Les nouvelles techniques et les procédés industriels émettent des infrasons ou des ultrasons (éoliennes, pompes à chaleur, systèmes de nettoyage à ultrasons…), alors que le mécanisme de perception des sons hors de la gamme d’audition n'est actuellement pas bien compris. Les fabricants et les exploitants de ces installations ont besoin que les règlements sur les émissions de bruit soient bien fondés et ne soient pas inutilement restrictifs : il est donc nécessaire de définir des critères rationnels étayés pour prévenir les risques liés à ces sons.

Objectifs

Comprendre la perception humaine des sons non-audibles 

Définir la structure métrologique nécessaire pour appliquer des critères de sécurité basés sur des seuils de perception sonore

Fournir la traçabilité aux étalons nationaux par le développement d’un simulateur d’oreille universel permettant de simuler l’impédance de l’oreille humaine aussi bien pour les adultes que pour les enfants.

Résumé et premiers résultats

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Prototypes de simulateurs d'oreille néonatal
Prototypes de simulateurs d’oreille néonatal (photo projet Ears)

Ce n'est que lorsque l'infrastructure métrologique avec des étalons de référence et des méthodes d'étalonnage des appareils de mesure seront mis en œuvre qu’il sera possible de quantifier les effets néfastes des ultrasons et infrasons. Dès lors il sera possible de définir des critères pour limiter l'exposition et protéger la population.

Dans ce projet, l’activité scientifique du LNE a été plus particulièrement axée sur la conception d’un simulateur d’oreille universel. Les premiers travaux ont consistées à établir un cahier des charges en accord avec les besoins des utilisateurs, à développer une méthodologie de conception afin d’en faire ressortir les paramètres clés et à réunir les informations nécessaires à cette conception à travers une large étude bibliographique. Compte tenu des résultats de l’étude bibliographique, cinq groupes d’âge ont pu être établis, à savoir : nouveau-nés, 1-3 mois, 3-6 mois, 3-24 mois, 2-7 ans et adultes.

Image
Vue CAO en coupe d'un simulateur d'orielle pour nouveaux-nés

Suite à l’accomplissement de cette première tâche, le dimensionnement des simulateurs d’oreille pour chacun des cinq groupes d’âge a été effectué Cette tâche a été accomplie par modélisation acoustique aussi bien analytique que numérique.

Pour des raisons de coût, seul le prototype pour le groupe des nouveau-nés a été fabriqué. La qualification des prototypes a été effectuée en parallèle par 4 laboratoires nationaux de métrologie, dont le LNE. Cette qualification a consisté principalement à mesurer l’impédance acoustique de transfert du simulateur (ratio entre le débit d’entrée et la pression acoustique sur le microphone du simulateur) et de la comparer à celle calculée par le LNE dans la phase de conception. Les résultats de cette qualification montrent des mesures en bonne adéquation avec la courbe théorique dans une large gamme de fréquence, exceptée aux hautes fréquences (au-delà de 6 kHz).

 

Site du projet :

http://www.ptb.de/emrp/ears-project.html

Impacts scientifiques et industriels

  • Contribuer à de nouvelles orientations pour la réglementation sur les risques pour la santé posés par les sons non-audibles
  • Fournir des données pour la normalisation dans des seuils auditifs et sur les simulateurs d’oreilles (ISO TC43 WG1 et IEC TC29 WG21)
  • Fournir la traçabilité et des bonnes pratiques pour les utilisateurs (audiologistes)

Publications et communications

LAVERGNE T., RODRIGUES D., NEIMANNS V., OLSEN E. S. et BARHAM R., “Universal ear simulator: Specifications and artificial ear canal design”, Internoise 2013, Innsbruck, Autriche, 15-18 Septembre 2013.

RODRIGUES D., LAVERGNE T., FEDTKE T., OLSEN E. S., BARHAM R. et DUROCHER J.-N., “Methodology of designing an ear simulator”, Internoise 2013, Innsbruck, Autriche, 15-18 Septembre 2013.

RODRIGUES D., LAVERGNE T., OLSEN E.S., FEDTKE T., BARHAM R. et DUROCHER J.-N., “Methodology of Designing an Occluded Ear Simulator”, Acta Acustica united with Acustica, 101, 5, 2015, 1007-1015, DOI: 10.3813/AAA.918895.

RODRIGUES D., LAVERGNE T., OLSEN E.S., BARHAM R., FEDTKE T. et  DUROCHER J.-N., “Design of a new ear simulator”, Inter-Noise 2015, San Francisco, États-Unis d'Amérique, 9-12 août 2015.

 

Partenaires

Laboratoires nationaux de métrologie :

  • PTB (coordinateur du projet),
  • NPL,
  • LNE,
  • DFM,
  • Tubitak UME,
  • BKSV-DPLA

Le projet européen, coordonné par le SFI-Davos (Suisse), a pour objectif le développement de méthodes de mesure de l’éclairement spectral solaire direct, diffus et global entre 290 nm et 400 nm avec une incertitude de 1 % à 2 % et de nouveaux instruments de mesure rapide de l’éclairement spectral (spectroradiomètres UV à TF) pour prendre en compte les variations rapides des conditions atmosphériques (durée de la mesure inférieure à 10 s et répétition inférieure à 1 min).

Objectifs

Amélioration des mesures du rayonnement UV du spectre solaire arrivant au sol ;

Estimation des incertitudes des spectroradiomètres à matrice ;

Développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite.

