présentation aseptique du contenu. Il doit répondre à des normes strictes.

La norme NF EN ISO 11607 Emballages des dispositifs médicaux stérilisés au stade terminal comprend deux parties :

II-2 - Papier crêpé

Le procédé de crêpage naît en 1870. En 1935, en Angleterre, le premier emballage stérile est créé à partir de papier crêpé. En 1960, les premières lingettes font leur apparition. Aujourd’hui, ce papier est couramment utilisé dans le secteur médical.

II-2-1 - Caractéristiques

Ce matériau cellulosique est réputé pour ses propriétés d’allongement, de douceur et d’absorbance. Il est résistant à l’état humide et perméable à la vapeur d’eau. Cette dernière caractéristique lui permet d’être utilisé pour la stérilisation autoclave. Lors de ce procédé, le papier crêpé emballe le récipient contenant les objets à stériliser et la forte tortuosité apportée par le crêpage empêche les bactéries de se déplacer au travers du papier. En même temps, il laisse passer la vapeur d’eau, ce qui tue les bactéries.

Le papier crêpé a une forte cohésion interne pour résister aux tensions subies durant le cycle de stérilisation et il est poreux de sorte que des agents stérilisants peuvent pénétrer, tuer les bactéries et être évacués.

Il existe différentes méthodes de stérilisation.

II-2-2 - Procédé de fabrication

Le crêpage est un procédé purement mécanique qui donne de l’allongement au papier. Pour obtenir cet effet de crêpage, une racle décolle le papier en sortie de cylindre. Puis la feuille de papier est enroulée à une vitesse v2 légèrement inférieure à la vitesse v1 du cylindre [Figure 2]. Les paramètres jouant sur la mise en relief du papier sont l’angle de la racle, la siccité du papier en sortie du cylindre et la différence de vitesse entre v1 et v2 (plus v1 est inférieure à v2 et plus il y a d’allongement).

                Schéma du procédé de crêpage      
  Figure 2 - Schéma du procédé de crêpage  
     

Le crêpage peut avoir lieu en ligne, c’est-à-dire au niveau de la sécherie après la presse, ou hors ligne. Le terme de microcrêpage est employé dans ce cas et permet d’obtenir un drapé plus grand. Cet effet de crêpage dépend notamment de la matière première fibreuse (largeur des fibres), de l’adhésion de la toile, de la qualité de la racle et des additifs chimiques (influant par exemple sur l’adhésion nécessaire au crêpage au contact de la racle).

II-3 - Non-tissé

Les premiers non-tissés apparaissent vers 1890 mais leur utilisation est peu reconnue. C’est seulement lors de la fabrication industrielle des fibres synthétiques dans les années 60 que leur consommation augmente fortement.

II-3-1 - Caractéristiques

Selon la norme ISO 9092:1988, un non-tissé est constitué d’adjuvants et de fibres de polymères orientées ou non, liées par frottement, cohésion ou adhésion. Ces fibres peuvent être d’origine cellulosique, animale, minérale, chimique, synthétique ou régénérée. Cette matière première se distingue du papier par la présence de longues et larges fibres non cellulosiques en quantité non négligeable. En effet, une structure fibreuse est considérée comme un non-tissé si elle est constituée à plus de 50% de fibres ayant un rapport longueur sur diamètre supérieur à 300, ou si 30% de ces fibres vérifie que le rapport longueur sur diamètre est supérieur à 100 et que la main est supérieure à 2,5.

II-3-2 - Procédé de fabrication

Le matériau non-tissé peut être formé par voie sèche, fondue ou humide, puis la matière fibreuse est consolidée :

Par voie sèche, il est formé par cardage ou par procédé aérodynamique (Airlaid) : les fibres sont dispersées dans un flux d’air [Figures 3 & 4].

               Schéma de principe d'une carde   Création du voile par voie sèche aérodynamique      
  Figure 3 - Schéma de principe
d'une carde
[Cerig]
  Figure 4 - Création du voile
par voie sèche aérodynamique
[Cerig]
 
         

Par voie fondue (seulement pour les polymères qui sont filés à l’état fondu), le voile est formé par filage direct. C’est le procédé Spunlaid qui utilise soit l’extrusion (spunbonded) [ Figure 5] soit l’extrusion avec soufflage d’air chaud (melt blown) [Figure 6] : dans ce cas, les fils obtenus sont plus fins. Les non-tissés fabriqués ainsi sont plus résistants mais moins homogènes.

