Isabelle Barthez
email: isabelle.barthez@eps.aphp.fr

Dochead en fiches Sous-dochead Les instruments chirurgicaux 2/4 Les instrument de coelio-laparoscopie

Instruments de chirurgie

1. Les daviers à os

Les instruments de coelio-laparoscopie

3. Les spéculums 4. Les instruments pour l'endoscopie ORL L'instrument de chirurgie est le prolongement de la main du chirurgien et son complément. Il existe autant de verbes que d'actions pour décrire le rôle de ces outils, conçus par le praticien et adaptés aux gestes que la main seule ne peut réaliser. Ces fiches passent en revue les principaux instruments : leur origine, leurs usages et leurs particularités. La constitution des boîtes reste encore aujourd'hui le privilège du chirurgien, en concertation avec l'Ibode référente.

T1 Historique

TEG1 La première coelioscopie a été réalisée en 1901 par Georg Kelling, un Allemand, qui a introduit un cystoscope dans l'abdomen de son chien et y a insufflé de l'air, technique reprise aux fins d'exploration diagnostique sur l'homme sous le nom de laparoscopie dès 1912 par Hans Christian Jacobaeus, chirurgien suédois. Parallèlement au développement de l'utilisation médicale de l'électricité, les progrès en matière de conduction de la lumière et de techniques opératoires ont conduit aux premières interventions thérapeutiques : adhésiolyse (1933 -Fervers), stérilisation contraceptive par électrocoagulation tubaire bilatérale (1936 -Boesch).

TEG1 Raoul Palmer, gynécologue français, élabore en 1943 le manipulateur utérin, puis développe une pince coagulante pour "ligaturer" les trompes (1958), ainsi qu'une technique de prélèvement d'ovocyte ouvrant ainsi la voie de la procréation médicale assistée (1961). TEG1 En 1952, Harold Hopkins, physicien britannique, découvre le principe du système optique à lentilles, tandis que Fourestier, Bladu et Vulmiere mettent au point la lumière froide. TEG1 À partir de 1970, Kurt Semm, gynécologue allemand, développe l'insufflateur automatique, la thermocoagulation, le système d'irrigation lavage ainsi que de nombreux instruments, notamment les ciseaux, les pinces à préhension. Il invente également le Pelvitrainer, qui est toujours utilisé de nos jours pour l'apprentissage de la chirurgie laparoscopique, et réalise la première appendicectomie (1982). Peu après apparaît l'open-laparoscopie, utilisée dès 1971 par HM Hasson. TEG1 Du côté français, on peut rendre hommage à deux gynécologues, pionniers de la coeliochirurgie : Philippe Mouret qui, en 1972, traite une occlusion sur bride puis réalise la première cholécystectomie par vidéo-laparoscopie en 1987, et Hubert Manhès, qui propose en 1973 le traitement conservateur de la grossesse extra-utérine et développe à cet effet plusieurs instruments dont certains portent son nom. TEG1 Depuis la fin des années 1980, la coelio-laparoscopie s'impose comme une technique de référence dans de nombreuses spécialités ; de nombreuses interventions sont parfaitement maîtrisées, telles que l'appendicectomie, la cholécystectomie, la réduction d'hernies inguinales et abdominales, le by-pass gastrique, la colectomie, la néphrectomie, ou la chirurgie annexielle.

T1 Définition

Étymologiquement, coelio vient du grec « koilia » : le ventre, et laparo de « laparos » : le flanc. Selon le dictionnaire Larousse, la coelioscopie est une « technique d'exploration consistant à introduire à travers la paroi de l'abdomen un endoscope (tube muni d'un système optique) dans l'intention d'observer les organes abdominaux et de pratiquer des prélèvements. » T1 Principes TEG1 Pour détailler l'instrumentation de coelio-laparoscopie, il convient en premier lieu de parler de l'abord chirurgical. Celui-ci nécessite des instruments différents selon la technique utilisée. TEG1 Pour la technique conventionnelle, l'opérateur transperce la paroi abdominale et le péritoine au moyen d'une aiguille à pneumopéritoine dite "de Palmer" ou "de Veress", sur laquelle une fois en place, il vient raccorder le tuyau d'insufflation du CO 2 . Le gaz va permettre de distendre la cavité abdominale afin de pouvoir insérer le trocart « optique » au moyen d'un mandrin perforant, après une petite incision au bistouri froid. Une fois le laparoscope mis en place et relié à la caméra et à la source de lumière froide qui va éclairer l'intérieur de la cavité, le chirurgien peut positionner les autres trocarts sous contrôle de la vue sans risque de perforer un organe. TEG1 La technique alternative, appelée « open-coelio », consiste à pratiquer une incision de quelques centimètres au niveau de l'ombilic, suivie d'une dissection au ciseau classique des tissus sous-jacents à minima, ceux-ci étant exposés au moyen d'écarteurs manuels. Une fois le péritoine ouvert, le trocart "optique" est mis en place de la même façon que précédemment, à la différence que la ligne d'insufflation du gaz s'y raccorde également, puis les autres trocarts à l'identique. Une fois les trocarts insérés et la chirurgie rendue possible grâce à l'exposition des organes, l'exploration de la cavité péritonéale peut débuter.

T1 Matériel

Hormis la colonne vidéo, le matériel de base pour une intervention sous coelio-laparoscopie comprend généralement :

• le laparoscope (dit "optique"), dont l'angulation est fonction du champ de vision nécessaire à l'intervention, et sur lequel vient s'emboîter la caméra protégée par une housse stérile ; • un câble de lumière froide ;

• les trocarts et leurs mandrins, l'aiguille de pneumopéritoine ou les instruments nécessaires à l'"open-coelio" (container type "incision") ; • des pinces à préhension (figure 1), notamment les pinces à préhension fenêtrées atraumatiques dites "de Johan" ; • un porte-aiguille : il peut être à mors droits ou courbes (figure 2), et est généralement non démontable et muni d'une poignée axiale à crémaillère automatique ; • un ciseau (figure 3): le plus souvent à usage unique (UU), ou mixte (poignée réutilisable + insert UU), ses mors peuvent être droits ou courbes, lisses ou crantés, fins (Metzenbaum) ou forts (à fils) ; • un dissecteur, éventuellement un ou plusieurs clamps vasculaires ou digestifs ;

• un palpateur, qui sert à explorer la cavité abdominale en réclinant les viscères ;

• un pousse-noeud (figure 4 -B), qui permet de faire coulisser le noeud fait à l'air libre hors du trocart le long du fil avant de le serrer dans le péritoine : c'est la technique dite du "noeud extra-corporel" (il est difficile de faire le noeud à l'intérieur du ventre, même pour un opérateur expérimenté) ; • un écarteur articulé type "sardine" ou "éventail" (figure 4 -A) se déployant à l'intérieur du péritoine, qu'on peut éventuellement maintenir grâce à un bras articulé se fixant à un curseur de table ; • une pince à clips ;

• une pince à anastomose digestive type "endo-GIA"™ ;

• un sac d'extraction (pour la vésicule ou l'appendice), ou une sonde à panier pour les calculs (type "Dormia"), qui se déploient dans l'abdomen pour recevoir les tissus réséqués et se referment pour permettre l'extraction par l'orifice d'un trocart ; • différents dispositifs médicaux en fonction de la technique utilisée : bistouris à ultrasons, à gaz argon, à jet d'eau, etc. Et toujours un nécessaire de conversion complet, prêt en salle.

