Concours général 2026 - Spécialité Sciences de l’Ingénieur - Pompe à insuline automatisée, une avancée majeure pour le traitement du diabète

1 - Introduction

Le diabète de type 1 est une maladie chronique où le pancréas ne produit plus d'insuline, une hormone essentielle pour réguler la glycémie c’est-à-dire le taux de glucose (sucre simple) dans le sang. Dans le cadre du traitement du diabète, la gestion de la glycémie est un enjeu médical et technologique majeur.

Traditionnellement, les patients diabétiques doivent mesurer régulièrement leur glycémie et ajuster manuellement leur dose d'insuline, ce qui est contraignant et source d'erreurs. L’ajustement du traitement est rendu plus complexe encore au regard des nombreux facteurs qui influent sur la glycémie, parmi lesquels l’activité physique et les types d’aliments ingérés durant les repas. Ce défi médical majeur a stimulé la collaboration entre médecins et ingénieurs pour le développement d’un matériel permettant le contrôle automatisé de la quantité d’insuline reçue par le patient. Ces dispositifs d’insulinothérapie automatisée en boucle fermée (BF) sont aussi appelés pancréas artificiels.

Ce dispositif repose sur une interaction entre capteurs, régulateurs et actionneurs afin d’ajuster en temps réel l'administration d'insuline en fonction de la glycémie du patient. Il se compose principalement d’un capteur de glycémie en continu, d’un contrôleur embarqué intégrant un algorithme de régulation et d’une pompe à insuline assurant l’injection précise de l’hormone.

La pompe à insuline externe automatisée est un appareil discret qui délivre continuellement de petites quantités d’insuline rapide, grâce à un dispositif de perfusion déconnectable (cathéter et tubulure) et à un capteur de glucose.

Ce système reproduit ce que l’organisme fait naturellement :

- délivrer en continu de petites doses d’insuline, tout au long de la journée ;

- délivrer une dose supplémentaire d’insuline adaptée au moment des repas pour couvrir les glucides absorbés à cette occasion ou pour corriger une hyperglycémie.

2 - Validation de la pompe à insuline

2.1 - Analyse de la structure d’asservissement

2.2 - Modélisation de la pompe à insuline

2.3 - Modélisation du patient

2.4 - Comparaison des constantes de temps

3 - Validation du capteur de glycémie

3.1 - Présentation du capteur

3.2 - Modélisation du capteur de glycémie

3.3 - Précision du capteur

3.4 - Rapidité du capteur

3.5 - Calibration automatique du capteur de glycémie

3.5.1 - Présentation de la calibration automatique

3.5.2 - Algorithme de mise à jour

3.5.3 - Gestion des écarts

3.6 - Autonomie de la batterie du transmetteur Bluetooth

3.7 - Estimation globale de la consommation du capteur

4 - Réglage des galets de la pompe péristaltique

4.1 - Présentation des pompes péristaltiques

4.2 - Validation du système de changement de tubulure

5 - Étude des conditions de fonctionnement

5.1 - Détermination du temps d’injection

5.2 - Modélisation de la perte de débit en raison des galets

6 - Modélisation de l’étanchéité de la membrane et de l’entraînement du fluide

7 - Validation de l’exigence de débit

7.1 - Modélisation du motoréducteur

7.2 - Vitesse en sortie du motoréducteur

8 - Intérêt de l’asservissement

8.1 - Personne saine

8.2 - Personne diabétique non soignée

8.3 - Personne diabétique soignée par injection d’insuline

8.4 - Personne diabétique soignée par une pompe à insuline avec régulation