               Principe de l'extrusion (Spunbonded)   Principe de l'extrusion soufflage (Melt blown)      
  Figure 5 - Principe de l'extrusion
(Spunbonded)
[Cerig]
  Figure 6 - Principe de l'extrusion
soufflage (Melt blown)
[Cerig]
 
         

Par voie humide, le mécanisme de formation du matelas fibreux est semblable à celui du papier (Wetlaid). Ce procédé qui utilise toutes sortes de fibres, conduit à un non-tissé plus homogène et permet de contrôler l’orientation des fibres (par exemple pour les semelles de chaussures) du fait même du procédé similaire à la fabrication du papier : formation du matelas fibreux sur la toile [Figure 7].

               Deltaformer de Sandy Hill Corporation      
  Figure 7 - Deltaformer de Sandy Hill Corporation
[Cerig]
 
     

Le non-tissé peut être fabriqué à base de fibres naturelles, végétales (cellulose, coton), animales, chimiques, viscose. Le liant est constitué de polymères, d’un fluide (latex, adhésif) ou de fibres (fibres thermoscellables).

En fonction de la composition et du mode de formation du non-tissé, celui-ci est plus ou moins doux, froissable, respirant, absorbant, scellable thermiquement, stable, résistant aux flammes, à la déchirure et ne peluche pas.

II-4 - Marché des papiers à usage médical

II-4-1 - Marché des papiers crêpés

Entre 2006 et 2007, le marché mondial du papier crêpé à usage médical représentait 20 000 tonnes/an. Hélas, il y a peu de d'informations sur la production du papier crêpé et les chiffres d’affaires réalisés

II-4-2 - Marché des non-tissés

Le marché des non-tissés est plutôt florissant, leur utilisation étant de plus en plus importante dans les secteurs comme l'hygiène (31,9 % du marché), la construction (18,2 %), les lingettes (15,8 %) et la filtration (6,9 %). La production mondiale de non-tissés est estimée à 7,6 millions de tonnes en 2011 avec une croissance d'environ 8 % et un marché avoisinant 5,6 milliards d'euros.

Selon les statistiques publiées en 2012 par l'EDANA (European Disposal and Nonwoven Association), la production européenne de non-tissés est d'environ 1,898 millions de tonnes en 2011, soit 5,7 % de plus qu'en 2010 (10,9 % en 2010 par rapport à 2009). La Figure 8 montre la croissance quasi-continue de ce marché depuis 2000, altérée par un infléchissement en 2009.

               Production de non-tissés dans l'Union européenne de 2000 à 2011      
  Figure 8 - Production de non-tissés dans l'Union européenne de 2000 à 2011
[EDANA]
 
     

Importations et exportations des non-tissés de l'Union européenne vers le reste du monde suivent globalement la même tendance que la production, c'est-à-dire un accroissement avec une baisse passagère en 2009. Cette tendance est plus marquée pour les exportations. Ces dernières sont deux fois plus importantes que les importations [Figure 9].

               Exportations et importations des non-tissés de l'UE vers les pays extérieurs de 1999 à 2011     
  Figure 9 - Exportations et importations des non-tissés de l'UE
vers les pays extérieurs de 1999 à 2011
[EDANA]
 
     

Le marché européen des non-tissés est segmenté en fonction de leurs différentes utilisations :

                Segmentation du marché européen des non-tissés en 2011      
  Figure 10 - Segmentation du marché européen des non-tissés en 2011
[EDANA]
 
     

Le papier à usage médical concerne principalement les lingettes médicales, les masques et les draps, ce qui ne représente qu’une petite partie du marché des non-tissés. Les lingettes, faites à partir de non-tissé ou de papier crêpé, peuvent être imprégnées. Elles sont absorbantes, résistantes à l’état humide et à l’état sec, notamment à la déchirure lors du transport. Les lingettes à base de papier crêpé sont particulièrement douces et flexibles.

II-4-3 - Répartition des marchés

                Répartition du marché du papier à usage médical en Europe   Répartition du marché du papier à usage médical aux États-Unis      
  Figure 11 - Répartition du marché du papier
à usage médical en Europe
  Figure 12 - Répartition du marché du papier
à usage médical aux États-Unis
 
         

Comme le montrent les Figures 11 & 12, les États-Unis privilégient la production de non-tissés pour l'usage médical tandis qu’en Europe, le papier crêpé est plus répandu.

Par ailleurs, le marché chinois aurait tendance à favoriser la production de non-tissés pour le domaine de la santé alors que le marché indien s’oriente plutôt vers le papier crêpé.

