Alors que le COVID-19 contourne le monde avec actuellement 287 000 nouveaux cas par jour (2 millions par semaine) à partir du 1er octobre 2020, un problème permanent reste largement non résolu : les pénuries d’oxygène. Le COVID attaque les poumons et réduit la capacité respiratoire ; les patients dont le pronostic est sévère ou critique ont besoin d’un supplément d’oxygène pour rester en vie. Alors que beaucoup d’entre nous sont conscients de ce besoin, l’ampleur du problème est massive.
L’ampleur du problème de l’oxygène
- Selon l’OMS, avec 2 millions de nouveaux cas de COVID chaque semaine, le monde a besoin de 1 240 000 mètres cubes supplémentaires de gaz d’oxygène médical chaque jour, soit l’équivalent de 176 000 grands réservoirs cylindriques de 5 pieds de long, pour lutter contre le virus. Source : U. of Minnesota / OMS, 6 juin
- Une bonbonne traite environ un adulte par jour ; le prix quotidien d’une bonbonne d’oxygène « J » varie de 112 $ en Guinée, (transport compris), à 23 $ au Kenya. Le COVID a encore créé des prix abusifs et des marchés noirs – au Pérou, une bouteille coûte maintenant 10x plus cher qu’en 2019.
- Les degrés de pénurie et le volume des besoins réels varient massivement dans le monde, la Chine ayant besoin du plus grand volume et l’Afrique ayant la pénurie la plus grave. Source : McKinsey , 25 août
Un patient COVID a besoin de 10L d’oxygène par minute au stade sévère, et de 30L d’oxygène par minute au stade critique (généralement au stade de la ventilation invasive). En extrapolant l’estimation de l’OMS du 6 juin basée sur 2 millions d’infections par semaine, le COVID crée une demande supplémentaire de 1,2 milliard de litres d’oxygène médical par jour, soit une charge supplémentaire de plus de 60 % sur le système. Au début du mois de juin, alors que des pénuries se produisaient déjà dans de nombreux pays, ce chiffre était la moitié de ce qu’il est aujourd’hui.
Le problème actuel de la disponibilité de l’oxygène est multiple ; la production est à la base du problème (pas assez d’usines et de concentrateurs), suivie par la distribution et l’efficacité de l’utilisation médicale. Le besoin optimal mondial d’O2 médical concentré a été estimé à 10 milliards de litres par jour ; l’utilisation réelle probable était plus proche de 2 milliards de litres 02, avant le COVID. Source : Estimation PATH / OSMS
Document de recherche librement accessible de l’OSMS
À l’OSMS, nous avons enquêté et analysé le problème dans de multiples pays à travers le monde. Nous avons rendu notre recherche en cours librement accessible (version actuelle : 1.0) afin d’aider les individus et les organisations à comprendre l’ampleur du problème et à donner un aperçu des approches de solution en cours. Le document comprend une analyse de la question, une analyse industrielle, des calculateurs qui aident à estimer l’ampleur du problème au niveau national et des pistes de solutions en cours.
Coût de la génération d’oxygène par méthode
La plupart des grands systèmes hospitaliers efficaces utilisent de l’oxygène liquide livré qui peut être stocké dans de grands réservoirs sur place, mais cela nécessite une industrie développée. Voici une comparaison des coûts des solutions existantes :
| Type | Philipps M10 | HVO 120 | 180 LOx Delivery | Péruvien 25m3 PSA |
| Litres par jour | 14,400L | 172,800L | 154,980L | 600,000L |
| Prix d’achat | 1,500$ | 45,000$ | 175$ par livraison | 300,000 |
| Coût de production de 100 M Litres O2 en 200 jours |
52,083 | 130,208 | 112$,917 | 250 000$ |
Les concentrateurs personnels offrent étonnamment le meilleur prix par litre d’oxygène généré. Ils sont déjà utilisés en urgence dans les hôpitaux, mais il reste à voir quelle sera l’efficacité de ces machines dans un environnement réel où de nombreux patients ont besoin d’oxygène simultanément. L’OMS prévient que les concentrateurs personnels ont des problèmes de maintenance et de rendement.
Solutions en cours
La question de la génération d’oxygène existe depuis au moins mars 2020 ; les solutions ont été multiples mais des pénuries potentiellement catastrophiques sont toujours constatées, notamment dans les pays en développement. Il y a 3 voies principales pour résoudre le problème, et elles devront probablement être employées simultanément. Deux d’entre elles sont à l’échelle industrielle (ce qui signifie qu’elles nécessitent d’importantes ressources financières pour leur mise en œuvre), l’une d’entre elles est à l’échelle locale et peut être adoptée par le mouvement maker.