T1 Spécificités des instruments de coelio-laparoscopie T2 Les laparoscopes

Il existe des optiques de laparoscopie d'un diamètre de 2 mm (pédiatriques) à 10 mm. Leur longueur varie de 25 à 45 cm. La vision est définie par l'angle formé par la déviation du faisceau central et l'axe du système optique. Le choix de l'angulation est fonction de la chirurgie et des habitudes du chirurgien.

Se trouvent maintenant des laparoscopes à angulation variable (figure 7) , qui permettent de s'adapter à toutes les chirurgies (0 ° à 120 °) sans avoir à changer d'optique en peropératoire (risque de faute d'asepsie en adaptant/désadaptant la caméra non stérile), et également des laparoscopes flexibles dont l'extrémité peut s'articuler jusqu'à 100 ° ; on assiste en parallèle au développement d'optiques et matériel vidéo permettant une vision en trois dimensions (3D), qui diminuerait le temps d'intervention mais reste cependant assez coûteuse.

T2 Les trocarts

Les trocarts peuvent être réutilisables, en inox ou en polymère, voire mixtes (figure 8), mais le recours aux produits stériles à usage unique tend à se généraliser. Leurs lumières doivent être adaptées aux diamètres des instruments et optiques. Les têtes des trocarts sont munies de valves anti-retour mécaniques à clapet, à pastille aimantée, ou à feuillet en silicone, et destinées à limiter la fuite de gaz lors du retrait de l'instrument. Le trocart optique comporte généralement un robinet d'insufflation où vient se visser la ligne de CO 2 . Le corps du trocart peut être lisse, fileté ou micro-strié. Le mandrin sert à mettre en place le trocart à travers la paroi abdominale ; se trouvent des mandrins pointus, pyramidaux ou mousses.

T2 Les instruments

TEG1 Les instruments démontables La plupart des pinces réutilisables sont composés de trois parties démontables (figures 9 et 10) :

• l'insert : de l'insert dépend généralement la dénomination de l'instrument, notamment pour les pinces, dissecteurs et clamps ; • le tube gainé : le tube est gainé afin de limiter la conduction électrique entre instruments en cas de contact accidentel avec le crochet monopolaire ; • la poignée : elle peut être en polymère ou en inox, de forme axiale ou revolver, à pouce ou majeur mobile, et selon l'utilisation, à crémaillère, avec une connexion électrique, etc. Le montage/démontage des différents composants se fait par encliquetage ou vissage, et varie selon les fournisseurs. Une attention particulière doit être apportée à l'étape de remontage des instruments afin d'éviter les inversions ou manipulations qui pourraient altérer les qualités du produit (encliquetage en force abîmant l'insert ou la gaine), ou ne pas assurer la sécurité du patient et de l'équipe chirurgicale. Pour ces raisons évidentes de sécurité, l'assemblage de composants aux caractéristiques incompatibles doit être rigoureusement impossible (ex : un tube gainé non isolé à une poignée avec connexion électrique).

TEG1 Les instruments non démontables

Les instruments articulés non démontables doivent absolument être munis d'un canal d'irrigation (figure 11) permettant un nettoyage interne (ex : écarteur à foie articulé béquillable), sauf les palpateurs et les poussenoeuds à fente qui sont des instruments monoblocs sans articulation ni soudure.

TEG1 Diamètres des instruments

Les instruments de coelio-laparoscopie classique sont généralement d'un diamètre de 5 (pinces fenêtrées, porte-aiguilles, ciseaux) à 10 mm (pinces à préhension type Muzeux, écarteur articulé type éventail). On parle de "mini" ou "micro" coelio pour les instruments d'un diamètre de 3 à 3,5 mm. Depuis quelques années, le développement de la coelio mini-invasive sur l'argument d'un bénéfice pour le patient et l'institution en terme de diminution des suites opératoires va croissant. Cela a entraîné la multiplication des offres commerciales et la surenchère dans la course aux diamètres les plus fins possibles. Il convient cependant d'être circonspect, les diamètres proposés étant très variables et pouvant selon les interlocuteurs se rapporter à la pince, au trocart (interne ou externe), voire à la taille de l'incision cutanée. La rigidité de ces instruments doit également être vérifiée, notamment pour ceux démontables en trois parties.

TEG1 Longueurs des instruments

La longueur utile des instruments est variable en fonction de la chirurgie et de la morphologie du patient : la longueur utile conventionnelle est d'environ 350 mm, celle des instruments pour chirurgie bariatrique de 450 mm, tandis que celle pour chirurgie pédiatrique est généralement inférieure à 250 mm.

T1 Le rétroprocessing

Comme pour l'instrumentation classique, il convient de respecter les instructions des fabricants, notamment en matière de compatibilité entre les matériaux polymères et les produits lessiviels. Néanmoins, il est préconisé de démonter les instruments avant l'étape de pré-désinfection et d'irriguer ceux qui sont non démontables. La cavitation étant particulièrement indiquée pour les instruments creux, un cycle ultrasonique est recommandé avant le passage en laveur-désinfecteur, notamment si celui-ci n'est pas équipé d'un module « coelio » d'irrigation en continu. Le séchage doit être complété manuellement avant le remontage.

T1 La coelio par trocart unique (ou single-port)

Cette technique assez récente est une évolution de la laparoscopie vers une réduction du nombre d'incisions. Rendue possible grâce au développement d'instruments toujours plus performants techniquement, elle consiste à opérer via une incision unique (généralement au niveau de l'ombilic) et nécessite un trocart spécifique (figure 12) par lequel l'opérateur introduit des instruments particuliers à corps courbes (figure 13) permettant une exposition et une dissection sécuritaire malgré le champ d'action restreint. L'incision unique diminuerait la douleur et les complications post-opératoires, ainsi que l'impact esthétique.

T1 Le robot chirurgical

  • un crochet monopolaire et son câble relié au générateur électrochirurgical, et commandé par pédale ; • une pince bipolaire (à mors fenêtrés) (figure 5) et son câble relié au générateur électrochirurgical et commandé par pédale ; • une canule d'aspiration/lavage (figure 6) (souvent à usage unique), alimentée par une poche d'irrigation reliée à une pompe électrique ou en déclive, et branchée sur le bocal de vide. TEG1 Suivant l'indication opératoire, le chirurgien peut avoir recours à certains instruments plus ou moins spécifiques :

  La plupart des interventions réalisées grâce au robot Da Vinci® sont des interventions laparoscopiques d'urologie (prostatectomies), chirurgie digestive et gynécologie. Le robot est également utilisé en ORL et chirurgie cardiothoracique. Les bras manipulateurs (quatre ou cinq selon le modèle) et la visualisation en trois dimensions de l'espace intracorporel permettent une aisance des gestes chirurgicaux supérieure à celle de la coelio classique. Le mouvement des doigts du chirurgien est démultiplié par un facteur inférieur à 1 ; la précision du geste s'en trouve ainsi considérablement augmentée. Assis à distance, le chirurgien se fatigue moins vite et évite ainsi les tendinites des membres supérieurs et du cou. Le principal inconvénient à l'utilisation du robot est son coût : cher à l'achat (plus d'un million d'euros), ses instruments à usage limité et consommables sont également honéreux. De plus, les optiques doivent être stérilisées au Sterrad®. Enfin, le robot chirurgical nécessite un temps d'apprentissage assez long, au cours duquel la durée des interventions peut doubler.

