Traçabilité des faibles forces et caractérisation métrologique d’un dispositif biomédical innovant pour la PMA – TRAFALDA

La France accuse actuellement un fort retard dans le domaine de la métrologie des faibles forces. Il existe donc un enjeu de recherche et développement afin que la métrologie française puisse établir des CMCs (calibration and measurement capabilities) en deçà de la valeur de 1 newton qu’elle revendique actuellement. Relever cet enjeu permettra à terme de mettre en place une future certification pour les dispositifs mesurant des faibles forces afin de garantir la qualité des mesures effectuées et de les crédibiliser. Cette ambition se décline dans ce projet sous la forme de trois objectifs. Le premier doit permettre à la France d’acquérir deux références de faible force sur une plage étendue (0,1 nN à 100 nN et 100 nN à 100 µN) à l’aide de deux dispositifs dédiés complémentaires. La référence associée à la plage 0,1 nN-100 nN sera par ailleurs à terme une référence nationale de métrologie. Le deuxième consiste à développer un étalon de transfert et à le qualifier métrologiquement à l’aide des deux précédents dispositifs. Le troisième consistera à utiliser l’étalon de transfert pour qualifier métrologiquement une plateforme de caractérisation mécanique d’ovocytes humains, développée par l’institut FEMTO-ST, qui fait actuellement l’objet d’une action de maturation. Cette plateforme brevetée, baptisée EGG, est localisée dans une salle blanche stérile du service de PMA du CHRU de Besançon. Elle peut mesurer des forces jusqu’à 5 µN. Les forces mesurées pendant un essai mécanique se situent typiquement dans la gamme allant de 1 nN à 300 nN. Comme pour tous les capteurs de nanoforces existants, ces mesures ne sont pas traçables au Système International d’unités et leur incertitude est difficilement estimable. Atteindre ces trois objectifs qui mélangent à la fois un enjeu national et un enjeu régional permettra de faire la preuve à l’échelle internationale que la métrologie française est désormais capable de maitriser une nouvelle étendue de forces en deçà de 100 µN de manière traçable et qu’elle sait mettre en place une démarche métrologique d’étalonnage pour des mesurages de faibles forces dans un cas particulier de caractérisation biomécanique. Pour mener à bien ce projet, le Cnam, via son laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM et l’institut FEMTO-ST, via son département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques, vont réunir leurs expertises dans le domaine des ressorts magnétiques auto-stabilisés, de la métrologie des faibles masses et de la mesure/génération de faibles forces. Chacun des partenaires va développer un générateur de faibles forces en s’appuyant sur des designs électromécaniques innovants de balance de force et de machine à poids mort. Un apport méthodologique pour déterminer l'incertitude associée à l'estimation d'entrées inconnues dans le contexte des systèmes dynamiques non-linéaires incertains sera également proposé en s’appuyant sur des outils de l’Automatique. L’étalon de transfert sera une microstructure élastique en verre afin d’être compatible avec un usage dans la plateforme EGG. Cette microstructure sera développée conjointement par les deux partenaires. Sa microfabrication sera effectuée dans la centrale de technologie MIMENTO du réseau RENATECH à partir d’une microfabrication 3D soustractive. Cet étalon sera caractérisé métrologiquement à l’aide des deux générateurs de faibles forces qui ont des plages complémentaires afin de déterminer sa matrice de raideur et son incertitude associée. Il sera ensuite substitué à un ovocyte pour qualifier la plateforme EGG. Cette qualification sera effectuée pendant un chargement mécanique de la microstructure en comparant la force calculée par la plateforme à celle déduite de la raideur et de la déformation de la microstructure.