La communauté scientifique mobilise ses chercheurs de tous horizons pour lutter contre ce fléau. Décryptage.

Près d’un décès sur six est lié au cancer dans le monde : de 15 millions par an, nous devrions passer à 20 ou 25 millions au cours des dix prochaines années. La prise en charge au plus tôt mobilise donc la communauté scientifique internationale et met l’accent sur une approche pluridisciplinaire.

Un double enjeu : de santé publique en tout premier lieu, mais aussi économique

Pour de nombreux cancers, plus la détection se fait en amont, plus les chances de guérison sont élevées. Certains cancers, comme le cancer colorectal, ont des probabilités de guérison très élevées en stade amont (près de 90%), alors qu’en phase métastasique (plus avancée), elles ne sont parfois que de quelques %, avec des traitements lourds souvent mal supportés par les patients. Les thérapies ciblant au plus tôt les premiers stades de la pathologie permettent des traitements moins lourds et plus efficaces.

Autre enjeu majeur : l’impact économique. Le coût des traitements, de plus en plus élevé, va, dans les prochaines années, rendre problématique l’accès aux soins. Le diagnostic précoce devient là aussi un levier pour assurer une prise en charge des patients sans mettre en péril les dispositifs de protection sociale. Plusieurs études ont montré que, dans les pays à revenus élevés, le diagnostic précoce engendrait des traitements 2 à 4 fois moins coûteux qu’à des stades plus avancés de la maladie.

Autour de ce double enjeu, prévenir le cancer doit aussi favoriser des protocoles légers permettant la poursuite d’une vie normale, et en particulier le maintien d’une activité sociale et professionnelle.

Un diagnostic au plus près des patients

Les méthodes de diagnostic évoluent fortement aujourd’hui, avec l’arrivée de nouvelles techniques pour améliorer l’instrumentation traditionnelle (en imagerie, biomarqueurs…), mais aussi de dispositifs connectés dont le marché explose. A titre d’exemple, bon nombre de start-up propose aujourd’hui des tests détectant des biomarqueurs du cancer, à partir d’une simple goutte de sang.

Le suivi de la santé et du bien-être – d’abord développé comme un outil marketing au service de la portabilité (exemple des montres connectées) – a tendance aujourd’hui à vouloir se rendre médicalement plus crédible et être intégré au service d’une médecine personnalisée et gérable à distance.

Les innovations sont nombreuses, dans les techniques traditionnelles d’imagerie, mais aussi autour de la détection de biomarqueurs de type protéines, gènes ou encore anticorps. Sur les dispositifs portables, citons le soutien-gorge connecté pour le suivi des tumeurs ou encore la montre connectée pour prévenir les récidives.

Big Data et intelligence artificielle, pour accélérer le diagnostic précoce

Se positionner plus en amont nécessite une prise en compte des facteurs de risque (tabagisme, sédentarité, diabète, obésité, alcoolisme, pathologies infectieuses, pollution…) dans ces nouveaux dispositifs. Et face à l’augmentation du nombre de paramètres à prendre en compte et à la complexité inhérente de traitement, l’intelligence artificielle s’invite autour de la table.

Les GAFAM sont quasiment tous en lice pour investir dans des start-up (ou pour les acquérir), mais aussi développer des techniques propres. Ainsi, Google et la société anglaise DeepMind se sont associés pour développer un algorithme permettant d’améliorer le diagnostic du cancer du sein, confortés par une étude récente publiée dans la revue Nature. Certaines start-up ont même réalisées des levées de fonds records, comme par exemple Grail, utilisant les tests sanguins : depuis sa création en 2015, elle a levé près de 2Mds$, dont 390M$ encore cette année. Amazon est impliquée dans la start-up et apporte ses moyens de stockage et analyse dans le Cloud.

Ce dynamisme entrepreneurial, boosté par les acteurs du numérique, se traduit également en termes de Recherche et d’Innovation. Le nombre de projets de recherche collaborative européens H2020, les dépôts de brevets et les essais cliniques ont doublé en 5 ans. Les articles scientifiques ont triplé sur la même période et les compétences scientifiques élargies à l’IA sont bien réelles et mesurables dans la production scientifique.

Des enjeux pour Toulouse

Cancer, Intelligence Artificielle, Systèmes embarqués : Toulouse dispose de tous les atouts pour devenir un acteur de premier rang à la convergence de ces disciplines phares. L’écosystème scientifique et industriel est d’ores et déjà en ordre de marche. A titre d’exemple, les travaux scientifiques de l’IUCT, du LAAS-CNRS et du CHU de Toulouse ont permis l’émergence de la start-up SmartCatch, spécialisée sur le diagnostic précoce du cancer.