Figures

  Figures


Puériculteur Denis Dionnet
email: ddionnet@chu-grenoble.fr

Dochead dossier

Keywords: circuit, déchocage, organisation collaborative, plan Blanc pédiatrique, risque

L'équipe pédiatrique du Centre hospitalier universitaire Grenoble Alpes (38), après une prise de conscience des risques liés aux attentats, a fait l'état des lieux de ses capacités d'accueil massif de jeunes victimes. Un travail de collaboration multidisciplinaire a été engagé afin de construire un plan Blanc pédiatrique opérationnel, sans désorganiser une activité d'urgence habituelle. Témoignage.

Les événements graves de Paris et Nice, la prise en compte des nouveaux risques terroristes et les conséquences sur les personnes des nouveaux modes d'actions utilisés auront eu pour effet de nous obliger à revoir en urgence notre organisation en matière d'accueil de victimes d'attentat.

Répondant à une impérieuse nécessité, nous avons travaillé immédiatement à la rédaction d'un véritable plan Blanc pédiatrique au Centre hospitalier universitaire Grenoble Alpes (CHUGA -38) afin de pouvoir répondre, dans les meilleurs délais et de la meilleure manière possible, à toute arrivée massive de patients, pour nous des enfants, et ce quel que soit le motif.

T1 Une implantation géographique particulière TEG1 L'Hôpital Couple Enfant (HCE), unité dédiée à la prise en charge de la femme, du couple et de l'enfant, est situé sur le site nord de l'établissement, à quelques centaines de mètres du bâtiment principal du CHUGA, l'Hôpital Michallon. Celui-ci regroupe, outre les services de soins classiques pour adultes, l'ensemble des services de réanimation adultes, le déchocage, le bloc opératoire des urgences, et bénéficie de moyens d'imagerie dont nous ne disposons pas à l'HCE, un scanner notamment.

TEG1 Il a donc fallu travailler à nous organiser au regard de cette particularité géographique qui a pour effet de compliquer les parcours de prise en charge ainsi que l'organisation des moyens humains et matériels. La situation du déchocage et du bloc opératoire des urgences, prévus pour fonctionner 24 heures sur 24 au sein même de l'Hôpital Michallon, oblige de fait à prendre en charge les urgences vitales sur ce site, à distance de nos moyens spécialisés.

TEG1 De même, les nouvelles armes utilisées lors des derniers attentats (armes à feu) et les blessures provoquées par celles-ci empêchent toute imagerie par résonance magnétique (IRM), seul moyen d'investigation dont nous disposons à l'HCE. Il devient dès lors nécessaire d'organiser les transferts des enfants entre les deux établissements pour réaliser les scanners.

T1 Remettre à plat l'organisation en pédiatrie TEG1 Jusqu'à cette prise de conscience que nos organisations ne convenaient plus à la nouvelle réalité du risque, il n'existait à l'HCE qu'un "hôpital jaune" (la couleur indiquant le niveau d'urgence pouvant être pris en charge), inscrit dans le plan Blanc du CHUGA. Cet hôpital jaune se démarquait du "rouge" pour les urgences aiguës, et du "vert" (pour les urgences relatives), qui étaient alors adaptés uniquement aux adultes. TEG1 La structure "jaune" prévoyait seulement la prise en charge d'un nombre conséquent d'enfants pour des pathologies médicales (par exemple une intoxication alimentaire dans une colonie de vacances), ne mobilisait que les moyens des urgences pédiatriques, et n'avait aucun lien de fonctionnement prévu avec l'Hôpital Michallon. De fait, face aux évènements récents, cette organisation est très vite apparue obsolète.

TEG1 Il nous a donc fallu la remettre à plat et passer d'un hôpital "jaune" pédiatrique à un véritable plan Blanc pédiatrique, intégrant une structure "rouge" pour les urgences absolues (UA) et un hôpital "vert" pour les urgences relatives (UR).

T2 Un hôpital "rouge" pour les urgences aiguës

Si la réflexion autour de l'hôpital "rouge" pédiatrique s'est faite rapidement, car fortement inspirée de ce qui est déjà prévu pour le plan Blanc adulte, il a fallu plus de temps et un travail plus approfondi concernant l'élaboration de l'hôpital "vert" pédiatrique. Celui-ci concerne en effet l'ensemble des secteurs et des acteurs de l'HCE.

Les enfants accueillis dans le cadre de la structure "rouge" seront pris en charge par les professionnels du pôle Anesthésie-Réanimation au déchocage sur l'Hôpital Michallon, avec une possibilité d'intervention chirurgicale dans les meilleurs délais au bloc des urgences. La contribution de la filière pédiatrique se fera par le renfort d'un médecin pédiatre réanimateur, d'une infirmièrepuéricultrice de réanimation pédiatrique et d'un chirurgien pédiatre.

T2 Un hôpital "vert" pour les urgences relatives

TEG1 La réflexion autour de l'hôpital "vert" est, elle, le fruit d'un travail collaboratif entre médecins, administratifs et paramédicaux. Ce nouvel hôpital "vert" pédiatrique devra impliquer désormais l'ensemble des services de pédiatrie, mais aussi quelques secteurs de gynécologie (bloc opératoire et hospitalisation) situés dans le même bâtiment. Ceci permettra à l'HCE d'accueillir toutes les UR.

TEG1 Nous nous préparons aussi à prendre en charge quelques urgences véritables car, en se référant aux expériences de nos collègues de Paris et de Nice, nous nous devons de tenir compte de victimes arrivant par leurs propres moyens ou en raison d'une mauvaise orientation.

TEG1 Après discussion, il a été décidé que l'hôpital "vert" serait ouvert à partir de 15 victimes impliquées dans un même événement. Cette notion de même événement est importante car il nous arrive très régulièrement d'avoir à accueillir plus de 15 enfants aux urgences pédiatriques sans avoir à déclencher un plan Blanc.

TEG1 Nous avons souhaité mobiliser l'ensemble des professionnels dans le cadre de cet hôpital "vert" : le personnel médical, paramédical et administratif (secrétariats médicaux, bureau des entrées…), afin d'optimiser au mieux les prises en charge. Au sein du CHUGA, l'HCE est le seul à avoir une compétence spécifique en pédiatrie. De ce fait, en cas d'événement touchant des enfants, l'unité ne pourra compter principalement que sur ses propres moyens.

T1 Adapter les locaux et les circuits

La réflexion s'est portée en premier lieu sur une adaptation des locaux, des activités et des circuits en définissant quels services seraient des unités d'accueil de victimes (urgences pédiatriques, réanimation pédiatrique, pédiatrie polyvalente, chirurgie pédiatrique) ; lesquels seraient des unités de renfort en personnel (services spécialisés comme la néonatologie, l'onco-hématologie pédiatrique) ; ou bien des unités de repli pour le transfert des enfants déjà hospitalisés hors plan Blanc (hôpital de jour médical, unité de chirurgie ambulatoire).

