En vie et avec des membres flambant neufs : La pensée créative et les imprimantes 3D sauvent la vie d’animaux sauvages blessés

Lorsque les soignants du parc ornithologique de Walsrode, en Allemagne, sont entrés dans la volière un matin, ils ont eu le cœur brisé en découvrant qu’un messager sagittaire appelé Söckchen, ou “petite chaussette”, s’était cassé la patte dans son enclos. Ils supposent que quelque chose a dû l’effrayer et la faire sauter, ce qui a provoqué une grave fracture.

Les messagers sagittaires (Sagittarius serpentarius) ont besoin de leurs pattes. Il s’agit de grands oiseaux au comportement terrestre, qui vivent dans les savanes africaines. Leurs pattes puissantes et robustes sont indispensables non seulement pour marcher, mais également pour capturer les serpents et autres proies. Ils chassent souvent en piétinant le sol pour débusquer les animaux, ils les poursuivent ensuite et finissent par les frapper avec leur bec ou leurs pattes pour les assommer ou les tuer. A l’état sauvage, la perte d’une patte serait une condamnation à mort. Et en captivité, c’est une débilitation importante. Avec une patte cassée, Söckchen est devenue dépressive ; elle ne mangeait pas bien et se promenait rarement.

Pour lui venir en aide, les gardiens ont eu l’idée de fabriquer une prothèse de patte à l’aide d’une imprimante 3D.

L’impression 3D a révolutionné l’utilisation de prothèses pour aider les animaux blessés. Autrefois, la fabrication de dispositifs artificiels adaptés aux animaux sauvages était à la fois extrêmement coûteuse et longue. Par exemple, au Japon en 2003, la fabrication d’une nageoire caudale prothétique pour un dauphin nommé Fuji a coûté 100 000 dollars, et la conception d’une autre prothèse pour un autre dauphin, appelé Winter, en Floride en 2007, a pris 18 mois.

En revanche, l’impression 3D peut s’avérer moins coûteuse en temps et en argent. Etant donné que la conception se fait sur ordinateur, la personnalisation et la reproduction des moindres détails d’un bec, d’une queue ou d’une autre partie de l’animal sont facilitées. La personnalisation détaillée aide non seulement l’animal à utiliser le dispositif artificiel comme s’il s’agissait d’une partie naturelle de son corps, mais elle contribue également à son confort et à son acceptation.

Afin d’aider Söckchen, les gardiens du parc ont contacté Lars Thalmann, ingénieur en mécanique et bénévole chez e-NABLE, un réseau en ligne mondial de volontaires qui utilisent leurs compétences en matière d’imprimantes 3D pour fabriquer des prothèses gratuites ou à faible coût pour les personnes dans le besoin.

Thalmann se souvient du moment où il est arrivé pour mesurer la patte de Söckchen. Certains des gardiens pleuraient de joie car cela signifiait qu’elle avait une chance de mener une vie normale.

“En réalité, Söckchen est un oiseau très gentil et très aimable”, déclare Thalmann. “Si elle vous aime bien, elle essayera d’aller vers vous en clopinant, même s’il lui manque 80 millimètres d’une patte. Dès qu’elle vous aura rejoint, elle s’assiéra à côté de votre jambe, un peu épuisée, et s’appuiera contre vous, comme si elle voulait dire : “Oh j’ai enfin réussi, tu m’as manqué”.”

Si la technique 3D se heurte encore à des contraintes de taille et de matériaux, elle peut être utilisée à plusieurs fins, comme pour la patte de Söckchen. En effet, l’exemple de Söckchen n’est qu’une des nombreuses réussites des sauveteurs d’animaux qui utilisent l’impression 3D pour créer des prothèses et donner une nouvelle vie aux animaux blessés.

Le bec de Beauty

En juin 2008, un pygargue à tête blanche (Haliaeetus leucocephalus) du nom de Beauty est officiellement devenu le premier oiseau à recevoir un bec imprimé en 3D. Mais cette prothèse expérimentale a mis du temps à arriver.

L’aigle adulte avait été secourue plusieurs années auparavant près d’une décharge à Dutch Harbor, en Alaska. Malgré l’abondance de nourriture disponible, elle avait maigri. Elle avait perdu la plupart de la partie supérieure de son bec, probablement victime des tirs des braconniers. Normalement, les aigles utilisent leur bec pointu et courbé pour arracher des morceaux de chair à leurs proies. Le centre de réadaptation des rapaces d’Anchorage a pris soin d’elle, l’alimentant d’abord à l’aide d’une sonde, pour passer ensuite à la nourriture solide avec des forceps. Mais son handicap était grave car la balle était entrée dans la base de sa cavité nasale, fragilisant ses sinus.