Données issues de Tech Intelligence® – service d’intelligence économique de Toulouse Tech Transfer.

Pour lutter contre des incendies de grande ampleur, les États peuvent déployer les moyens aériens de leur sécurité civile et aussi s’appuyer sur des avions de ligne reconvertis et exploités par des compagnies privées. Modifiés dans leur structure, leur efficacité repose principalement sur leur système de largage de produits retardants pour former des barrières coupe-feux. Ces systèmes sont peu adaptés aux contraintes d’un largage à haute altitude et avec de fortes perturbations aérodynamiques.

Le nouveau dispositif KIOS, issu d’une recherche collaborative menée par l’Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT – Toulouse INP, CNRS et Université Toulouse III – Paul Sabatier) et la société Kepplair Evolution, permet de transformer tout avion gros porteur en bombardier d’eau en optimisant les modes de largage.

Incendies meurtriers et dévastateurs : des moyens de lutte limités

Chaque année, 300 à 400 millions d’hectares de végétaux sont brûlés dans le monde. La multiplication de feux de grande ampleur implique une évolution dans les stratégies de lutte contre les incendies. Avec le réchauffement climatique, la période propice aux incendies s’agrandit et de plus en plus de pays sont touchés par des incendies
de grande ampleur, meurtriers et dévastateurs. Les gouvernements  déploient les moyens aériens de leur sécurité civile et peuvent avoir recours à l’utilisation de supertankers, avion de ligne modifiés pouvant contenir jusqu’à 75000 litres. Pour mesurer la performance de leur système de largage, une certification se base sur le taux de recouvrement (en litre/m²) qui doit être le plus important et le plus régulier possible.

KIOS : une nouvelle stratégie innovante et performante de lutte anti-incendie

KIOS apporte une optimisation et une flexibilité dans les modes de largage en concentrant le produit largué et en évitant une trop forte dispersion notamment grâce à son réservoir semi pressurisé à débit constant qui permet :

• De contrôler la chute du produit retardant ou de l’eau selon les besoins de la mission. Ce contrôle de débit peut fournir jusqu’à 8 niveaux d’empreinte au sol.
• D’assurer une meilleure maîtrise de l’empreinte laissée au sol, grâce au largage d’un fluide à débit
  et à vitesse constants.
• De réduire le nombre de passages et donc de temps de vol.
• De limiter les travaux sur la structure externe de l’avion, diminuant ainsi l’impact sur la consommation
  de carburant.

Le dispositif KIOS va permettre aux supertankers d’être plus efficaces dans la lutte contre les feux et apporte
une nette amélioration de la régularité de l’empreinte au sol par rapport au système gravitaire et pressurisé classiquement employé.

Un prototype (V1) a été développé à l’IMFT, en collaboration avec les équipes de Toulouse Tech Transfer (TTT). Réalisé à l’échelle 1/3, il a permis de valider le concept du brevet en précisant le contrôle à mettre en œuvre pour garantir une vitesse d’éjection constante. Dans le cadre du programme de maturation géré par TTT, d’autres tests sont en cours de réalisation pour confirmer le passage à l’échelle réelle.

Première version du prototype KIOS avec le système de sortie déporté ©Kepplair Evolution & IMFT

Le système de largage comprend :

• Un réservoir de largage à débit constant semi pressurisé. L’air est directement en contact avec le produit.
• Un système d’injection d’air (diffuseur) dans le réservoir pour la régulation de la pression dans la partie « gazeuse » du réservoir.
• Un système de régulation qui prend en compte la consigne pilote sur l’empreinte visée (taux de recouvrement) et les conditions de vols (assiette avion, pression externe, facteur de charge, niveau de remplissage).
• Une position au centre de gravité de l’avion pour des contraintes de centrage avion.
• Un système/buse de sortie qui assure l’évacuation de liquide à l’extérieur de l’avion.

Schéma de principe du réservoir et du principe du système de largage ©Kepplair Evolution & IMFT

L’ambition du projet est de mettre à la disposition des gouvernements des avions à très grande capacité de largage et dont la vitesse permet d’intervenir sur tout un territoire en un temps minimum.