Un nouveau circuit "hôpital vert" a été mis en place au sein des urgences pédiatriques selon le principe de la "marche en avant" en formalisant des zones successives :

• d'identification ;
• de tri des jeunes victimes ;

• d'attente (avant ou après le tri) ;

• de prise en charge en salles de consultations ou en salle d'accueil des urgences vitales (SAUV).

T1 Redéfinir les missions, anticiper la logistique

TEG1 Il a fallu être créatif concernant nos ressources humaines en réfléchissant, par exemple, à de nouvelles missions pour certains personnels. Ainsi le cadre de réanimation néonatale non impacté directement par l'évènement viendra en renfort de ses deux collègues des urgences pédiatriques et prendra en charge le rappel des personnels et la gestion des parcours des enfants relevant de l'urgence hors plan Blanc.

TEG1 Afin d'assurer un accompagnement de qualité des familles, nous avons dédié l'ensemble du plateau des consultations (salles d'attente et de consultation) à leur accueil en cas de déclenchement du plan Blanc. Tous les psychologues de l'HCE seront dès lors mobilisés et disponibles dans ce secteur à disposition des accompagnants.

TEG1 Nous avons également réfléchi à l'ouverture de lits supplémentaires avec les moyens locaux. Des lits de réanimation seront ainsi ouverts en salles de surveillance post-interventionnelle (SSPI) pédiatrique et gynécologique. De même, des lits de gynécologie accueilleront des enfants avec, bien entendu, la mobilisation de l'ensemble de leurs moyens humains et matériels.

TEG1 Enfin, la logistique a fait l'objet d'une attention approfondie afin d'être en mesure de faciliter le travail de tous à l'instant T, mais aussi durant les jours suivants la crise sanitaire (besoins en linge, alimentation…). Ceci a mis en évidence la nécessité de matériel supplémentaire, tant médical qu'hôtelier sur lesquels nous continuons de travailler avec nos directions et avec l'agence régionale de santé (ARS).

TEG1 Cette réflexion nous a aussi amené à nous questionner sur la prise en charge d'adultes, des parents blessés ne voulant pas laisser leurs enfants ou des victimes mal orientées, et sur les moyens à mettre en place pour leur apporter une réponse aussi satisfaisante que possible.

T1 Maintenir l'activité d'urgence "de routine"

Enfin, ce travail a concerné le maintien, dans une situation sanitaire exceptionnelle, d'une activité d'urgence dite "de routine" (même si nous savons par expérience que les urgences sont moins encombrées dans ce cas), en particulier pour continuer à prendre en charge les urgences obstétricales dans le même bâtiment.

Rédigé sous forme de fiches réflexe et de plans simplifiés, fruit d'une réflexion au plus près de la réalité, ce plan Blanc pédiatrique n'a encore, fort heureusement, jamais été utilisé. Il a cependant déjà été testé par deux fois mais sans vraiment aller au bout de ces essais car nous n'avons jamais été mis en situation réelle avec de faux patients (plastrons)… Ce sera chose faite durant ce premier semestre 2017 puisque notre direction travaille aujourd'hui à un exercice "grandeur nature".

T1 Conclusion

Désormais en cas de nécessité grave (attentat ou toute autre catastrophe sanitaire touchant des enfants), le plan Blanc pédiatrique du CHUGA permet de répondre à un afflux massif de jeunes victimes. C'est tout un hôpital spécialisé qui est désormais capable de se mettre au service de l'événement, de l'enfant, de sa famille et qui se mobilise pour faire face.

Le plan Blanc pédiatrique, constitué de vrais hôpitaux "rouge" et "vert", s'inscrit à présent à part entière dans le plan Blanc de l'établissement. La simulation programmée avec de faux patients devrait permettre d'identifier d'éventuelles lacunes de ce plan afin de l'améliorer encore. Déclaration de liens d'intérêts L'auteur déclare ne pas avoir de liens d'intérêts.


N I Khamidy Ab

J Laurencin

E Djurado

Improving the electrochemical performance of LaPrNiO4+δ as an oxygen electrode for intermediate temperature solid oxide cells by varying the architectural design

Keywords: Rare-earth nickelates, oxygen electrode, Intermediate Temperature Solid Oxide Cell, Electrostatic Spray Deposition, Electrochemical Impedance Spectroscopy

Rare earth nickelate, LaPrNiO4+δ (LPNO), is one of the most suitable oxygen electrode materials for Intermediate Temperature Solid Oxide Cells (IT-SOC). By using Electrostatic Spray Deposition (ESD) and Screen Printing (SP), various architectural designs of electrodes are fabricated on Ce0.9Gd0.1O2-δ (GDC) electrolyte. Three electrode configurations are investigated based on a single Active Functional Layer (AFL), a double layer of the same composition which is an AFL topped by a current collecting layer (CCL) and a triple layer which is mainly the double layer with an LPNO/GDC composite interface.

For each configuration, the electrode response and properties are analyzed by using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), X-ray diffraction and Scanning Electron Microscopy (SEM). The electrochemical properties are discussed as a function of the electrode design, microstructure, and composition with the presence of a higher order nickelate such as (La,Pr)3Ni2O7-δ. The electrochemical performance is enhanced thanks to better adhesion of the electrode onto the electrolyte, the presence of an LPNO/GDC composite interface, a more homogeneous distribution of fine grains, and a flatter electrode surface. A significant decrease in the polarization resistance (Rpol) is measured from 0.72, 0.50, and down to 0.20 Ω cm 2 at 600 °C from single to triple layer, respectively.

Introduction

Solid Oxide Cells (SOCs), which can be reversibly operated in fuel cells and electrolysis mode, normally work at high temperature between 800-1000 °C. This high operating temperature has several advantages, such as large fuel flexibility and no need to use expensive catalysts to reduce activation overpotentials [START_REF] Badwal | Review of progress in high temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Yang | Perovskite Sr1-xCexCoO3-δ (0.05 ≤ x ≤ 0.15) as superior cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF]. However, the high operating temperature limits the SOCs durability by inducing some microstructural evolution, material destabilization with inter-diffusion and reactivity. Moreover, specific stainless steels are required for the metallic interconnects to limit their corrosion when they are exposed to the oxidizing atmosphere at high temperature [START_REF] Badwal | Review of progress in high temperature solid oxide fuel cells[END_REF]. Finally, the accumulation of starts and shutdowns of the complete system leads to thermal cycles that can also cause some mechanical damaging [START_REF] Wachsman | Lowering the temperature of solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Brett | Intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF]5].

Therefore, it is of current interest to lower the operating temperature of SOC to around 650-800 °C (intermediate temperature SOC; IT-SOC) or even lower than 650 °C (low-temperature SOC; LT-SOC).

Lowering the operating temperature means that it is necessary, to reduce the activation of cell overpotentials. As the losses at the oxygen electrode are the highest, it is of central importance to improve the electrochemical process at low temperature and hence to enhance the oxygen reduction/evolution reaction (ORR for fuel cells and OER for electrolyzer cells) kinetics [START_REF] Yang | Perovskite Sr1-xCexCoO3-δ (0.05 ≤ x ≤ 0.15) as superior cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF][5]. For this purpose, one strategy consists in the development of new materials for the oxygen electrode with improved properties in terms of oxygen transport, electronic conductivity, and electrocatalytic activity. Nevertheless, these intrinsic properties of the material are not sufficient to get an efficient electrode since its microstructure and the interface with the electrolyte play also a key role on the performances and then must be optimized [5,7].