Résumé et Premiers Résultats

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ENV-RO-01_Fig1

Les travaux sont répartis entre 11 partenaires et sont organisés en 4 lots de tâches techniques :

  1. Réduire la chaîne de traçabilité des mesures d’éclairement spectrique pour le spectre solaire UV afin de réduire les incertitudes de mesure avec les spectroradiomètres ;
  2. Améliorer les techniques de caractérisation du rayonnement solaire avec des spectroradiomètres à matrice ;
  3. Améliorer le spectroradiomètre portable de référence UV « QASUME » ;
  4. Étude de nouvelles technologies utilisables pour améliorer les incertitudes de mesure.

Le projet a débuté le 1er août 2011 pour une durée de 3 ans. Le LCM est impliqué dans les lots 2 et 4 pour l’estimation des incertitudes des spectroradiomètres à matrice et le développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite.

Les causes d’incertitudes sur les mesures réalisées avec des spectroradiomètres à matrice ont été inventoriées et présentées aux partenaires du projet en 2012. En 2013, un logiciel a été réalisé sous MATLAB pour évaluer les incertitudes de mesure du rayonnement solaire selon la méthode de Monte-Carlo et le guide d’utilisation a été rédigé. La donnée de sortie est la fonction de distribution de probabilité (Probability Distribution Function, PDF) de l’éclairement solaire à quelques longueurs d’onde à partir de laquelle on peut déterminer l’éclairement solaire et l’incertitude associée correspondant respectivement à la valeur moyenne et l’écart type de la distribution PDF.

Le développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite s’effectue en collaboration avec Jobin Yvon. Le spectroradiomètre a été caractérisé concernant la lumière parasite et le caisson thermalisé a été testé du point de vue mécanique et thermique. Pour réduire le taux de lumière parasite le LCM propose de présélectionner des bandes spectrales à l’aide de filtres spécifiques. Les optiques d’entrée incluant les filtres et les obturateurs ont été réalisés. Le spectroradiomètre est de type VS140 de chez Jobin Yvon. Le principe du spectroradiomètre modifié est indiqué sur la figure 1.

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ENV-RO-01_Fig2
Schéma de principe du spectroradiomètre

 

Différentes configurations de filtres (épaisseur et type de filtre) ont été caractérisées du point de vue de la transmission. Puis des mesures ont été faites pour évaluer l’influence de la lumière parasite sur l’ensemble du système modifié.

 

Site du projet:

http://projects.pmodwrc.ch/env03/

Impacts scientifiques et industriels

Amélioration de la fiabilité des mesures (traçabilité et incertitudes) du rayonnement UV dont les valeurs entrent dans de nombreux modèles de prédictions et des programmes de prévention (climat, environnement, santé).

Publications et communications

DUBARD J. et  ETIENNE R., “Monte Carlo uncertainty evaluation of UV solar spectral irradiance measurements using array spectroradiometer”, 7th Workshop on Ultraviolet radiation measurements (UVNET), Davos, Suisse, 27-28 août 2013.

DUBARD J., VALIN T., ETIENNE R. et EBRARD G., “EMRP-ENV03: Traceability for surface  spectral solar ultraviolet radiation”, 16e Congrès International de Métrologie, Paris, France, 7-10 octobre 2013, DOI: 10.1051/METROLOGY/201318001.

Partenaires

Partenaires du JRP-ENV03 :

  • SFI Davos (Switzerland),
  • EJPD/METAS (Switzerland),
  • PTB (Germany),
  • VSL (Netherlands),
  • CMI (Czech Republic),
  • LNE (France),
  • INRIM (Italy),
  • Aalto (Finland),
  • CMS (Austria),
  • Kipp&Zonen (Netherlands),
  • IMU (Austria).

Aux échelles des micro- et nano-débits de liquides, l'étalonnage revêt un caractère critique, notamment pour des applications telles que le dosage volumétrique et l'administration de médicaments. En particulier, pour des médicaments avec une très courte demi-vie (de l'ordre de la minute), ou pour des médicaments qui requièrent une très faible concentration sanguine pour des raisons de toxicité, tels que les médicaments vasoactifs ou anesthésiants, la quantité exacte de volume administré ainsi que la stabilité du débit sont cruciales.

Objectifs

Mise en place d’une infrastructure pour l'étalonnage des systèmes de délivrance de médicaments pour des débits jusqu'à 10-100 nl/min

Développement d’étalons de transfert pour l’étalonnage des équipements de délivrance de médicaments sur site

Evaluation des performances des dispositifs d'administration de médicaments, de la dépendance aux conditions d'exploitation et des caractéristiques cliniques

Fourniture d’un guide de bonnes pratiques pour la délivrance de médicaments et l’amélioration des services d'étalonnage pour les dispositifs d'administration de médicaments

Résumé et premiers résultats

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Banc de microdébitmétrie liquide du Cetiat
Banc micro débits du CETIAT

Jusqu’en 2012, la traçabilité métrologique sur ces gammes de très faibles débits n'était cependant validée en Europe qu'à partir de 16 l/min.