KIOS est né de la collaboration entre :

• Dominique Legendre (Professeur d’Université à Toulouse INP – IMFT – équipe de recherche « Interface »)
  qui mène ses travaux sur les écoulements diphasiques appliqués aux systèmes de largage. Dominique
  a collaboré et publié avec la USDA Forest service en Californie sur les performances de largage de nombreux bombardiers d’eau.
• La société Kepplair Evolution, représentée par son président David Joubert, pilote de ligne dans une grande compagnie nationale depuis plus de 20 ans. David Joubert a su construire, autour de son projet, un réseau d’experts et de partenaires industriels et institutionnels.

Présentation du dispositif KIOS en vidéo : ICI

Christophe Turpin – Directeur de recherche CNRS – Responsable des activités hydrogène LAPLACE – Co-fondateur H2PULSE & Cyril Gagnepain – CEO H2PULSE.

Pour en savoir plus : H2PULSE

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C’est le temps qu’un chercheur peut consacrer à l’appui scientifique (« conseiller scientifique ») dans une entreprise qui valorisera ses travaux de recherche.

A chaque nouvelle acTTTus, la parole est donnée à un lauréat des Trophées de la Valorisation de la Recherche 2019. Découvrez la tribune de Delphine Lagarde, lauréate du Trophée Collaboration en Occitanie.

Delphine Lagarde – Ingénieure de recherche – LPCNO – CNRS – INSA & Philippe Raimbault – Président de l’Université Fédérale Toulouse-Midi-Pyrénées

L’équipe du laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (LPCNO) pour laquelle je travaille est spécialisée dans l’analyse des interactions entre la lumière et la matière à l’échelle microscopique. Nos activités de recherche fondamentale, autour des problématiques de l’électronique de spin et des technologies quantiques, n’ont a priori pas de visée applicative à court terme. A priori…

Pourtant, l’équipe est engagée depuis plus de 30 ans dans la valorisation de son expertise auprès de partenaires publics ou industriels, dans les domaines des télécommunications optiques (Nokia Bell Labs, III-V Lab et APEX Technologies), des nanomatériaux pour le photovoltaïque et la photocatalyse (CIRIMAT à Toulouse) ou des composants électroniques pour le spatial (CNES, ONERA).

Collaboration en Occitanie : partager les ressources et compétences locales

Le laboratoire et plus généralement l’INSA de Toulouse a créé un réseau fort avec les entreprises locales. De là est né un projet de collaboration entre le LPCNO et la PME TRAD Tests & Radiations, basée à Labège.

Spécialisée dans l’étude des effets des radiations spatiales sur les composants et les systèmes électroniques, TRAD réalise notamment des essais de type « ions lourds », c’est-à-dire l’irradiation de composants électroniques par des particules massives à très haute énergie. De telles accélérations de particules nécessitent des infrastructures rares et onéreuses, ce qui devient difficilement compatible avec les programmes spatiaux « bas coût » actuels. Or, il a été récemment montré que, sous certaines conditions, les effets des radiations pouvaient être reproduits par l’utilisation d’impulsions laser ultra-brèves.

TRAD a fait donc appel au LPCNO pour nos connaissances en optique et en moyens laser. Nous avons donc conçu et développé plusieurs bancs laser tirant partie de la résolution spatiale, de l’accessibilité et du coût modéré des chaînes laser pour identifier les régions d’intérêt sur les composants électroniques à base de silicium. Ce banc est désormais intégré et utilisé de manière industrielle chez TRAD.

De la recherche fondamentale à la valorisation

Ce partenariat est parfaitement en ligne avec la politique de valorisation scientifique de la région Occitanie et nous venons d’obtenir un financement Région Occitanie – FEDER pour poursuivre nos études via de nouvelles approches innovantes d’irradiation laser sur d’autres types de composants.

Au-delà de l’aspect scientifique, ce projet s’inscrit dans notre volonté d’implication forte dans la formation par la recherche et l’enseignement. Il a contribué et contribuera à la formation d’élèves-ingénieurs. De plus, Maxime Mauguet, qui a collaboré sur ce projet au cours de sa thèse de doctorat, a été embauché par TRAD. L’avenir des doctorants est un enjeu majeur pour mon équipe et pour moi.

Si la valorisation n’apparaît pas comme un objectif chiffré du laboratoire, centré autour de thématiques de recherche fondamentale, elle s’avère toutefois un atout certain pour son intégration dans la société, pour son ouverture au monde économique et pour son implication dans la formation scientifique.