Among different propositions, one of the most promising families of materials for the oxygen electrode of IT-SOCs is based on the K2NiF4 structure such as rare-earth nickelates Ln2NiO4+δ (Ln = La, Pr, Nd) [START_REF] Brett | Intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Tarancon | Advances in layered oxide cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF].

These layered perovskite-related compounds are mixed ionic-electronic conductors (MIEC) and belong to the Ruddlesden-Popper phase which has a general formula of An+1BnO3n+1 with n = 1. The oxygen transport in the bulk of the nickelates is possible thanks to their oxygen over stoichiometry which presents O 2-ions into interstitial sites [START_REF] Chroneos | Anisotropic oxygen diffusion in tetragonal La2NiO4+d: molecular dynamics calculations[END_REF].

As a type of the rare-earth nickelates, lanthanum-praseodymium compounds La2-xPrxNiO4+δ (0 ≤ x ≤ 2) exhibit an adequate oxygen transport property and good electrochemical activities even at low temperatures. Indeed, they have at 600 °C typical diffusion coefficients in the range of 4 x 10 -8 to 9 x 10 -8 cm 2 s -1 and an oxygen surface exchange coefficient in the range of 1 x 10 -6 to 9 x 10 -6 cm s -1 . Besides, they present a good electric conductivity between 50 to 100 S cm -1 at 600 o C [START_REF] Boehm | Oxygen diffusion and transport properties in non-stoichiometric Ln2-xNiO4+δ oxides[END_REF]9].

Several studies on rare-earth nickelates, specifically lanthanum-praseodymium compounds, show that Larich materials exhibit better chemical stability, but less electrochemical performance compared to the Prrich nickelates [START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF][START_REF] Sharma | Design of interfaces in efficient Ln2NiO4+δ (Ln = La, Pr) cathodes for SOFC applications[END_REF][START_REF] Vibhu | Influence of La/Pr Ratio on the Ageing Properties of La2-xPrxNiO4+δ as Cathodes in IT-SOFCs[END_REF][START_REF] Nishimoto | Properties of La2-xPrxNiO4 cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Montenegro-Hernández | Thermal stability of Ln2NiO4+δ (Ln: La, Pr, Nd) and their chemical compatibility with YSZ and CGO solid electrolytes[END_REF]. In this work, we have reported the preparation of nickelates with La and Pr ratio of 1 (i.e. LaPrNiO4+δ, which will be abbreviated as LPNO thereafter) in order to maintain a balance between the chemical stability and the electrochemical performance. The effect of the microstructure and the architecture of LPNO on electrochemical properties and electrode performance is investigated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The samples are fabricated by two different techniques, namely screen printing (SP) and electrostatic spray deposition (ESD). ESD is a thin-film deposition technique based on electrohydrodynamic laws [START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF][START_REF] Sharma | Design of interfaces in efficient Ln2NiO4+δ (Ln = La, Pr) cathodes for SOFC applications[END_REF][START_REF] Marinha | Influence of electrospraying parameters on the microstructure of La0.6Sr0.4Co0.2F0.8O3-δ films for SOFCs[END_REF][START_REF] Princivalle | Microstructural investigations of nanostructured La(Sr)MnO3-δ films deposited by electrostatic spray deposition[END_REF][START_REF] Chen | Morphology control of thin LiCoO2, films fabricated using the electrostatic spray deposition (ESD) technique[END_REF][START_REF] Chen | Electrostatic spray deposition of thin layers of cathode materials for lithium battery[END_REF]. The precursor solution is injected through a needle in which a high positive voltage (few kilovolts) is applied to transform the droplet on the tip of the needle into a spray containing many smaller droplets. The spray is directed to a grounded and heated substrate and will then form a thin film deposited on the support.

Experimental

Symmetrical cell preparation

The symmetrical cells were prepared by depositing LPNO as the oxygen electrode on both sides of gadolinium-doped ceria (Ce0.9Gd0.1O2-δ; GDC) pellet, as the electrolyte. The dense GDC pellets, 1.1 mm thick and 19.6 mm in diameter, were prepared by pressing commercial powder (Praxair) followed by sintering at 1400 °C for 4 h in air. The oxygen electrodes, 14 mm in diameter, were deposited by screen printing (SP) and/or electrostatic spray deposition (ESD), depending on the architectural design of the electrode. In this work, SP was used for the deposition of both GDC and LPNO layers, while ESD was used to deposit only LPNO.

For the SP deposition, the inks were prepared by mixing powder (GDC or LPNO) and organic solvent (KD2921, Zschimmer, and Schwarz) with the mass ratio of 1:1 for LPNO ink and 2:3 for GDC ink, with an addition of 1 wt. % polyvinyl butyral (C8H14O2)n, Aldrich) as a binder. This mixture was stirred and then passed through the three-roll mill to further blend and homogenize the ink. The ink was then screenprinted on the substrate and then sintered.

The GDC powder for the ink was a commercial powder (Solvay), while the LPNO powder was prepared in the lab by auto-combustion technique. For auto-combustion, the precursor powders La(NO3)3.6H2O (Acros Organic, 98.00 %), Pr(NO3)3.6H2O (Sigma-Aldrich 99.90 %), and Ni(NO3)2.6H2O (Fischer Scientific, 99.00 %) in stoichiometric ratio, as well as 30 mol. % excess of citric acid C6H8O7 (Acros Organic, 99.5 %) as the chelating agent, were dissolved in absolute ethanol (C2H5OH or EtOH, VWR Chemical, 99.95%) in 0.02 M (total cation concentration). This solution was then heated at around 120 °C while maintaining the stirring until gel-like precipitates were formed and dried. The precipitates were manually ground and sintered in air subsequently at 1050 °C for 2 h and at 1100 °C for 0.5 h. The postsintered powder was then manually ground. In order to study the effect of the SP layer microstructure, a part of the LPNO powder was then ball-milled using a planetary ball mill for 2 h.

For the ESD technique, the precursor solution was prepared in the same way as the precursor solution for the preparation of LPNO powder by auto-combustion, but the solvent was a mixture of EtOH and H2O

(1:2). To stabilize the solution and prevent the formation of precipitates in the solution, 8 drops of nitric acid (HNO3, Chem-Lab, 65% vol.) were added for 30 mL of solution.

A systematic study of the effect of the ESD deposition parameters on the microstructure of La2-xPrxNiO4+δ had been reported recently [START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF]. Based on this previous work, we had selected the coral-type microstructure obtained by ESD thanks to a deposition temperature of 350 °C, a nozzle-to-substrate distance of 50 mm, a solution flow rate of 1.5 mL/h, and a long deposition time of 4.5 hours. During the ESD deposition, the voltage was fixed to approximately 12-14 kV. The sintering after ESD deposition was carried out at 960 °C for 6 hours in the air to promote crystallization and phase formation.