Les laboratoires nationaux de métrologie LNE-CETIAT, DTI, IPQ, METAS et VSL  ont développé, dans le cadre du projet européen de recherche en métrologie "HLT07 Metrology for Drug Delivery – MeDD", des méthodes primaires d'étalonnage couvrant une gamme de débits de liquide allant de 10 l/h à 10 nl/min. Ces références nationales ont été validées par une comparaison des résultats de mesure obtenus avec un débitmètre massique à effet Coriolis et un pousse-seringue (figure ci-contre). Ces résultats ont permis d'initier la soumission de nouvelles possibilités d’étalonnage (CMC, Calibration and Measurement Capabilities) inédites sur ces gammes de débit.

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Comparison de mesures de débits avec un pousse-seringue
Validation des références nationales développées (comparaison des mesures avec un pousse-seringue)

L'influence de plusieurs paramètres physiques tels que la température, la contre-pression, la viscosité et les pulsations du débit a été étudiée. Il a ainsi été démontré que les débitmètres massiques à effet Coriolis sont moins sensibles aux paramètres physiques étudiés, et constituent donc des débitmètres étalons de transfert adaptés à l'établissement d'une traçabilité métrologique à destination des dispositifs médicaux.

En ce qui concerne les dispositifs de perfusion, plusieurs caractéristiques ont été testées : le délai de démarrage, la stabilité du débit et le temps de réponse à une occlusion, en fonction de la présence d'accessoires tels que des vannes, aiguilles, tubulures, et en fonction de paramètres physiques tels que la température et la viscosité du liquide.

Les résultats obtenus ont montré que les dispositifs de délivrance de médicament par perfusion sont sensibles aux conditions d'utilisation, notamment à faible débit et pour les seringues de plus fort volume. En outre, le délai de démarrage dans certaines conditions (très faibles débits) peut atteindre plusieurs dizaines de minutes.

Tout au long de ce projet, les résultats et connaissances acquises ont été diffusés aux communautés scientifiques et médicales via différents médias. Dans un premier temps, un site internet (www.drugmetrology.com) a été créé, donnant un accès direct et public aux communications liées au projet. Un atelier organisé par le consortium "MeDD" et réunissant des membres des communautés scientifiques et médicales s'est tenu à Utrecht (Pays-Bas) en mai 2015, permettant d'exposer les résultats de ce projet et de débattre autour de la mise en pratique de démarches métrologiques traçables pour les dispositifs de perfusion. Un guide des bonnes pratiques de perfusion a également été rédigé et mis à disposition sur le site du projet.

 

Site internet du projet :

http://www.drugmetrology.com

Impacts scientifiques et industriels

  • Mise en œuvre de références européennes pour la délivrance de médicaments et élaboration d’un guide de bonnes pratiques.
  • Fourniture de données nécessaires à l'évolution des normes concernant les dispositifs de délivrance de médicament par perfusion.

Publications et communications

BATISTA E., FILIPE E., BISSIG H., PETTER H.T., LUCAS P., OGHEARD F. et NIEMANN A.K., “European research project on microflow measurements – MEDD”, 9th International Symposium on Fluid Flow Measurement, Arlington, États-Unis d’Amérique, 14-17 avril 2015.

BISSIG H., PETTER H.T., LUCAS P., BATISTA E., FILIPE E., ALMEIDA N., RIBEIRO L.F., GALA J., MARTINS R., SAVANIER B., OGHEARD F., NIEMANN A.K., LÖTTERS J. et SPARREBOOM W., “Primary standards for measuring flow rates from 100 nl/min to 1 ml/min – gravimetric principle”, Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik, 60, 4, 2015, 301–316, DOI: 10.1515/bmt-2014-0145.

DAVID CH., MELVAD C., BISSIG H. et BATISTA E., “Research interlaboratories comparison for small liquid flow rates (2g/h to 600g/h)”, 16th Flow Measurement Conference (FLOMEKO), Paris, France, 24–26 septembre 2013.

OGHEARD F., BATISTA E., BISSIG H., PETTER H.T., LUCAS P. et NIEMANN A.K., “Metrological assessment of micro flow-meters and drug delivery devices in the scope of the "MeDD" EMRP project”, 17e Congrès international de métrologie, Paris, France, 21-24 septembre 2015, DOI: 10.1051/metrology/20150009004.

LUCAS P., SNIJDER R.A., TIMMERMAN A.M.D.E., BATISTA, E., BISSIG H. et OGHEARD F., “Best Practice Guide”, Version: 13-05-2015.

Partenaires

  • VSL,
  • CETIAT,
  • CMI,
  • DTI,
  • IPQ,
  • METAS,
  • TUBITAK,
  • FH Lubeck,
  • UMC Utrecht

Le bruit des machines ou équipements est une caractéristique technique généralement déclarée en termes de puissance acoustique (niveau de puissance en dB rapporté à une puissance acoustique de référence de 10-12 watt). En Europe, cette déclaration de la puissance est souvent imposée par la réglementation.

Objectifs

Développer une source de référence primaire permettant de disséminer l’unité de puissance acoustique

Résumé et premiers résultats

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Exemple de source sonore de référence utilisée au LNE
Exemple de source sonore de référence

La détermination expérimentale de la puissance est basée sur des mesures de pression acoustique sur des microphones. La puissance acoustique est ensuite évaluée par calcul, sous diverses hypothèses et conditions imparfaitement respectées. L'objectif de ce projet est de développer et caractériser une source sonore étalon primaire puis de la disséminer via des étalons de transfert que deviendront les sources sonores de référence actuellement utilisées.