II-4-4 - Principaux acteurs

Entreprises Produits Non-tissé Papier crêpé
Ahlstrom Masques chirurgicaux
Procédés spunmelt/SMS/Spunbond et Wetlaid

X

 
Lingettes X  
Filtration - diagnostic X  
Systèmes barrière stériles   X
Emballages de stérilisation   X
Draps chirurgicaux X  
Blouses chirurgicales X  
Arjowiggins Healthcare Lingettes X X
Enveloppes de stérilisation   X
Stérilisation à la vapeur   X
Billerud Stérilisation industrielle d’instruments à usage unique – Irradiations EO/Gamma   X
Stérilisation à la vapeur (hôpitaux) d’instruments réutilisables   X
Kimberly-Clark Drapage chirurgical X  
Trousses médicales X  
Masques (spécialité, protection, usage dentaire) X  
Feuilles de stérilisation X  
Vêtements de protection X  
Procter & Gamble Couches pour bébé X  
Produits d'hygiène féminine X  
Fiberweb Lingettes X  
Couches pour bébé X  
Produits d’hygiène féminine X  
Incontinence adulte X  
DuPont Emballages d’instruments médicaux ou chirurgicaux X  
Lingettes X  
Draps chirurgicaux X  
Vêtements chirurgicaux X  
UPM Matière première (pâte)   X

Tableau 2 - Principaux acteurs du marché des papiers à usage médical

III - Le papier à usage médical devient bioactif

Plan

III-1 - Papier actif

Un papier actif réagit et modifie ses propriétés en fonction de données extérieures, sans apport d’électronique. Il est né avec le papier pH changeant de couleur selon l’acidité de la solution. Perfectionné depuis lors, il sert aujourd'hui à la traçabilité des emballages alimentaires notamment via le contrôle du respect de la chaîne du froid. Des encres thermochromiques sont utilisées. Crées en 1970 au Japon, elles changent de couleur en fonction de la température.

L'un des facteurs clés de l’évolution du papier actif est le développement dans les années 90 de la microencapsulation, un procédé utilisé notamment dans la fabrication du papier bioactif. Ce dernier a la capacité de détecter, intercepter et désactiver des substances pathogènes grâce à l’utilisation d’enzymes, anticorps ou acides nucléiques qui assurent une protection antimicrobienne. Il est apparu en 1916 quand un biocapteur à base de glucose a été implanté dans un pancréas artificiel. Il est compatible avec l’utilisation de fibres de non-tissé et de papier crêpé.

III-2 - Papier microencapsulé

La microencapsulation consiste à emprisonner un contenu liquide, gazeux ou solide dans une membrane afin de l’isoler et de le protéger du milieu extérieur puis à maîtriser sa libération. Ses particules mesurent seulement quelques micromètres et peuvent contenir des enzymes, anticorps ou acides nucléiques, dans le cas du papier bioactif.

III-2-1 - Fabrication de microcapsules

Des enzymes, des anticorps ou de l’acide nucléique peuvent servir de principes actifs pour la détection d’agents pathogènes. Les enzymes sont des protéines catalysant des réactions biochimiques. Elles ont la capacité de reconnaître un substrat grâce à leur site actif, pour former un complexe enzyme-substrat. Tout comme les enzymes, les anticorps sont des protéines conçues pour se fixer sur un antigène particulier afin qu’une autre molécule puisse reconnaître le complexe et le détruire. Enfin, les acides nucléiques sont des macromolécules formées par un enchaînement de nucléotides. On distingue l’ADN, support de l’information génétique, et l’ARN, support génétique intermédiaire des gènes.

Le fait d’encapsuler ces molécules permet de les immobiliser. Il existe plusieurs techniques d’encapsulation [Figure 13].

               Différentes méthodes d'encapsulation d'un principe actif      
  Figure 13 - Différentes méthodes d'encapsulation d'un principe actif  
     

Les méthodes de microencapsulation par coacervation (ou séparation de phase) et de polymérisation interfaciale sont les mieux adaptées pour l’encapsulation d’enzymes. En effet, ces techniques permettent de créer une membrane interfaciale résistante mais néanmoins perméable, et de limiter la dénaturation de l’enzyme, en particulier lors de sa polymérisation.

La polymérisation interfaciale consiste à utiliser deux monomères capables de polymériser ensemble par polycondensation pour former la paroi de la microcapsule. Il est nécessaire que l’un des monomères (monomère A) soit soluble dans la substance à encapsuler, et l’autre (monomère B) dans le milieu d’encapsulation. La substance à encapsuler (une enzyme par exemple) à laquelle on ajoute le monomère A dans le milieu d’encapsulation est ensuite émulsionnée (émulsion huile-eau). Ensuite, le monomère B est ajouté. Une réaction de polymérisation à l’interface entre les gouttelettes de la substance à encapsuler et le milieu d’encapsulation est alors observée [Figure 14]. Les membranes formées par polycondensation interfaciale peuvent être de type polyamide, polyester, poly(téréphtaloylpipérazine) ou encore poly(téréphtalamide).