Fig. 1 shows the sketches of the four investigated architectures of the LPNO oxygen electrode which are described hereafter: the single layer electrode (SL) of LPNO is deposited on the GDC electrolyte by either SP (Fig. 1a) or ESD (Fig. 1b); the double layer electrode (DL) of LPNO consists of the active functional layer (AFL) deposited by ESD associated to the current collector layer (CCL) deposited by SP (Fig. 1c); the triple layer electrode (TL) in which the AFL is composed of a porous SP interlayer of GDC sandwiched between the dense electrolyte and the ESD layer of LPNO. The AFL is topped by the CCL of LPNO deposited by SP (Fig. 1d). All the samples discussed in this paper with the description of the preparation of each of them are listed in Table 1.

Structural and microstructural characterization

The structural characterization of the powders and films was carried out with X-ray diffraction (XRD, PANalytical X'pert Pro MPD, Cu Kα radiation, λ=1.5419 Å) in Bragg-Brentano geometry. An in-situ high-temperature XRD was also performed from 25 to 1200 °C using the same instrument equipped with a high-temperature chamber (Anton Paar HTK1200N). The phases were identified based on the powder diffraction file (PDF) from Internasional Centre for Diffraction Data (ICDD) and the cell parameters were obtained by refinement using Fullprof software [START_REF] Rodríguez-Carvajal | Recent advances in magnetic structure determination neutron powder diffraction[END_REF].

The morphology of the films was analyzed by scanning electron microscopy (SEM, ZEISS Ultra 55 instrument with a field emission gun (FEG)) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) for composition analysis. The average particle size was estimated from the SEM images by using ImageJ software.

Electrochemical characterization

The electrochemical characterization of the symmetrical cell was carried out by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique using autolab potentiostat-galvanostat (PGSTAT 302N). The measurements were performed in potentiostatic mode with a sinusoidal amplitude of 0.02 V in the 0.01 Hz -1MHz frequency range. The tests were conducted in ambient air at the open circuit potential (OCP) for a temperature ranging from 450°C to 700°C. Gold grids (Heraeus, 1024 meshes cm -2 woven from 0.06 mm in diameter wire) were used as current collectors. In the reported results, all the EIS diagrams had been normalized by the surface area (S) of the electrodes, which is 1.54 cm 2 . The impedance spectra were analyzed in terms of equivalent circuits with the EC-Lab® software. The polarization resistance (Rpol) value, which was used to quantify the electrode performances, is defined as:

= . 2
where S is the surface area of the electrode. The term Relectrode was deduced from impedance plotted in the Nyquist representation by measuring the difference between the low (LF) and high frequency (HF) intercepts with the real axis. In addition, series resistance (Rs) was also extracted from the Nyquist plot which is equal to the high frequency (HF) intercept with the real axis.

Results and Discussion

Structural characterization of LPNO as a powder, SP layer and, ESD layer

Crystallization of pure LaPrNiO4+δ (LPNO) powder prepared by auto-combustion for SP layer was obtained after calcination at 1050 °C for 2 h and at 1100 °C for 0.5 h in air, as shown by XRD (Fig. 2a).

The LaPrNiO4+δ phase was indexed to an orthorhombic unit cell with the Bmab space group (N° 64). The cell lattice parameters deduced from the Rietveld refinement (a = 5. 432(2) Ǻ, b = 5.475(8) Ǻ, and c = 12.586(9) Ǻ) are also in a good agreement with literature data [9,[START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF]. The prepared powder was screenprinted on GDC electrolyte and then the thermal stability of these SP films was tested by XRD after sintering firstly at 450 °C for 2 h in air to remove the organic solvent contained in the ink for SP and then followed by a sintering at different temperatures from 800 °C to 1200 °C (Fig. 2b). Up to 900 °C, the XRD patterns do not show the presence of any secondary phases. After 1100 °C, a minor contribution of a higher order nickelate such as (La,Pr)3Ni2O7-δ, referred to as (LP)3N2, can be detected. It appears that sintering at 1200 °C leads to a decrease of the (LP)3N2 content to some traces only.

The structural properties of as-deposited SL LPNO electrode by ESD on top on GDC were investigated using in-situ high-temperature XRD at a variable temperature from 25 °C to 1200 °C in order to better understand the phase evolution versus temperature (Fig. 2c). The fresh film, deposited by ESD at 350 °C, is found amorphous at 25 °C. The evolution of the XRD patterns reveals that the crystallization of the film starts at 600 °C with the appearance of broad peaks, quite difficult to index since there are a lot of possible phases in this 2θ range. From 700 to 900 °C, sharper peaks can be assigned to the most likely lanthanum-praseodymium oxide, (La,Pr)2O3. The targeted LaPrNiO4+δ (LPNO) structure starts to form at 925 °C, but at the same time, there is also the formation of a higher order nickelate such as (LP)3N2. At 950 °C, the signature of both LPNO and the higher order phase significantly increases, while the initial phase of lanthanum-praseodymium oxide significantly decreases. Above 950 and up to 1200 °C, the two phases of LPNO and higher order coexist and are quite stable, while the initial (La,Pr)2O3 phase has completely disappeared.

The difficulty to obtain single phase LPNO deposited by ESD might be explained by its fine microstructure (with a mean particle size of 130 nm estimated from the SEM image (sample 3) resulting in a more reactive material compared to the coarse SP microstructure (500 nm in sample 2) (Table 2).

Indeed, a study by Montenegro-Hernández et al. [START_REF] Montenegro-Hernández | Thermal stability of Ln2NiO4+δ (Ln: La, Pr, Nd) and their chemical compatibility with YSZ and CGO solid electrolytes[END_REF] has shown that both lanthanum and praseodymium nickelates are very chemically active if the particle size is submicronic. Also, the microstructure of the ESD layer (Fig. 3) is more 'open' with larger porosity than the SP one which may also explain the chemical reactivity (see §3.3).

This in-situ high-temperature XRD gives a rough estimation of the phase evolution because the diffractogram is taken just 30 minutes after the temperature reaches the set point. In line with the in-situ high-temperature XRD, the post-sintered ESD layer at 960 °C for 6 h in air contains LPNO phase with the presence of the small amount of higher order nickelate, (La,Pr)3Ni2O7-δ, as a secondary phase (Fig. 5a (i)). This phase, which is also a Ruddlesden-Popper phase with n = 2, has been reported to be an electrochemically active material [START_REF] Takahashi | Electrode properties of the Ruddlesden-Popper series, Lan+1NinO3n+1 (n = 1, 2, and 3), as intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Lou | High performance La3Ni2O7 cathode prepared by a facile sol-gel method for intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Park | XANES study on Ruddlesden-Popper phase, Lan+1NinO3n+1 (n = 1, 2 and ∞)[END_REF]. The effect of the presence of this secondary phase on the electrochemical performance of the LPNO electrode will be explained in more details in sub-section 3.4.

The durability study of the electrode in order to see whether the presence of the secondary phase affects the degradation is currently ongoing. It is worth to mention that a good adhesion checked by a scratch test of LPNO on GDC electrolyte was reached even after sintering at only 960 °C.

Equivalent circuit model for EIS data fitting

As previously mentioned, the EIS data fitting with an equivalent electrical circuit is necessary for the accurate determination of the series and electrode polarization resistances. Besides, the EIS fitting can be also used to interpret the electrode reaction mechanism associated with the electrochemical performances.