Source sonore étalon primaire

L’objectif de cette partie est la réalisation d’un étalon primaire du watt acoustique dans l’air. Celui-ci est basé sur un corps solide vibrant (piston) bafflé. La puissance sonore de ce dispositif peut être déterminée à partir de la vitesse de vibration de la surface du corps, mesurée par interférométrie laser, et de plusieurs autres grandeurs comme la pression statique et la température. Les différents candidats à devenir les sources primaires reposent sur deux techniques : un pot électrodynamique ou un « moteur » de haut-parleur. Le pot électrodynamique est une source de vibration couramment utilisée en laboratoire. Celui-ci pilote le mouvement d’un piston métallique. Ce dernier doit avoir autant que possible un mouvement d’ensemble et le moins possible de mouvements parasites, due à son manque de rigidité et à ses modes/fréquences propres en haute fréquence. L’autre méthode consiste à utiliser un « moteur » de haut-parleur qui pilote un piston plus léger. Le guidage du piston dans un mouvement unidirectionnel et libre est difficile à bien réaliser. Dans ce projet, des sources primaires ont été développées par le PTB, le SP, l’INRiM et le TUBITAK UME.

Diffusion de l’unité « watt acoustique aérien »

L'objectif de cette partie est de développer un système pour la diffusion de l’unité watt acoustique en utilisant des étalons de transfert appropriés. Celle-ci a permis d’examiner si les sources sonores de référence aérodynamiques existantes pouvaient servir d’étalon de transfert. La réponse a été positive à condition d’en connaitre la sensibilité aux conditions atmosphériques. L'incertitude de la puissance sonore émise par les étalons de transfert a été déterminée. L'objectif a été que cette incertitude soit seulement légèrement supérieure à l'incertitude de l’étalon primaire. Le LNE a développé un appareil de balayage (appelé « scanning apparatus ») permettant une mesure automatisée de la puissance acoustique obtenue en mesurant la pression acoustique sur une demi-sphère de 2 m de rayon centrée sur une source étalon qui affleure le sol.

Au LNE, contrairement à d’autres partenaires, un seul microphone est utilisé, déplacé sur chaque position par un dispositif automatique, et contrôlé par un logiciel qui gère à la fois l'appareil de balayage et l'acquisition de l'analyseur de signal acoustique. Un premier mouvement est fait le long d'un rail décrivant un arc vertical de 90°. Le deuxième mouvement consiste à déplacer cet arc autour d'un axe vertical pour couvrir toute la surface hémisphérique. Un troisième mouvement déplace le microphone sur le rayon de 1 cm pour évaluer l'intensité par deux étapes.

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"Scanning apparatus" du LNE : vue d'ensemble et détail de la tête de mesure
"Scanning apparatus" du LNE : vue d'ensemble (à gauche) et détail de la tête de mesure (à droite)

Site internet du projet :

http://www.ptb.de/emrp/sib56-home.html

Impacts scientifiques et industriels

  • Mise en œuvre d’une chaîne de traçabilité des mesures de puissances acoustique
  • Rédaction de documents de référence pour l’étalonnage et la mesure de la puissance acoustique
  • Transfert de connaissances via des projets de normes ISO

Publications et communications

CELLARD P., ANDERSSON H., BREZAS S. et WITTSTOCK V., “Automatic sound field sampling mechanisms to disseminate the unit watt in airborne sound”, Proceedings of the INTER-NOISE 2016, 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering,  Towards a Quieter Future, Hambourg, Allemagne, 21 – 24 août 2016, 6757-6761.

BREZAS S. , CELLARD P. , ANDERSSON H. , GUGLIELMONE C. et KIRBAS C., “Dissemination of the unit Watt in airborne sound: aerodynamic reference sound sources as transfer standards”,In: Proceedings of the INTER-NOISE 2016, 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering,  Towards a Quieter Future, Hambourg, Allemagne, 21 – 24 août 2016,  6762-6770.

Partenaires

Laboratoires nationaux de métrologie :

  • PTB (DE),
  • INRIM (IT),
  • SP (SE),
  • TUBITAK (TK)

Depuis quelques années, l'émergence d'un besoin de mesures acoustiques fiables dans le domaine infrasonore se fait ressentir. Ce besoin a été renforcé par le développement du parc éolien ou encore, par le développement d’un réseau de capteurs infrasonores répartis sur le globe dans le but de détecter des phénomènes naturels ou d’origine humaine, en particulier les explosions nucléaires (réseau de surveillance mondial initié par l’organisation du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires).

Objectifs

Développement d’une méthode d’étalonnage des microphones dans les infrasons (depuis une fraction de Hz jusqu’à 20 Hz)

Résumé et premiers résultats

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Microbaromètre MB2000 développé par le CEA
Microbaromètre MB2000 développé par le CEA

L’impact acoustique des activités humaines courantes, tel que le transport, routier commence à être examiné sérieusement dans la gamme de fréquence des infrasons. Sur le plan physiologique, en dessous de 20 Hz, la sensibilité de l’oreille humaine décroît très rapidement à mesure que la fréquence diminue. Pour autant, il est avéré que l’oreille humaine est capable de percevoir les sons dès quelques Hz, si tant est que leur intensité soit suffisamment élevée. Bien qu’il n’y ait pas encore de preuves tangibles d’effets physiologiques ou psychologiques des infrasons, plusieurs troubles comme la fatigue, des symptômes dépressifs ou anxieux, de l’irritabilité, des maux de tête, des troubles de la vigilance ou de l’équilibre et des nausées ont été décrits. Certaines de ces réactions pourraient être dues à la mise en vibration de l’oreille interne mais aussi de certains organes digestifs, cardio-vasculaires, respiratoires ou bien des globes oculaires.