En 2007, Janie Veltkamp, biologiste spécialiste des rapaces, a transféré Beauty de l’Alaska vers l’Idaho, où se trouve son centre de secours, le Birds of Prey Northwest. Là-bas, elle a réuni une équipe d’ingénieurs en mécanique, de dentistes et de vétérinaires. Ensemble, ils ont mis au point et équipé Beauty d’une prothèse de bec.

“J’ai obtenu mon premier diplôme en soins infirmiers”, explique Veltkamp. “On pose bien des prothèses sur des humains. Pourquoi ne pas essayer sur un pygargue à tête blanche ?”

Le travail a nécessité une mécanique de précision. La première étape a consisté à prendre des radiographies du crâne et des restes du bec de Beauty. L’équipe a ensuite pris l’empreinte de ce qui restait du bec de l’aigle. La procédure est semblable à celle de la création d’une empreinte dentaire lors de la pose d’une couronne. À partir de ces mesures et de données comparatives provenant du crâne d’une femelle aigle indemne, les ingénieurs ont conçu un prototype, l’ont imprimé en 3D et l’ont essayé sur Beauty. Ils ont répété le processus, en ajustant peu à peu, jusqu’à ce qu’ils obtiennent enfin un dispositif qui convenait à Beauty.

Cela n’a pas été facile, a indiqué Veltkamp. “Les impacts de balles ont laissé quelques irrégularités, donc les dégâts [du bec de Beauty] étaient plus importants d’un côté que de l’autre”.

Il a également fallu faire preuve de compassion, car chaque étape a dû être réalisée alors que l’aigle était réveillée, explique Veltkamp. L’anatomie de l’aigle ne permet pas le recours à l’anesthésie. Chez l’homme, la trachée est située derrière la langue alors que les voies respiratoires de l’aigle se trouvent au milieu de sa langue. L’équipe a donc dû s’assurer que la conception et l’ajustement de la prothèse de bec conviennent pour le mouvement de la langue de Beauty. Aussi, l’équipe n’a pas pu intuber Beauty et la placer sous ventilation mécanique pendant l’opération.

Après environ 18 mois d’efforts, ils ont obtenu la prothèse parfaite et l’ont posée à l’aide de techniques dentaires. En substance, “elle a été collée et vissée” explique Veltkamp.

L’aigle s’y est immédiatement habituée.

Malheureusement, le succès a été de courte durée. Après plusieurs mois, le bec de Beauty a légèrement grandi. Bien que la croissance ait été inférieure à 1,5 millimètre, elle a suffi à déplacer la prothèse de bec.

Depuis, elle a appris à s’adapter à sa blessure, et la fabrication d’un nouveau bec en 3D n’est pas prévue.

Pour l’instant, Veltkamp partage l’histoire inspirante de la survie de Beauty dans des livres et lors de visites virtuelles, où elle enseigne aux gens les principales causes de mortalité des aigles, notamment le braconnage et l’empoisonnement par les balles en plomb, et explique en quoi les aigles sont essentiels à l’écologie.

Veltkamp a une approche philosophique quant à l’expérience 3D de l’équipe : “Comment fixer quelque chose lorsque la base change constamment ?” demande-t-elle. “La question éthique est de savoir combien de fois soumettrez-vous l‘aigle aux radiographies, aux moules, aux ajustements, pour quelque chose qui n’est qu’une réparation temporaire ?”

Mais, ajoute-t-elle, “la technologie rattrapera peut-être son retard”.

Des becs plus nombreux et de meilleure qualité

Même si Beauty n’a utilisé sa prothèse de bec que pendant quelques mois, elle a fourni un exemple de ce qui pouvait être fait avec cette nouvelle technologie, et d’autres ont suivi.

C’est le cas de Tieta, un toucan ariel (Ramphastos vitellinus) trouvé sur un marché illégal d’animaux sauvages en 2015. Lorsque les autorités brésiliennes ont sauvé Tieta, elle souffrait de malnutrition et il lui manquait la moitié de la partie supérieure de son bec. Les toucans ont besoin de leur bec pour se nourrir, ils l’utilisent pour arracher la nourriture des arbres et épluchent les fruits grâce à leurs bords dentelés. Les soignants de l’Instituto Vida Livre, une ONG de secours des animaux à Rio de Janeiro, ont donc réuni une équipe pour fabriquer une prothèse de bec imprimée en 3D.

Non seulement Tieta a obtenu son nouveau bec en 2015, mais deux autres toucans ont eu cette chance la même année ; Zeca au Brésil et Grecia au Costa Rica.