               Principe de la microencapsulation en polycondensation interfaciale (Polyamide, polyuréthane)      
  Figure 14 - Principe de la microencapsulation en polycondensation interfaciale (polyamide, polyuréthane)
[Creathes]
 
     

La coacervation consiste en l’enrobage d’une solution (type huile-eau) par un film polymère (comme de la gélatine). Ce dernier a été au préalable précipité à partir d’une solution colloïdale de ce polymère, qui a été déstabilisé par un changement physique ou chimique du milieu (composition, pH ou température). Il se forme alors des microgouttelettes qui tentent de coalescer. Enfin, la solidification ou enrobage est obtenue par refroidissement, désolvatation ou réticulation par irradiation.

Les avantages d’une encapsulation d’enzymes réalisée dans de bonnes conditions sont que ces molécules sont concentrées dans la phase interne, qu’elles perdent peu de leur activité au cours de l’encapsulation, leur affinité avec le substrat est peu modifiée, l’enzyme est réutilisable et elles possèdent une bonne stabilité dans le temps.

III-2-2 - Dépôt de microcapsules sur le papier

Il existe plusieurs procédés d’insertion des microcapsules au papier : enduction, imprégnation, impression et insertion directe dans la masse.

Les techniques d'enduction et d’impression permettent de déposer une plus grande quantité de microcapsules à la surface du papier (de 50 à 150 g/ kg de papier). Aussi, pour que les molécules restent sur le papier lors de leur dépôt, il faut soit une bonne adsorption de ces microcapsules, soit la création de liaisons covalentes entre ses particules et la surface du papier.

La méthode d’enduction consiste à déposer les microcapsules à la surface du papier en présence d’un liant (par exemple, résine acrylique, vinylique ou pâte PU), d’additifs et de tensioactifs, à l’aide d’une raclette ou d’une calandre à chaud.

Pour fixer les capsules à la surface du papier, la technique de l’imprégnation peut également être appliquée. Il suffit d’immerger le papier support dans un bain contenant les microcapsules, un liant (acrylique…) pour l’accroche des capsules et la durabilité de l’adhésion, ainsi que des additifs et tensioactifs. Les microcapsules migrent alors du bain vers la surface du papier par variation de pH ou de température.

La fixation par impression jet d’encre ou sérigraphique nécessite, comme pour les procédés précédents, une couche de liants mélangée aux microcapsules.

Une autre technique d’insertion des molécules bioactives dans le papier consiste à les incorporer directement dans la masse du papier. Cette opération a lieu directement sur la machine à papier. Cependant ce procédé reste très limité puisque la manipulation des enzymes ou autres agents antipathogènes requiert de travailler dans des conditions de température et de pH propres à chacune de ces molécules.

III-2-3 - Libération des molécules bioactives

Les microparticules, formées d’une membrane de faible perméabilité et insérées au papier bioactif, délivrent leur contenu de manière déclenchée par une rupture de leur membrane. En effet, lorsque les bactéries entrent en contact avec les microcapsules, elles "mangent" la membrane, ce qui libère le principe actif et élimine les bactéries [Figure 15].

               Rupture de la membrane et diffusion de l'agent anti-pathogène      
  Figure 15 - Rupture de la membrane et diffusion de l'agent anti-pathogène  
     

Une fois la membrane rompue, la cinétique de diffusion peut être schématisée. Lors de la rupture membranaire, la vitesse de libération du principe actif augmente jusqu’à atteindre une vitesse de diffusion constante qui s’arrête lorsqu’il n’y a plus de principe actif [Figure 16].

               Cinétique de libération du principe actif      
  Figure 16 - Cinétique de libération du principe actif  
     

III-3 - Papier bioactif, recherche et innovation

III-3-1 - Premiers essais

Parmi les rares applications commercialisées du papier bioactif, citons les bandelettes qui, en utilisant le procédé d’impression sérigraphique, renseignent sur le taux de glucose présent dans l’organisme.