Le besoin métrologique dans ce domaine commence à être considéré sérieusement par les instances nationales et internationales. La mise en place d'un groupe de travail au sein du S30J de l'Afnor en 2009 ainsi que l'organisation d'une comparaison clé sur ce domaine par le BIPM (CCAUV-A-K2 publié en 2009) confirment l’importance croissante des infrasons. Néanmoins, malgré ces études des avancés aussi bien technique que théorique sont encore nécessaires pour arriver à une fiabilité des mesures acoustiques dans le domaine des infrasons.

Le LNE a entrepris la réalisation d’un pistonphone laser. Ce type d’instrument permet, en mesurant le mouvement d’un piston dans une cavité au moyen d’un laser, de déterminer la pression en connaissant simplement l’impédance acoustique de cette cavité. L’intérêt sera d’obtenir des niveaux plus élevés que par la méthode de la réciprocité et par conséquent un meilleur rapport signal/bruit. Le système sera basé sur le principe développé par le département métrologie des pressions statiques du LNE pour la réalisation du fluxmètre gazeux de référence.

Impacts scientifiques et industriels

  • Meilleure fiabilité des mesures acoustiques dans le domaine des infrasons
  • Ce projet permettra en particulier d’apporter la traçabilité nécessaire au raccordement des microbaromètres de la série MB2000 développés par le CEA et reconnus par la communauté scientifique pour leur robustesse et leur fiabilité

Partenaires

  • CEA DAM,
  • Université du Maine

L’ordonnance du 13 janvier 2010 relative à la biologie médicale rend obligatoire l’accréditation par le COFRAC de tous les laboratoires de biologie médicale (publics comme privés) selon la norme ISO EN 15189 et ce d’ici le 1er novembre 2016. Ce référentiel implique l’utilisation de procédures validées et dont les résultats doivent être raccordés à un étalon national par le biais d’une chaîne de traçabilité métrologique ininterrompue.

Objectifs

Développer et valider des méthodes de référence d’ordre supérieur pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie clinique

Développer un matériau de référence certifié (MRC)

Résumé et premiers résultats

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HEA-QM-01_Fig1

Il apparaît que contrairement aux autres domaines de la mesure, les résultats des analyses de biologie médicale ne sont à ce jour pas toujours traçables à des références reconnues internationalement (comme par exemple des matériaux de référence certifiés ou des méthodes de référence) et que les incertitudes de mesure ne sont pas systématiquement évaluées.

Cette situation est en contradiction non seulement avec la norme ISO EN 15189, mais également avec d’autres référentiels internationaux, comme notamment la Directive Européenne 98/79/CE qui exige que les produits de diagnostic in vitro soient traçables au Système International d’unités (SI) via des étalons de mesure d'ordre métrologique supérieur. Il est donc nécessaire de disposer de méthodes de référence pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie médicale.

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Illustration des erreurs possibles d'interprétation d'un essai d'aptitude si la valeur consensuelle (moyenne de l'ensemble des participants) est biaisée : importance des valeurs de référence !
Illustration des erreurs possibles d'interprétation d'un essai d'aptitude si la valeur consensuelle (moyenne de l'ensemble des participants) est biaisée : importance des valeurs de référence !

Le LNE a donc initié depuis 2006 des travaux dans le domaine biomédical afin d’évaluer et d’améliorer la fiabilité des analyses de biologie médicale. Ces travaux ont pour objectif d’assurer la traçabilité métrologique des résultats à des références reconnues internationalement et permettre la comparabilité des résultats dans le temps et d’un laboratoire à l’autre, même s’ils utilisent des techniques différentes. Ils permettent également d’évaluer les performances des méthodes utilisées en routine dans les laboratoires de biologie médicale et d’établir des recommandations concernant les méthodes devant être privilégiées.

Pour cela, la première étape consiste à développer et valider des méthodes de référence d’ordre supérieur pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie clinique. Compte tenu du nombre considérable de paramètres mesurés en routine en biologie clinique, il a été indispensable de prioriser les biomarqueurs pour lesquels une méthode de référence devait être développée. Ce choix a été effectué en concertation avec les autorités de santé publique (ANSM, HAS, DGS). Les biomarqueurs prioritaires retenus sont ceux associés aux principales pathologies humaines (maladies cardiovasculaires, diabète, …), afin de maximiser l’impact des travaux réalisés.

Ce projet a donc ciblé les activités relatives au dosage des biomarqueurs suivants : glucose, créatinine, hémoglobine glyquée HbA1c, cholestérol total, cholestérol-LDL, cholestérol-HDL et triglycérides, ainsi que le développement d’un matériau de référence certifié (MRC) pour l’ensemble de ces différents paramètres, à l’exception de l’HbA1c. La mise en œuvre de la Dilution Isotopique a permis d’assurer la traçabilité métrologique à la mole, unité du SI pour la quantité de matière.