Divertir la production existante d’oxygène liquide (cryogénique)
- Pour : Immédiatement applicable, plus grande échelle de production
- Inconvénients : Nécessite une infrastructure existante et coûteuse, requiert une coopération de l’industrie
Avec une technologie avancée, il est possible de générer de l’oxygène liquide à -183°C, ce qui permet un transport beaucoup plus rapide mais augmente fortement les besoins de maintenance et les exigences d’ingénieurs hautement qualifiés, ainsi que l’infrastructure de refroidissement. Les usines d’oxygène liquide représentent un gros investissement financier et nécessitent une construction importante ; une usine cryogénique de taille moyenne peut coûter 60 millions de dollars à mettre en place.
Donc, une solution viable à plus court terme pendant COVID-19 est de détourner les capacités de production existantes vers le secteur médical.
Il est important de noter que la pénurie d’oxygène n’est pas seulement un « problème de monde en développement, selon le PDG de Novair : « Nous constatons que l’approvisionnement en oxygène devient un sujet de préoccupation générale. Dans les pays développés, malgré les grandes capacités existantes, le système d’approvisionnement en oxygène liquide et en bouteilles a atteint ses limites. On nous informe qu’il y a un manque d’oxygène médical dans certains endroits, et on nous demande de fournir des générateurs d’oxygène aux hôpitaux pour soutenir la source d’oxygène existante. »
Bien que ce LOx soit destiné à des fins industrielles, son haut niveau de pureté le rend susceptible d’être utilisable dans un contexte médical ; de nombreuses usines industrielles de LOx dans le monde se sont engagées à réserver 10 à 30 % de la production à des fins de lutte contre le COVID.
En termes d’aide internationale à grande échelle, une méthode pourrait être d’acheter du LOx en vrac et de l’expédier aux pays dans le besoin – ce qui se fait déjà dans une certaine mesure.
Achat et installation d’usines de PSA
- Avantages : Peut être déployé en quelques semaines, fonctionne à l’échelle
- Contre : Investissement coûteux dans de nouveaux équipements, nécessite des ambitions d’infrastructure post-COVID, uniquement réalisable pour les villes
L’absorption à pression alternée est le procédé le plus flexible pour produire de l’oxygène de qualité médicale. Ces usines peuvent être achetées et déployées en quelques semaines et signifient un investissement continu dans l’infrastructure de l’oxygène. De multiples gouvernements dans le monde ont investi à hauteur de 5 à 20 millions de dollars pour étendre leur capacité de production d’oxygène de cette manière, avec le raisonnement que même une fois que le COVID aura été traité, ces machines aideront à combattre la pneumonie et d’autres maladies respiratoires qui étaient insuffisamment approvisionnées en oxygène avant le début de la pandémie.
Une usine PSA de taille moyenne produit entre 2-190m3 d’oxygène par heure (soit 48-4 500m3/jour) et pèse environ 1,5-20 tonnes chacune. Par exemple, une usine PSA péruvienne achetée pour lutter contre la pénurie de COVID produit 25m3/heure, et a coûté environ 300 000 $ pour l’achat et l’installation. Des machines HVO (High Volume Oxygen) plus petites coûtent 45 000 dollars par unité, 450 dollars par mois en électricité et maintenance, et peuvent produire 120 litres par minute. Le délai d’installation d’un PSA monté sur patins est maintenant descendu à près de 2 semaines dans les pays développés.
Achat ou production locale de concentrateurs d’oxygène personnels
- Avantages : Moyen le plus abordable de générer de l’oxygène, fonctionne dans les environnements ruraux, peut être construit localement en quelques jours, solutions open source existantes, solution palliative viable
- Inconvénients : efficacité inconnue à l’échelle, problèmes possibles de pression et de maintenance dans le déploiement
Les concentrateurs d’oxygène personnels sont des unités semi-mobiles qui peuvent générer jusqu’à 15 litres par minute ; suffisamment pour un patient sévère, mais au moins deux unités parallèles seraient nécessaires pour alimenter un patient critique qui a besoin d’une moyenne de 30 litres par minute.
Malgré le fait qu’ils soient la solution à plus petite échelle, les concentrateurs personnels offrent étonnamment le meilleur prix par litre d’oxygène généré à court terme selon notre analyse ci-dessus. Ils sont déjà utilisés en urgence dans les hôpitaux, mais il reste à voir quelle sera l’efficacité de ces machines dans un environnement réel où de nombreux patients ont besoin d’oxygène simultanément. L’OMS prévient que les concentrateurs personnels présentent des problèmes de maintenance et de rendement. Alors que les unités sont disponibles dans le commerce pour environ 1 500 $ pour une machine de 10 litres par minute, de multiples projets open source sont en cours.
La solution à faible coût actuellement la plus prometteuse est OxiKit, un concentrateur d’oxygène Open Source DIY qui peut potentiellement générer 15L/minute. Des tests et des conceptions connexes sont en cours par de multiples groupes, dont COSMIC Medical au Canada.
Ce que les makers peuvent faire
L’avenir est incertain. Ce que nous savons, c’est que le problème persistera probablement bien au-delà de 2021 si la pandémie continue à suivre son cours actuel. Les makers peuvent s’engager de la manière suivante pour aider à créer un palliatif à la question jusqu’à ce que les gouvernements et les ONG aient abordé le problème à une échelle industrielle.