En 2010, Cascades crée un essuie-main antibactérien à action persistante reposant sur le principe d’insertion de molécules bioactives au papier. En effet, ce dernier contient du chlorure de benzalkonium, un agent antibactérien actif soluble qui, au contact de l'eau, passe du papier à la peau suivant une concentration maximale de 0,1% et détruit les bactéries pathogènes. Ce produit a la capacité d’absorber l’eau sur les mains des utilisateurs tout en assurant une protection antibactérienne de trente minutes. Il est destiné à l'industrie de la transformation alimentaire, de la restauration ainsi que les lieux publics (écoles, garderies, centres hospitaliers, transports aériens, bateaux de croisière...).

III-3-2 - Notivir, un projet de masque anti-viral

Les épidémies de grippe aviaire et de SRAS ont suscité la mise en œuvre de 2007 à 2010 du projet Notivir, labellisé par le pôle de compétitivité UP-tex. Son objectif ? Développer un masque à base de non-tissé, capable de retenir et détruire des éléments bactériologiques ou viraux, avec des propriétés durables en termes de stockage et d’utilisation dans les milieux médicaux et en cas de risque épidémique.

Piloté par Mortelecque, ce projet réunit également Intissel, Creathes, Thuasne, Dounor, Macopharma, Laboratoires Anios, Université Lille 1, Université Lille 2, laboratoire GEMTEX de l'ENSAIT et l'IFTH. Le principe est d’intégrer des produits actifs non nocifs pour la santé dans le produit à base de non-tissé afin d'éliminer les microbes et les bactéries. Pour cela, la microencapsulation est utilisée. Les fibres de non-tissé sont enrobées de cyclodextrine puis imprégnées d’une solution composée d'un agent actif antibactérien. Il se forme alors un complexe cyclodextrine-molécule active [Figure 17]. L'avantage de ce procédé est de diversifier les molécules actives et de permettre un relargage contrôlé des microcapsules.

               Microencapsulation par voie cyclodextrine      
  Figure 17 - Microencapsulation par voie cyclodextrine  
     

Une autre méthode de fabrication est possible : enrober les fibres avec un monomère greffé d’une fonction virucide, puis procéder à une polymérisation UV. Ce traitement a un coût de revient plus faible que le précédent, des propriétés de durabilité et la capacité de modifier la formulation du polymère afin d'obtenir d’autres fonctions particulières.

III-3-3 - Sentinel, un réseau leader de la R&D sur le papier bioactif

Depuis 2005, le réseau canadien Sentinel rallie 28 chercheurs issus de différentes universités et travaille en collaboration avec le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), le Conseil national de recherches au Canada, les Centres d’excellence de l’Ontario et cinq partenaires industriels. Ce réseau compte aussi plus de cinquante étudiants diplômés, stagiaires postdoctoraux et étudiants de premier cycle participant aux activités. Deux millions de dollars canadiens (environ 1,5 millions d’euros) sont investis dans ces recherches.

Pour développer les papiers bioactifs – qui représentent de nouveaux débouchés intéressants, notamment dans le secteur médical mais pas seulement –, Sentinel exploite les caractéristiques du papier : porosité, propriétés barrière, faible coût et disponibilité. Puis des tests simples, rapides et peu coûteux sont établis afin de détecter, repousser et neutraliser les pathogènes qui se trouvent dans les aliments, l’eau et l’air, en libérant des molécules anti-pathogènes après contact avec le papier.

Il faut distinguer trois fonctions principales du papier bioactif :

Pour être commercialisés, les papiers bioactifs doivent détecter instantanément des agents pathogènes. De hautes vitesses de production, de couchage et d’impression doivent pouvoir être atteintes afin d'optimiser les coûts de fabrication. Toutefois, les papiers détectant la présence d’agents pathogènes par reconnaissance biologique à partir d’anticorps ou d'enzymes sont quasi-inexistants dans le commerce. Ces molécules anti-pathogènes sont chères et sensibles à la chaleur. L’humidité et la lumière peuvent elles aussi être sources de problèmes.

L’entrée sur le marché de ces produits est susceptible de créer de nouveaux emplois nécessitant des compétences en génie des matériaux et en biologie.

III-4 - Acteurs du secteur des papiers bioactifs

Le Tableau 3 récapitule les acteurs principaux dans la conception de papiers microencapsulés à usage médical.