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HEA-QM-01_Fig3
Bilan d'incertitudes de la méthode primaire développée pour le dosage du cholestérol total par DI-GC/MS

Impacts scientifiques et industriels

  • Evaluation des performances des méthodes utilisées en routine dans les Laboratoires de Biologie Médicale (LBM)
  • Amélioration des données de biologie clinique
  • Fourniture de valeurs de référence dans le cadre de la réalisation d’essais d’aptitude à destination des LBM (échantillons de contrôle de la qualité de l’ANSM, …)
  • Certification d’un matériau de référence
  • Evaluation de la justesse des lecteurs de glycémie
  • Evaluation de la commutabilité de matériaux d'étalonnage industriels et d’échantillons de contrôle qualité
  • Evaluation de la qualité des lots d'étalons fournis par les fabricants
  • Transfert des méthodes développées vers les équipes de recherche de CHU

Publications et communications

DELATOUR ET AL, « Development of reference methods for the measurement of biomarkers in France », Ann. Biol. Clin., 68, 6, 2010, 698-699

DELATOUR V., LALÈRE B., DUMONT G., HATTCHOUEL J.-M., FROISSART M., DE GRAEVE J. et VASLIN-REIMANN S., “Development of a reference method for creatinine measurement to improve diagnosis and follow-up of kidney disease”, Revue française de métrologie, 26, 2011, 21-31, DOI: 10.1051/rfm/2011008.

PIERONI L., DELANEY P., BOUTTEN A., BARGNOUX A.-S., ROZET E., DELATOUR V., CARLIER M.-C., HANSER A.-M., CAVALIER E., FROISSART M. et CRISTOL J.-P., “A multicentric evaluation of IDMS-traceable creatinine enzymatic assays”, Clinica Chimica Acta, 412, 23-24, 2011, 2070-2075, DOI: 10.1016/j.cca.2011.07.012.

DELATOUR V., LALÈRE B., SAINT-ALBIN K., PEIGNAUX M., HATTCHOUEL J.-M., DUMONT G., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S. et GILLERY P., “Continuous improvement of medical test reliability using reference methods and matrix-corrected target values in proficiency testing schemes: Application to glucose assay”, Clinica Chimica Acta, 413, 23-24, 2012, 1872-1878, DOI: 10.1016/j.cca.2012.07.016.

HEUILLET M., LALÈRE B., PEIGNAUX M., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S., PAIS DE BARROS J., GAMBERT P., DUVILLARD L et DELATOUR V., “Validation of a reference method for total cholesterol measurement in human serum and assignation of reference values to proficiency testing samples”, Clinical Biochemistry, 46, 4–5, 2012, 359-364, DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2012.11.026.

BOUTTEN A., BARGNOUX A.S., CARLIER M.C., DELANAYE P., ROZET E., DELATOUR V., CAVALIER E., HANSER A.M., FROISSART M., CRISTOL J.-P. et PIÉRONI L., “Enzymatic but not compensated Jaffe methods reach the desirable specifications of NKDEP at normal levels of creatinine. Results of the French multicentric evaluation”, Clinica Chimica Acta, 419, 2013, 132-135, DOI: 10.1016/j.cca.2013.01.021

FLAMANT M., VIDAL-PETIOT E., METZGER M., HAYMANN J.P., LETAVERNIER E., DELATOUR V., KARRAS A., THERVET E., BOFFA J.J., HOUILLIER P., STENGEL B., VRTOVSNIK F. et FROISSART M., “Performance of GFR Estimating Equations in African Europeans: Basis for a Lower Race-Ethnicity Factor Than in African Americans”, Am. J. of Kidney Disease, 62, 1, 2013, 182-184, DOI: 10.1053/j.ajkd.2013.03.015.

 

DELATOUR V., LALÈRE B. et VASLIN-REIMANN S., “Development of reference methods for the measurement of biomarkers”, IMEKO TC Conference (TC8 - TC23 - TC24) “Metrological traceability in the globalisation age”, Paris, France, 6-8 avril 2011.

HEUILLET M., DELATOUR V., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., “How to perform traceable measurements for biomarkers quantification”, 15e Congrès international de métrologie, Paris, France, 3-6 octobre 2011.

DELATOUR V., HEUILLET M., PEIGNAUX M., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., « Apport de la spectrométrie de masse et des méthodes de référence pour le contrôle qualité en biologique clinique », 29es Journées Françaises de Spectrométrie de Masse, Orléans, France, 17–20 septembre 2012.

HEUILLET M., DELATOUR V., PEIGNAUX M., LALERE B., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S. et DUVILLARD L., « Développement et validation d’une méthode de référence pour le dosage du cholestérol total et application au contrôle qualité en biologie clinique », 29es Journées Françaises de Spectrométrie de Masse, Orléans, France, 17–20 septembre 2012.

VASLIN-REIMANN S. et DELATOUR V., « Matériaux de Référence Certifiés pour la biologie médicale : une denrée rare en France ? », Journée Technique du Collège Français de Métrologie, Paris, France, 27 novembre 2012.

HEUILLET M., PEIGNAUX M., LALERE B., VASLIN-REIMANN S., DUVILLARD L. et DELATOUR V., “A commutability study coupled to a multicentric analysis of accuracy of total cholesterol, LDL-C, HDL-C and total glycerides assays”, Annual meeting of American Association for Clinical Chemistry, Houston, Etats-Unis, 28 juill.–1er août 2013.

