1. TDN >
2. Science

Wilson Greatbatch a misé sur une pile jugée inutile en 1968 : le défaut qui la condamnait l’a rendue indispensable

En 1968, une pile lithium sort d’un laboratoire américain et tout le monde la juge inutilisable : son courant ne dépasse pas 0,1 mA. Pourtant, aujourd’hui, environ 1 000 000 de stimulateurs cardiaques sont posés chaque année dans le monde, et la plupart reposent sur cette famille de piles. Il a fallu un ingénieur têtu pour retourner la situation, et son argument n’était pas celui qu’on imagine.

Trente centimètres de tubes à vide et une prise murale

Au départ, soigner un cœur trop lent par l’électricité ressemblait à de la bricolage de laboratoire. En 1950, la machine la plus avancée mesurait près de 30 cm de hauteur, fonctionnait avec des tubes à vide et devait rester branchée au secteur. Le patient restait donc relié à une prise murale.

L’idée remonte pourtant bien plus loin. En 1781, Luigi Galvani constate qu’un nerf stimulé électriquement fait se contracter le muscle auquel il est relié. En 1791, il refait l’expérience sur le cœur, avec succès.

En 1872, Duchenne de Boulogne tente de ramener à la vie une noyée avec des impulsions électriques rythmées. En 1926, d’autres essais de stimulation par voie externe ont lieu à Sydney. Puis, en 1931, Albert Hyman dépose un brevet pour une machine envoyant des impulsions dans le cœur par une aiguille.

Chaque étape se heurte au même mur : l’énergie. Tant que l’appareil dépend du secteur, impossible de laisser repartir le patient chez lui. Et la suite montre que l’autonomie sera aussi la clé du dernier rebondissement de l’histoire.

Le jour où le cœur a eu sa propre batterie

En 1957 apparaît le premier modèle sur batterie, encore externe. Puis, le 8 octobre 1958, le chirurgien suédois Åke Senning pose le premier stimulateur totalement implanté, sur Arne Larsson. Le dispositif passe sous la peau, et le patient n’est plus attaché à un mur.

Dans cette course, un ingénieur américain s’impose : Wilson Greatbatch. Né à Buffalo en 1919, ancien radio de l’aviation pendant la Seconde Guerre mondiale, diplômé de Cornell en 1950, il finira avec plus de 325 brevets. Son pacemaker, conçu avec Chardack, utilise des piles au mercure et deux transistors, le tout noyé dans de la résine époxy.

Cette invention brevetée amène l’entreprise Medtronic, de Minneapolis, à se lancer dans la fabrication de stimulateurs. Le matériel fonctionne, mais l’énergie reste le point faible. Les piles s’épuisent, et chaque remplacement impose une opération chirurgicale.

Dans les années 1960, les sondes endocavitaires changent la pose : l’électrode passe par une veine et n’exige plus un chirurgien pour la placer à la surface du cœur. En 1970, un stimulateur atomique est même implanté en Angleterre. Les implants qui rendent le toucher d’aujourd’hui descendent de cette même idée : brancher l’électronique sur le corps vivant.

Mais la vraie réponse au problème d’énergie se trouvait déjà dans un tiroir, et personne n’en voulait. Pourquoi les fabricants ont-ils tourné le dos à une pile qui allait leur donner raison ?

La pile « inutile » qui a fini par battre dans des millions de poitrines

En 1968, Catalyst Research Corporation, à Baltimore, développe et brevette une pile au lithium. Elle associe deux éléments situés aux extrémités de l’échelle électrochimique, ce qui donne une tension élevée de 2,8 V et une densité d’énergie proche du maximum physique. Mais son impédance interne limite son courant à moins de 0,1 mA, et elle est donc jugée inutile.

Greatbatch voit ce que les autres ne voient pas : un stimulateur n’a pas besoin d’un gros courant. Il peut très bien vivre avec une pile à haute impédance. Ce que l’industrie prenait pour une tare était, pour un pacemaker, un détail sans importance.

Il tente de convaincre l’industrie, d’abord dans un espace loué de l’ancienne usine d’orgues Wurlitzer, à North Tonawanda. Ralph Mead aurait dirigé les premiers travaux d’électrochimie. En 1971, Greatbatch présente sa cellule WG1 aux concepteurs de pacemakers et récolte un enthousiasme limité.

Il faut attendre le 9 juillet 1974 pour que Manuel Villafaña et Anthony Adducci, fondateurs de Cardiac Pacemakers Inc. à St. Paul, fabriquent le premier pacemaker doté d’une pile au lithium-iodure. La cellule est aujourd’hui la référence du secteur : forte densité d’énergie, faible autodécharge, petite taille, fiabilité.

Le plus fascinant se trouve à l’intérieur. L’anode est en lithium, la cathode est un mélange d’iode et de poly-2-vinylpyridine, deux substances non conductrices. Chauffées à environ 150 °C pendant 72 heures, elles réagissent pour former un liquide visqueux conducteur, versé dans la cellule où il se solidifie.

Au contact du lithium se forme une couche d’iodure de lithium, qui grandit à mesure que la pile se décharge. Cette barrière est résistive, et la tension baisse. Le défaut des débuts devient donc un signal d’alerte : les concepteurs s’en servent pour repérer l’approche de la fin de vie de la pile.

C’est ainsi que la promesse du titre se résout. La résistance interne qui avait fait rejeter la pile est devenue sa force : elle convient au pacemaker et prévient des semaines à l’avance qu’il faut le remplacer. Aujourd’hui, la batterie d’un stimulateur dure de cinq à dix ans, et la baisse progressive de tension permet de programmer le changement sans urgence.

Greatbatch est mort à 92 ans, le 27 septembre 2011. Il avait dit son besoin de soutien : Houghton College lui a prêté un laboratoire et une aide à la recherche quand personne ne le soutenait. La médecine moderne cultive d’autres paris du même genre, comme cette puce glissée derrière la rétine.

Sur le marché, sept marques se partageaient le secteur en 2013, et des capsules sans sonde se logent désormais directement dans le ventricule droit. Pour mesurer l’ampleur de ce que la médecine doit à l’expérimentation sur le corps humain, on peut relire l’histoire du trappeur blessé à l’estomac, ou celle d’une reine hospitalisée pour un souci cardiaque, qui rappelle que le cœur reste l’organe qu’on surveille le plus.

Reste une question : si une pile rejetée a fini par régner sur le cœur, quels autres rebuts d’aujourd’hui seront les outils de demain ? Le robot plus petit qu’un grain de riz qui s’apprête à explorer le cerveau en offre peut-être un premier indice.