  Activités Secteurs d'application
Creathes R&D en microencapsulation Cosmétique, cosméto-textile, alimentaire, chimie, pharmacie, détergence…
sur une large gamme de supports : papier, plastique, textile, crème, gel, parfum
Microcapsules Technologies Microencapsulation Cosmétique, cosméto-textile, papier et non-tissé, arts graphiques, sur-odorants et désodorisants, alimentaire, détergence, phytosanitaire
Sentinel R&D sur le papier bioactif Médical, alimentaire, sécurité
Cascades Récupération, emballage et papier Récupération, emballage alimentaire, papier et emballage commercial et industriel, produits de consommation dont l’essuie-main antibactérien utilisant des molécules antibactérienne bioactives

Tableau 3 - Acteurs principaux dans le domaine des papiers microencapsulés à usage médical

IV - Perspectives pour le papier bioactif à usage médical

Plan

Connaissant les marchés et technologies actuels concernant le papier actif à usage médical et la microencapsulation, déterminons les variables essentielles du marché des papiers actifs microencapsulés à usage médical et les facteurs clés de son développement. Le but est de répondre à la question : quel avenir pour cette technologie ?

IV-1 - Facteurs clés de développement

En raison notamment de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, la température augmente de façon non uniforme sur la planète. Ces modifications climatiques sont propices à la multiplication des bactéries et à l’élargissement des territoires où elles sévissent. En général, le taux de transmission des parasites et des agents pathogènes augmente avec la température, et la plupart d’entre eux deviennent plus virulents en cas de réchauffement global. Des épidémies de dengue ou de paludisme se sont par exemple déclarées au Kenya, Antilles et autres pays tropicaux.

C’est pourquoi la demande de papiers à usage médical ne cesse de croître. D’où la nécessité de développer de papiers bioactifs qui auraient, en plus des propriétés des papiers crêpés et des non-tissés utilisés dans le milieu de la santé, la capacité de détecter et neutraliser des agents pathogènes. L’apport d’une valeur ajoutée telle que la microencapsulation doit ainsi permettre de réduire des surcoûts liés à la fabrication du papier à usage médical. Par ailleurs, une intégration des deux technologies (microencapsulation et procédé de fabrication des papiers spéciaux à usage médical) permettrait de réduire le temps de fabrication.

IV-2 - Analyse stratégique

Pour obtenir un avantage concurrentiel, il faut mettre en avant des solutions industrielles stratégiques. Au vu des recherches effectuées sur le sujet, la filière envisagée se construirait selon la chaîne de valeurs ci-dessous [Figure 18] qui présente les actions à réaliser pour obtenir le papier microencapsulé à usage médical.

               Chaîne de valeurs pour les papiers microencapsulés à usage médical      
  Figure 18 - Chaîne de valeurs pour les papiers microencapsulés à usage médical
Cliquer sur l'image pour l'agrandir
 
     

La chaîne de valeurs du papier à usage médical croise celle des microcapsules pour donner le produit recherché. Ce diagramme décrit une filière organisée de façon relativement simple. La problématique technique intervient au croisement des deux chaînes, lors de l’insertion des microcapsules dans ou sur le support.

Pour déterminer les orientations stratégiques envisageables, analysons l’environnement du sujet (menaces et opportunités) ainsi que son potentiel (forces et faiblesses). La matrice SWOT ci-dessous [Tableau 4] permet d’appréhender les orientations possibles sous un autre angle.

Forces Faiblesses
  • Propriétés hygiéniques hautement efficaces venant à la fois du papier crêpé ou du non-tissé et des microcapsules intégrées :
    - Détection des substances pathogènes
    - Neutralisation des substances pathogènes
  • Nouvelles applications : papiers virucides...
  • Procédés de fabrication des matières premières (papier crêpé et non-tissé) et de microencapsulation déjà connus et fournisseurs déjà existants
  • Haute valeur ajoutée d'où un coût élevé
  • Nécessité de métiers ou entreprises spécialisés
  • Mise en œuvre difficile du procédé de microencapsulation :
    - capsules fragiles
    - conditions de travail particulières
  • Nécessité que la membrane ne se brise pas avant le contact avec des agents pathogènes
  • Obligation de regrouper plusieurs procédés de fabrication pour aboutir au produit final (microencapsulation des agents anti-pathogènes + fabrication du papier crêpé ou du non-tissé + insertion des microcapsules dans le papier)
Opportunités Menaces
  • Engouement pour le développement durable (papier = matériau issu des ressources renouvelables, en quantité abondante)
  • Développement de virus et de maladies nécessitant des produits innovants
  • Évolution des technologies de microencapsulation (R&D)
  • Évolution des technologies de fabrication des papiers à usage médical (crêpé et non-tissé)
  • Engouement des industriels suscitant des projets de recherche : Notivir, Sentinel
  • Nécessité de développer des solutions peu coûteuses pour lutter contre les maladies dans les pays en voie de développement
  • Produits de substitution
    - La microencapsulation pourrait être plus intéressante avec le textile
    - Des textiles (avec structure polymère par exemple) en compétition avec les papiers microencapsulés pour l'usage médical (aromathérapie…).
    - Produits à base de papier à usage médical utilisés actuellement (non bioactifs).
  • Coût et disponibilité de la matière première
  • Disponibilité d’agents anti-pathogènes
  • Respect des normes aux niveaux environnemental, sanitaire et sécuritaire (procédé et produit)