DELATOUR V., HEUILLET M., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., « Production d’un matériau de référence certifié pour le glucose, la créatinine et le cholesterol total et organisation d’une étude de commutabilité couplée à une étude multicentrique de la justesse des dosages de routine », 16e Congrès international de métrologie, Paris, France, 7–10 octobre 2013.

Partenaires

  • CHU de Dijon (Cholestérol),
  • CHU de Reims (HbA1c, Glucose),
  • CHU Montpellier (Créatinine)

En France, le nombre d’individus atteints par la maladie d’Alzheimer est estimé à 860 000, ce qui fait de cette affection un véritable enjeu de santé publique. Cette pathologie est cependant encore mal diagnostiquée, la maladie étant la plupart du temps réellement identifiée au stade de démence, parfois avancée. Cela retarde de façon préjudiciable la prise en charge médicale et médico-sociale des patients et la possibilité de pouvoir disposer d’un diagnostic précoce s’avère donc cruciale.

Objectifs

Développer des méthodes de référence en spectrométrie de masse spécifiques et suffisamment sensibles pour permettre de quantifier des concentrations très basses de biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer

Certifier des étalons de référence et des matériaux de référence avec les méthodes de référence développées

Résumé et résultats

Image
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Actuellement trois marqueurs biologiques du liquide céphalo-rachidien (LCR) semblent pouvoir permettre cette avancée : la diminution de la concentration des peptides Bêta Amyloïdes (1-40 et 1-42), l’augmentation de la concentration de la protéine t-Tau (plus particulièrement d’une forme phosphorylée de cette dernière : P-Tau(181)) et l’hepcidine, marqueur secondaire. Du point de vue analytique, ces marqueurs sont détectables dans le LCR par des techniques immunologiques, de type tests ELISA. Il faut cependant utiliser une combinaison de plusieurs de ces immuno-dosages pour couvrir les différents biomarqueurs nécessaires au diagnostic a minima de la maladie. En parallèle, depuis quelques années, des approches de spectrométrie de masse ciblées et quantitatives permettant de s’affranchir d’outils immunologiques sont développées. Leur utilité ne se résume pas aux méthodes de référence : elles disposent d’un très fort potentiel en biologie clinique où elles sont considérées comme une technologie d’avenir utilisable en routine. Un apport métrologique est nécessaire pour évaluer la justesse des méthodes utilisées en routine, raccorder les résultats aux unités du Système International, les rendre comparables d’une plate-forme analytique à une autre et in fine fournir des mesures plus fiables.

Le LNE est actuellement reconnu pour la fourniture des valeurs de référence dans le cadre d’essais d’aptitude visant à évaluer la qualité des analyses de biologie médicale reposant sur le dosage de petites molécules. Toutefois, la quantification absolue de protéines présente une complexité nettement supérieure en raison de leur grande taille et de leur importante hétérogénéité structurale, qui rend difficile la définition du mesurande (car la protéine tau totale est en réalité constituée d’un mélange de protéines) et la caractérisation métrologique de la pureté des étalons primaires utilisés pour raccorder les résultats au système international d’unités.

L'objectif de ce projet consiste à développer, optimiser et valider des méthodes de référence en spectrométrie de masse ciblée pour la quantification absolue des biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer. Cela concerne en particulier le dosage dans le LCR des formes 1-38, 1-40 et 1-42 des peptides bêta Amyloïdes, de la protéine Tau (Tau totale et P-Tau(181)), mais également d’un marqueur secondaire, l’Hepcidine. Ces thématiques ont fait l’objet d’un travail de thèse, soutenue en 2016.

Les principaux enjeux de ce projet résident dans la capacité à développer des méthodes spécifiques, sensibles pour permettre de quantifier de manière absolue des concentrations très faibles de biomarqueurs (quelques centaines de pg/mL) dans des milieux biologiques complexes.

Une fois ces méthodes de référence validées, elles ont pour vocation d’être utilisées pour certifier :

  • Des étalons internationaux permettant de standardiser et rendre traçables aux SI les résultats obtenus avec les méthodes immunologiques utilisées en routine ;
  • Des matériaux de référence permettant d’évaluer la justesse des méthodes de routine avant et après standardisation.

Les premières méthodes d’analyse des peptides β amyloïdes par spectrométrie de masse utilisaient les techniques MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) et SELDI (Surface Enhanced Laser Desorption Ionization) couplées à un ToF (Time of Flight). Ensuite, des méthodes LC-MS/MS (Liquid Chromatography coupled to tandem Mass Spectrometry) ont été développées pour la quantification absolue des peptides β amyloïdes Aβ 1-40 et 1-42 principalement. Deux d’entre elles utilisant des protocoles similaires ont été reconnues par le Joint Committee for Traceability in Laboratory Medecine (JCTLM) comme méthodes de référence pour la quantification absolue du peptide Aβ 1-42 par LC-MS/MS. La quantification est basée sur la dilution isotopique par ajout d’un étalon Aβ 1-42 marqué isotopiquement.

Concernant la protéine Tau, une méthode de dosage de 7 peptides de la protéine dans le LCR a été développée par LC-MS/MS sur un spectromètre de masse de type triple quadripôle. Bien que ces 7 peptides ne permettent pas de discriminer les différentes isoformes de la protéine Tau, la méthode a été validée.

Finalement, cette étude a permis d’avancer sur la caractérisation de l’étalon hepcidine dans le but de produire un matériau de référence certifié améliorant la comparabilité du dosage de l’hepcidine.