Indeed, under the assumption that each element of the electrical circuit can be associated to a physical process with a given time constant, the analyses of the fitting results can be helpful to identify the colimiting steps of the reaction pathway [START_REF] Lai | Impedance spectroscopy as a tool for chemical and electrochemical analysis of mixed conductors: A case study of ceria[END_REF]. In this work, an equivalent circuit, which is schematically shown on the inset of Fig. 4a, 5b, 7g, was used to fit the EIS data of all the samples. The circuit consists of several elements in series and is composed of:

(1) an inductor (L) to take into account the contribution from the wire and interconnection,

(2) a resistance (Rs) corresponding to the pure ohmic contribution of the electrolyte (also called the series resistance),

(3) a resistance in parallel to a constant phase element (R1//CPE) to account for the high frequencies process (more than 10 2 Hz) ascribed to the ionic transfer at the electrode/electrolyte interface (indicated as P1). This process is also indicated by a low capacitance values (10 -5 -10 -4 F/cm 2 ) [START_REF] Adler | Factors governing oxygen reduction in solid oxide fuel cell cathodes[END_REF],

(4) a fractal Gerischer element (Gf) in parallel with a capacitor (C2) for the process arising at medium frequencies (1-100 Hz, indicated as P2) and associated with a large capacitance value (10 -3 -10 F/cm 2 ).

The fractal Gerischer element, which takes into account for a deviation from the ideal Gerischer, represents the solid-state diffusion in the bulk convoluted with the charge transfer reaction taking place at the surface of the LPNO particles [7]. It was shown in a previous study that the capacitor element allows improving the global quality of fitting for this medium frequency contribution [START_REF] Çelikbilek | Influence of sintering temperature on morphology and electrochemical performance of LSCF/GDC composite films as efficient cathode for SOFC[END_REF]. However, the underlying physical process associated with this capacitor is still not clear. It could be due to the presence of oxygen ions attached on the surface of LPNO involving a surface double layer characterized by its capacitance. In this view, the rate of oxygen incorporation/excorporation from LPNO would not be purely chemical, but described by a Bulter-Volmer electrochemical reaction as proposed by Fleig for mixed conducting electrodes [START_REF] Fleig | On the current-voltage characteristics of charge transfer reactions at mixed conducting electrodes on solid electrolytes[END_REF],

(5) a finite-length Warburg element (FLW) to account for the gas transfer that appears at low frequencies (less than 1 Hz, indicated as P3) [START_REF] Boukamp | Electrochemical impedance spectroscopy in solid state ionics: recent advances[END_REF][START_REF] Jacobsen | Diffusion and conversion impedance in solid oxide fuel cells[END_REF]. As this gas diffusional process is not thermally activated, this contribution starts to be important especially at a temperature higher than 600 o C. Indeed, the rate of oxygen incorporation/excorporation step strongly improves with increasing the temperature leading to reduce the contribution of P2 and resulting in the appearance of P3.

Influence of the electrode/electrolyte interface quality on the performance of the LPNO electrode

As detailed in Table 1, three different single layers (SL) have been deposited by either SP or ESD on GDC electrolyte (i.e. samples 1-3). Two SL electrodes have been deposited by SP and then sintered at two different temperatures in air: 450 o C for 2 h + 800 °C for 2 h (sample 1) and 450 °C for 2 h + 1050 º C for 2 h + 1100 °C for 0.5 h (sample 2). In both samples, the powder used for SP was manually ground.

Another single layer electrode is prepared by ESD and sintered at 960 °C for 6 h in air (sample 3).

The electrodes microstructure has been characterized by SEM. For sample 1, the observations have revealed that the layer is poorly bonded to the substrate. This issue is probably due to a too low final sintering temperature of 800 °C necessary to achieve good adhesion between LPNO and GDC electrolyte for the SP layer. As shown for sample 2 in Fig. 3a, a sintering temperature of at least 1100 °C is required to obtain good contact and avoid any delamination between the electrode and the electrolyte. The thickness and average particle size of sample 2 are around 38 µm and 500 nm, respectively (Fig. 3a and3b). It is worth noting the presence of large agglomerates which are certainly the consequence of a manual and heterogeneous grinding of the SP powder. Meanwhile, the thickness and average particle size of sample 3 are 27 µm and 130 nm, respectively (Fig. 3c and3d). As expected from our previous work [START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF] using the same ESD conditions, the 'coral-like' microstructure is clearly observed. This unique microstructure is obtained due to the deposition parameters described in §2.1 resulting in small and drier arriving droplets on the substrate and promote the preferential landing of these droplets [START_REF] Chen | Morphology control of thin LiCoO2, films fabricated using the electrostatic spray deposition (ESD) technique[END_REF]. Close observation on the electrode/electrolyte interface shows that the LPNO is continuously deposited along with the interface. It is also clear that the ESD layer is more porous than the SP layer, especially close to the surface. That means that the ESD layer has a more 'open' surface.

To study the impact of the electrode/electrolyte interface quality on the electrode response, electrochemical characterizations by EIS have been performed on the symmetrical cells for the three samples. The Arrhenius plots of polarization resistance (Rpol, Ω cm 2 ) versus the inverse of temperature (1000/T, K -1 ) for the three electrodes are presented in Fig. 4a, while the Nyquist and Bode plots at 500, 600, and 700 °C are presented in Fig. 4b-4g. As expected, the Rpol values decrease when the temperature is increased for all samples. The frequency is also shifted to higher values as temperature increases as shown by the Bode representation which can be attributed to the faster oxygen exchange at the surface [START_REF] Li | A novel La2NiO4+δ-La3Ni2O7-δ-Ce0.55La0.45O2-δ ternary composite cathode prepared by the co-synthesis method for IT-SOFCs[END_REF][START_REF] Zurlo | La0.8Sr0.2Fe0.8Cu0.2O3-δ as "cobalt-free" cathode for La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ electrolyte[END_REF]. A significant improvement on the electrode performance is clearly observed for sample 2 as compared to sample 1. Both electrodes are deposited by SP but as mentioned previously, the electrode/electrolyte interface of sample 1 was partially delaminated in contrast to sample 2. Therefore, the high Rpol of sample 1 can be attributed to the poor adhesion of the electrode on the GDC electrolyte limiting the ionic transfer. This hypothesis is supported by the impedance diagrams plotted in the Nyquist and Bode planes. The shape of the Nyquist plots of samples 1 and 2 are different. From the Bode plots, it can be seen that there is a large contribution at high frequencies for sample 1 associated to the process P1 for all temperatures, while for sample 2 this contribution is smaller and becomes negligible at a temperature more than 600 o C. As mentioned in §3.2, this process is attributed to the ionic transfer across the electrode/electrolyte interface and is thus enlarged for the delaminated layer of sample 1.

A crossing of Arrhenius plots between sample 2 and sample 3 (Fig. 4a) can be observed at 550 °C.