Zeca, un toucan à ventre rouge (Ramphastos dicolorus), a frappé une fenêtre et s’est cassé le bec. Des sauveteurs de São Paulo ont d’abord essayé de le remplacer en lui transplantant celui d’un toucan décédé, solution qui n’a pas tardé à échouer. Ensuite, une équipe dirigée par le vétérinaire Roberto Fecchio a tenté d’imprimer une prothèse. À l’aide de mesures détaillées prises à partir de photos et de scans, ils ont créé un modèle en 3D pour reproduire le bec.

À peu près au même moment au Costa Rica, Grecia a également reçu un bec imprimé en 3D. La partie supérieure rouge et jaune du toucan de Swainson (Ramphastos ambiguus) avait été mutilée par une bande de jeunes. Des rapports de plusieurs médias sur l’incident ont déclenché une vague d’indignation et des appels à de nouvelles lois de protection. Il en a résulté non seulement une nouvelle législation contre la cruauté envers les animaux, mais également des offres d’aide de la part d’entreprises locales d’impression 3D. Mais cette aide a dû attendre la cicatrisation des plaies ouvertes de Grecia pour que les mesures, les scans et les ajustements puissent avoir lieu.

Pendant que Grecia se rétablissait, l’équipe a commencé ses recherches au Rescate Wildlife Rescue Center, où des ingénieurs, des concepteurs, des dentistes et des ornithologues ont créé un modèle viable, répondant à tous les besoins essentiels de l’oiseau.

Le bec d’un toucan a de multiples fonctions : la nutrition, le chant, la toilette et même la régulation de la température du corps. Reproduire ces fonctions complexes était un défi et l’équipe a dû étudier les becs tels qu’ils sont utilisés par les toucans.

La conception avait rencontré quelques difficultés car la prothèse devait comporter à la fois des parties fixes et des parties mobiles, afin que les sections puissent être nettoyées et remplacées au fur et à mesure de la croissance de Grecia. Aussi, l’équipe a préféré un dispositif qui n’avait pas besoin d’être fixé avec un adhésif chimique, afin d’éviter tout compromis dans la structure.

A l’été 2016, Grecia a enfin reçu son nouveau bec. Même si le toucan l’a rapidement adopté, ce ne fut pas la solution miracle. De temps en temps, comme indiqué dans un post Facebook en mai 2020, Grecia a besoin d’une pause pour reposer le tissu auquel le bec est attaché.

Les toucans ne sont pas les seuls oiseaux à recevoir des becs imprimés en 3D. En août 2015, au Dalian Forest Zoo (Chine), un pélican blanc (Pelecanus onocrotalus) qui avait perdu son bec lors d’une bataille amoureuse est devenu le premier animal d’Asie à avoir été sauvé par l’impression 3D. Selon les études, une équipe de secours a d’abord essayé de réparer le bec à l’aide d’une planche en papier aluminium, mais cela n’a pas fonctionné. Le personnel du zoo a alors fabriqué un moule du bec blessé et les techniciens l’ont utilisé pour concevoir une prothèse. Après avoir imprimé plusieurs prototypes, ils ont opté pour le cinquième et l’ont fixé chirurgicalement avec des vis.

Prothèse de pied d’oiseau et plus

Les becs ne sont pas les seules parties des animaux à être reproduites et remplacées par impression 3D. Prenons l’exemple de Bagpipes, un petit manchot bleu (Eudyptula minor) qui s’est emmêlé les pieds dans une ligne de pêche. Sa blessure était si grave que les sauveteurs du Centre international de l’Antarctique de Nouvelle-Zélande ont dû lui amputer le pied.

Bagpipes a boité pendant des années, ce qui a engendré des plaies sur son moignon. La blessure a également mis à mal d’autres parties de son corps, comme son bec et ses nageoires, qu’il utilisait pour sortir de la piscine du zoo.

Ses gardiens ont essayé de l’aider en enveloppant son moignon de mousse pour créer une botte de fortune. Bien que cela ait aidé, la botte ne restait pas en place. En juin 2016, Bagpipes a enfin reçu une prothèse 3D fabriquée par Don Clucas, maître de conférences à l’Université de Canterbury. Comme pour les autres prothèses pour animaux, elle a été obtenue à la suite de plusieurs essais et erreurs. Les prototypes initiaux ont été fabriqués en plastique dur et glissant, Clucas a alors ajouté du caoutchouc à l’imprimé 3D, ce qui offrait une meilleure flexibilité et une meilleure adhérence.

De même, la prothèse de patte fabriquée pour le messager sagittaire Söckchen a nécessité plusieurs itérations et ajustements. À l’aide de photos prises par des gardiens, Thalmann a réalisé un croquis d’un modèle potentiel. Il s’est ensuite rendu au parc ornithologique pour rencontrer Söckchen et prendre des mesures.