Tableau 4 - Analyse stratégique (SWOT)

Les opportunités résident dans l’offre et la demande actuelles : la croissance des maladies et un engouement pour le développement durable poussent les industriels des secteurs papetiers et des biotechnologies à travailler ensemble afin de créer de nouvelles solutions. D’autant plus que les papiers bioactifs seront très utiles dans les pays en développement qui ont besoin de tests simples et peu coûteux pour détecter les maladies.

Les facteurs environnementaux résident aussi dans les conditions concurrentielles comme la menace de produits de substitution tels que la microencapsulation dans le textile.

D’un point de vue technologique, le produit envisagé bénéficierait de la solide connaissance et de l'innovation qui existent en matière de papiers à usage médical et de microencapsulation. Sans oublier la législation qui oblige à respecter des normes concernant la fabrication et l’utilisation des papiers dans le secteur médical. Par exemple, la norme ISO 20743:2007 spécifie des méthodes d'essai quantitatives afin de déterminer l'activité antibactérienne des produits textiles finis antibactériens, y compris les non-tissés. La norme ISO 22609:2004 concerne les vêtements de protection contre les agents infectieux ainsi que les masques faciaux médicaux.

Le potentiel du papier bioactif envisagé ressort de ses forces et de ses faiblesses. Il constitue une solution qui peut être très efficace en termes de propriétés barrière et anti-pathogènes. De plus, il est adaptable à l'environnement décrit précédemment du fait de la possibilité d’allier deux technologies. Cependant, la difficulté de mise en œuvre d’une telle alliance constitue une faiblesse. En effet, cela représente un investissement et de nombreuses difficultés techniques se posent, comme la fragilité des capsules, le choix de la méthode la plus adaptée pour les intégrer au matériau support... L’étape la plus difficile à réaliser lors de la fabrication du papier microencapsulé reste en effet dans le dépôt des capsules sur le papier sans les endommager ni bloquer les propriétés d’usage du papier.

IV-3 - Analyse concurrentielle

Le diagramme de Porter [Figure 19] renseigne sur les interactions entre les différents acteurs. En effet, il positionne les papiers actifs microencapsulés par rapport aux papiers classiques à usage médical et à toute la chaîne à laquelle ils appartiennent.

                    
  Figure 19 - Analyse concurrentielle du marché des papiers microencapsulés à usage médical
Cliquer sur l'image pour l'agrandir
 
     

La technologie étudiée se positionne en aval de la production de papiers à usage médical car elle nécessite l’intervention de la microencapsulation. Les fabricants de microcapsules et les projets de recherche vont dans le sens des papiers microencapsulés à usage médical tandis que s’opposent des substituts comme les textiles microencapsulés.

Il apparaît que les clients des papiers microencapsulés et ceux des papiers à usage médical sans microencapsulation sont les mêmes. Il est vrai la microencapsulation est une valeur ajoutée qui élargit les possibilités d’un même domaine d’application.

L’ensemble des acteurs sont impliqués dans des programmes de recherche et d’innovation. Leurs stratégies reposent sur le développement de produits plus efficaces, innovants et durables. C’est pourquoi les fabricants comme les clients sont investis dans la Recherche & Développement afin d'aboutir aux papiers bioactifs à usage médical.

V - Prospective en trois scénarios

Plan

Actuellement, les papiers bioactifs à usage médical en sont au stade de la recherche. Il est alors intéressant d’imaginer trois scénarios possibles concernant leur développement et leur commercialisation.

V-1 - Scénario 1 : 2018 - Le papier bioactif à usage médical est commercialisé

La technologie a suivi son chemin et Kimberly-Clark est désormais capable d’encapsuler un anti-virus au moindre signe d’épidémie. Les masques antiviraux ont fait leur preuve à petite échelle lors des dernières vagues de grippes depuis 2015. Avec la participation de groupes de transformateurs, les papetiers de spécialité, comme Ahlstrom et Arjowiggins, dès 2014, installent à proximité de leurs usines des laboratoires industriels dédiés à la microencapsulation. Une grande flexibilité de production leur permet à présent d'être prêts dans l’éventualité d’une grande campagne de distribution de masques actifs.