Impacts scientifiques et industriels

  • Développement de la méthode de dosage de peptides Bêta Amyloïdes par LC-MS/MS.
  • Dosage de la protéine Tau par extraction SPE de la protéine dans le LCR puis digestion par voie enzymatique et quantification par µLC-MS/MS.
  • Travaux en cours sur la caractérisation de deux étalons d’hepcidine issus de synthèses différentes par LC-hrMS et mobilité ionique.
  • Intégration du Working Group IFCC CSF par le LNE

Publications et communications

ELABY C., VIALARET J., BROS P., GABELLE A., LEFEBVRE T., PUY H., HIRTZ C., LEHMANN S., “Clinical measurement of Hepcidin-25 in human serum: Is quantitative mass spectrometry up to the job?”, EuPA Open Proteomics, 3, 2014, 60-67.

BROS P., DELATOUR V., VIALARET J., LALERE B., BARTHELEMY N., GABELLE A., LEHMANN S. et HIRTZ C., “Quantitative detection of amyloidbetapeptides by mass spectrometry: state of the art and clinical applications”, Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), 53, 10, 2015, 1483-1493, DOI: 10.1515/cclm-2015-099.

BROS P., VIALARET J., BARTHELEMY N., DELATOUR V., GABELLE A., LEHMANN S. et HIRTZ C., “Antibody-free quantification of seven tau peptides in human CSF using targeted mass spectrometry”, Frontiers in Neuroscience, 9, 2015, 302, 1-8, DOI: 10.3389/fnins.2015.00302.

LEHMANN S., BREDE C., LESCUYER P., COCHO JA., VIALARET J., BROS P., DELATOUR V. et HIRTZ C., “Clinical mass spectrometry proteomics (cMSP) for medical laboratory: What does the future hold?”, Clin Chim Acta,  S0009-8981(16), juin 2016, pii: 30246-7, DOI: 10.1016/j.cca.2016.06.001.

DELABY C., BROS P., VIALARET J., MOULINIER A., DELATOUR V., GABELLE A., LEHMANN S., HIRTZ C., “Quantification of hepcidin-25 in human cerebrospinal fluid using” LC-MS/MS Bioanalysis, 9(4), 2017, 337-347, DOI: 10.4155/bio-2016-0240.

BROS P., JOSEPHS RD., STOPPACHER N., CAZALS G., LEHMANN S., HIRTZ C., WIELGOSZ RI., DELATOUR V.,  “Impurity determination for hepcidin by liquid chromatography-high resolution and ion mobility mass spectrometry for the value assignment of candidate primary calibrators”, Anal Bioanal Chem, 409, avril 2017, 2559-2567,  DOI: 10.1007/s00216-017-0202-4.

BRINET D., GAIE-LEVREL F., DELATOUR V., KAFFY J., ONGERI S. et TAVERNA M., “In vitro monitoring of amyloid β-peptide oligomerization by Electrospray differential mobility analysis: An alternative tool to evaluate Alzheimer's disease drug candidates”, Talanta, 165, 2017, 84-91, DOI: 10.1016/j.talanta.2016.12.011.

DIEPEVEEN L.E., LAARAKKERS C.M.M., MARTOS G., PAWLAK M.E., UĞUZ F.F., VERBERNE KESA, VAN SWELM R.P.L., KLAVER S, DE HAAN A.F.J., PITTS K.R., BANSAL S.S., ABBAS I.M., FILLET M., LEFEBVRE T., GEURTS-MOESPOT A.J., GIRELLI D., CASTAGNA A., HERKERT M., ITKONEN O., OLBINA G., TOMOSUGI N., WESTERMAN M.E., DELATOUR V., WEYKAMP C.W., SWINKELS D.W., « Provisional standardization of hepcidin assays: creating a traceability chain with a primary reference material, candidate reference method and a commutable secondary reference material », Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, 2018 doi: 10.1515/cclm-2018-0783

DELATOUR V., PEIGNAUX M., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., « Caractérisation et quantification de peptides pour la protéo-mique quantitative », Adebiotech, Paris, France, 3 octobre 2012.

BROS P., BARTHELEMY N., VIALARET J., BECHER F., GABELLE A., DELATOUR V., LEHMANN S. et HIRTZ C., Comparison of PRM and SRM analytical performances for the quantification of Tau protein in human C”, SMAP 2014 : Congrès français de Spectrométrie de Masse et d’Analyse Protéomique, Lyon, France, juin 2014.

BROS P., DELABY C., DELATOUR V., MOULINIER A., CAZALS G., VIALARET J., LEHMANN S. et HIRTZ C., “Towards a reference method for absolute quantification of hepcidin-25 in serum by mass spectrometry”, Congrès Euromedlab/IFCC, Paris, France, 21-25 juin 2015.

Partenaires

  • Laboratoire de Biochimie et de Protéomique Clinique de l’IRB (Institut de Recherches en Biothérapie, Montpellier),
  • CEA Saclay,
  • faculté de pharmacie de Chatenay Malabry,
  • LGC (UK),
  • PTB (DE),
  • SP (SE),
  • INIRM (IT),
  • Hôpital universitaire de la Charité de Berlin (DE),
  • University College London (UK),
  • CHU Montpellier,
  • Université d'East Anglia,
  • PPD,
  • ADx NeuroSciences,
  • Roche,
  • Fujirebio,
  • Eurobio,
  • Eurogentec