“Il a fallu trois personnes”, se souvient Thalmann. Pendant qu’il mesurait avec son pied à coulisse industriel, un assistant tenait et calmait Söckchen, tandis qu’un troisième notait les mesures. “[Söckchen] était curieuse”, se souvient Thalmann. Elle n’était “pas agressive, car ça ne lui faisait pas mal”.

La première itération de la prothèse de Söckchen reproduisait la patte aussi fidèlement que possible, et comportait même un pied mobile. Mais comme elle était conçue pour durer et supporter le stress du piétinement de l’oiseau, elle s’est avérée trop lourde et Söckchen ne pouvait pas rester en équilibre. Thalmann a créé une deuxième version plus légère, sans griffes, ce que l’ingénieur appelle une “version sport”, qui convenait mieux.

Une fois sa nouvelle patte obtenue, Söckchen a complètement changé de comportement. “Après avoir reçu et essayé la prothèse, elle s’est mise à s’enthousiasmer, à manger sainement et à [consommer] autant qu’avant l’accident”, raconte Thalmann. “Le gardien m’a dit que c’était comme si elle s’était dit : “La vie me sourit de nouveau”. Et, oui, parfois, elle est tellement heureuse qu’elle essaie d’échapper aux gardiens”.

Limites et innovations

Malgré plus d’une décennie d’expérience dans l’utilisation des imprimantes 3D, le sauvetage des animaux en est encore au stade expérimental et dépend énormément des efforts et de l’enthousiasme des soignants ainsi que des techniciens. Le processus d’adaptation est encore lent, et pour l’instant, les dispositifs sont limités à la fois par la taille des machines d’impression 3D et par la disponibilité des matériaux. Les prothèses imprimées en 3D ne sont donc pas la solution pour tous les animaux blessés.

“De temps en temps, je reçois des demandes pour des animaux, mais il y existe des barrières techniques “, dit Thalmann. “Les oiseaux sont en fait parfaits [pour essayer cette méthode], car ils sont grands mais très légers en raison de leur structure osseuse creuse.”

Pour certaines espèces, dont les éléphants, les prothèses imprimées en 3D ne sont pas encore une solution viable à long terme. Prenez le cas de Chhouk, un éléphant d’Asie (Elephas maximus) qui se trouve au centre de sauvetage Wildlife Alliance’s Phnom Tamao Rescue Center, au Cambodge. Sauvé alors qu’il n’était qu’un bébé après avoir été pris dans ce qui était probablement le piège illégal d’un braconnier, Chhouk grandit rapidement et a besoin d’une nouvelle prothèse de pied tous les six mois. Tout comme d’autres animaux qui ont bénéficié de dispositifs imprimés en 3D, Chhouk est pris en charge par une équipe de gardiens spécialisés qui font preuve d’idées, de créativité et de persévérance. Mais les jeunes éléphants lourds ne sont pas faciles à chausser et les imprimantes 3D n’ont pas la possibilité de fabriquer des prothèses suffisamment durables, du moins pas encore. Mais cela pourrait changer.

En attendant, l’utilisation des imprimantes 3D pour aider les animaux va au-delà des prothèses. Par exemple, le ZooTampa de Lowry Park, en Floride, se sert de cette technologie pour créer des outils utilisés dans la manipulation des animaux, tels qu’un bec pour marionnette ressemblant à un marabout d’Afrique (Leptoptilos crumenifer) pour aider à élever et nourrir les poussins nouveau-nés. Des masques d’anesthésie imprimés en 3D et adaptés aux petits primates sont également déjà utilisés lors de procédures vétérinaires.

Bien qu’elle n’en soit qu’à ses débuts, l’impression 3D comme moyen d’aider les animaux blessés a fait des progrès sensationnels et d’autres essais sont en cours. Les soignants ne font que commencer à explorer les types d’applications et d’espèces pour lesquels cette technologie pourrait être utilisée.

Les résultats obtenus jusqu’à présent sont prometteurs, puisque des animaux blessés, autrefois considérés comme irrécupérables, se voient offrir une chance de survivre à leur handicap. Et même si la technique 3D demande beaucoup de travail et de temps, elle est particulièrement prometteuse pour sauver des individus d’espèces rares et menacées d’extinction.

Image de bannière : L’aigle Beauty avant et après la pose de la prothèse de bec. Image offerte par Janie Veltkamp.

Article original: https://news.mongabay.com/2021/04/life-and-new-limbs-creative-thinking-3d-printers-save-injured-wildlife/