Analyse de risques : compte tenu de l’avancée des recherches actuelles sur les papiers bioactifs à usage médical, il est probable que des masques microencapsulés antiviraux soient commercialisés dès 2015 (probabilité : 90%). Pour réduire le nombre d’intermédiaires et les transports, il se peut que des ateliers d’intégration des microcapsules dans le papier soient adjoints aux papeteries. Cependant, cela est difficile à mettre en place en termes de coûts, d’infrastructures et de personnel (probabilité : 60%). Pour faire face à une épidémie soudaine, il faut que le personnel soit formé et préparé et que l’entreprise possède des moyens de production suffisants (probabilité : 70%).

Les deux dernières hypothèses découlent de la première, c’est pourquoi la probabilité de réalisation de ce scénario est de 54%.

V-2 - Scénario 2 : 2020 - Le papier crêpé est privilégié pour la microencapsulation

Le marché des papiers bioactifs destiné au secteur médical connaît des bouleversements depuis 2012. Entre 2012 et 2015, de nombreuses études montrent que le crêpage donne un matériau mieux adapté à la microencapsulation d’agents antiviraux grâce à la facilité de mise en œuvre de cette technique et à l’efficacité de dispersion des agents au moment de la libération. C’est pourquoi le non-tissé n’est que peu utilisé pour cette application, tandis que l’industrie du papier crêpé se métamorphose pour l’intégrer. Kimberly-Clark rachète des usines d’Arjowiggins afin de gérer la production du début à la fin.

Analyse de risques : en raison des propriétés de porosité, de perméabilité et de tortuosité du papier crêpé, il est possible que d’ici quelques années, les études concluent que ce dernier est plus intéressant que le non-tissé en termes d’effet barrière bactériologique et pour la microencapsulation d’agents antimicrobiens et antiviraux (probabilité : 50%). Le développement de cette technique pourrait se faire au détriment du non-tissé car son procédé de fabrication nécessite davantage d’étapes plus coûteuses que dans le cas du papier crêpé, afin d’être adaptable à une microencapsulation efficace (probabilité : 40%).

La probabilité de réalisation de ce scénario est de 20%.

V-3 - Scénario 3 : 2018 - Le papier bioactif cède la place au textile bioactif

De 2012 à 2015, quelques masques à base de papier bioactif – papier crêpé en Europe, non-tissé en Amérique – sont commercialisés. Toutefois, un produit concurrent entre sur le marché en 2015 : le textile microencapsulé qui donne des résultats similaires pour un coût légèrement plus faible. Les hôpitaux privilégient dorénavant l’utilisation du textile réutilisable au détriment du non-tissé à usage unique et du papier crêpé en dépit de ses propriétés de porosité et de perméabilité.

Analyse de risques : comme dans le premier scénario, le marché du papier microencapsulé à usage médical se développe (probabilité : 90%). Le domaine médical n’utilise pas seulement des papiers crêpés et des non-tissés. Aussi est-il probable que d'autres matériaux s'imposent. Le cas de matériaux polymères autres que les non-tissés est envisageable (probabilité : 15%).

La probabilité de réalisation de ce scénario est de 13,5%.

VI - Conclusion

Plan

Étant actuellement au stade de la recherche, les papiers bioactifs sont encore peu présents sur le marché des papiers à usage médical. Toutefois, leur potentiel prometteur laisse présager un futur bouleversement de ce dernier. En effet, les papiers microencapsulés à usage médical contiennent des agents antipathogènes (enzymes, anticorps ou acides nucléiques) qui peuvent reconnaître et détruire des bactéries ou des virus. Ce phénomène se produit grâce à une rupture volontaire de la membrane des microcapsules qui libère le principe actif anti-pathogène contenu à l’intérieur.

Les supports des papiers bioactifs sont le papier crêpé ou le non-tissé déjà utilisés dans le secteur médical. La microencapsulation existe depuis quelques années : elle sert notamment à l’immobilisation d’enzymes dans des applications liées à la cosmétique, l’alimentaire et la santé. Les techniques de fixation des microparticules sur le papier sont similaires à celles utilisées pour le textile : imprégnation, enduction ou impression. De plus, outre les propriétés apportées par le papier crêpé ou le non-tissé, les papiers bioactifs assainissent l’environnement dans lequel le principe actif est libéré permettant ainsi de limiter la propagation des agents pathogènes.

Ces facteurs semblent favorables à une future commercialisation des papiers bioactifs – draps d’opération, masques, blouses et autres objets chirurgicaux et médicaux – dont l'utilisation pourrait bien se généraliser dans le secteur de la santé.

VII - Bibliographie - Webographie

Plan

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