Indeed, at a temperature lower than 550 °C, ESD layer (sample 3) performs slightly better than the one of the SP layer (sample 2). Above 550 °C, a reverse behavior is detected. It is primordial to consider key parameters such as the microstructure (particle size, porosity, etc.), the purity, the interfaces (the electrode/electrolyte one and the electrode surface) to compare electrochemical properties of both samples. The reasons why the ESD film is performing better at low temperature are certainly triple. First, ESD films are characterized by particles at the nanometer-length scale (Fig. 3, Table 2) which are much more electrochemically active than in the case of sample 2. Second, both samples also present good electrode/electrolyte interface as no delamination is observed on either sample. However, unlike for sample 2, the process at higher frequency (P1) is unnoticeable for sample 3 at all temperatures (Fig. 4c,4e,4g) which implies that the electrode/electrolyte interface is even better for the electrode deposited by ESD in consequence of the continuous contact formed at the interface as seen by SEM observation (Fig. 3). Thus, it appears that better adherence is reached for LPNO ESD layer and GDC electrolyte even after sintering at only 960 ºC than after sintering at 1100 ºC for the SP layer. Thirdly, another point to consider is the secondary phase of (LP)3N2, which is present in a larger content in sample 3 than in sample 2 (Fig. 2b (iii) and Fig. 5a (i)). This secondary phase is also electrochemically active and can help to improve the performance, especially at a higher temperature, as explained in more details in §3.4. If one refers to a temperature above 550 ºC, sample 2 is performing better than sample 3 (Fig. 4a). In this case, at a higher temperature, a much better contact is reached between the electrode and the gold grid of the measurement setup and especially for sample 2. Indeed, sample 2 is characterized by a flatter surface than the one of sample 3 which presents a rough electrode surface due to the coral-like microstructure of layer deposited by ESD (Fig. 3). At lower temperature, the smaller particle size, higher amount of the secondary phase, and the better electrode/electrolyte interface of the ESD layer with comparison to the SP one play key a role in the performance of the electrode. However, at a higher temperature, it seems that the better electrode surface of the SP layer becomes more important.

Influence of the secondary higher order phase on the electrochemical performance of the ESD layer

In order to investigate the effect of the secondary phase present in the ESD layer, three DL electrodes with different annealing temperatures have been prepared (samples 4-6, Table 1). The manufacturing of the double layer electrodes starts with the deposition of an AFL of LPNO by ESD which is then followed by the coating of a CCL LPNO by SP. A sintering step is required after each deposition step. The sintering after ESD has been carried out at 960 °C for 6 h in air and is referred to as the first sintering, while the one after SP is referred to as the second sintering. It is of great importance to characterize the nature of phases present in the ESD layer after the second sintering temperature. For that, the ESD layers have been annealed at three different temperatures after the first sintering and then characterized by XRD.

Fig. 5a shows the XRD patterns of the ESD layer after first sintering (i) and after second sintering in air at 450 °C for 2 h + 800 °C for 2 h (ii), 450 °C for 2 h + 900 °C for 2 h (iii), and 450 °C for 2 h + 1050 °C for 2 h + 1100 °C for 0.5 h (iv). It is clear that from XRD there is no other new phase detected for all the samples after the first sintering. The second annealing at 800 o C confirms that there is no change on the composition of the phase, while the second one at temperature larger than 800 o C leads to a larger amount of the secondary phase which is the higher order nickelate, (LP)3N2. However, after 900 °C, the content of the secondary phase is reaching a maximum as seen in Fig. 5a (iii) and 5a (iv). From the literature, the higher order nickelates of Ruddlesden-Popper with n = 2 and 3 have been reported to be also active materials with higher electrical conductivity compared to the lower order nickelates [START_REF] Takahashi | Electrode properties of the Ruddlesden-Popper series, Lan+1NinO3n+1 (n = 1, 2, and 3), as intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Lou | High performance La3Ni2O7 cathode prepared by a facile sol-gel method for intermediate temperature solid oxide fuel cells[END_REF][START_REF] Park | XANES study on Ruddlesden-Popper phase, Lan+1NinO3n+1 (n = 1, 2 and ∞)[END_REF]. Thus, the presence of a high-order nickelate as a secondary phase may improve the electrode performance. A study shows that the composite based on a mixture of La2NiO4+δ and La4Ni3O10-δ (another Ruddlesden-Popper phase with n = 3) presents a lower polarization resistance than the one of an individual single phase, especially at a temperature higher than 600 °C [START_REF] Woolley | Novel La2NiO4+δ and La4Ni3O10-δ composites for solid oxide fuel cell cathodes[END_REF]. In another work, composite of La2NiO4+δ-La3Ni2O7δ-Ce0.55La0.45O2-δ (an ionic conductor) also shows a good performance with Rpol of 1.11 Ω cm 2 at 600 °C [START_REF] Li | A novel La2NiO4+δ-La3Ni2O7-δ-Ce0.55La0.45O2-δ ternary composite cathode prepared by the co-synthesis method for IT-SOFCs[END_REF]. Therefore, the impact on the electrochemical performance of the different amount of the higher thick and shows an average particle size of 150 nm, which means that the layer is more densified and has slightly bigger particle size than the ESD layer after the first sintering (Fig. 3c and3d). There are no SEM images for the ESD layer of sample 4, but it can be expected that there is less densification and grain growth compared to the ESD layer of sample 5 due to the lower second sintering temperature. Thus, despite its unfavorable microstructural coarsening, it can be concluded that the improvement of the performance of sample 5 is mainly due to the presence of a higher amount of the (LP)3N2 secondary phase. Secondly, as shown in Fig. 5b, sample 6 exhibits a different thermal behavior as sample 5 even though both of them have a similar amount of the secondary phase in the ESD layer. Sample 6 has the highest Rpol between the three samples at low temperature, then the Rpol becomes smaller than sample 4 at a temperature higher than 600 o C, while its value is similar to sample 5 at 700 o C. From the cross-section images (Fig. S1c andS1d), the ESD layer of sample 6 has a thickness of 10 μm and an average particle size of 200 nm, indicating quite a severe densification and grain growth. Thus, the electrode is less performing at low temperature due to the low specific surface area which reduces the number of sites where the reaction of oxygen incorporation can take place. However, as the temperature increases, the presence of the higher order secondary phase in this electrode helps to significantly improves the electrode performance. It can be safely deduced that the impact of the higher order phase on the electrode performance is sufficiently thermally activated to overcome the effect of the microstructure densification.

The different behavior of the three samples is also evident from the activation energy values which are 0.95, 1.08, 1.21 eV for samples 4, 5, and 6, respectively (Table 2). From the Nyquist and Bode plots in Fig. 5c-5h, there is no detectable contribution of P1 for the temperature range which is in agreement with the results of sample 3 in the previous sub-section. In other words, the first layer of samples 4 to 6 deposited also by ESD ensures a very good contact in such a way the ionic transfer at the electrode/electrolyte interface is not limiting. The process P3 assigned to the gas diffusion starts to be important at 600 °C for all three samples. The shapes of the Nyquist plots as well as the frequency distribution are also similar for all samples.

Influence of the CCL microstructure on the performance of the electrode

In both DL and TL electrode configurations, a CCL of LPNO was deposited by SP. As discussed in subsection 3.3, the cross-section of the single SP layer (Fig. 3a) shows that the LPNO particles form big agglomerates which are detrimental especially for the DL and TL electrodes. Indeed, these agglomerates may compress the AFL deposited by ESD beneath and consequently, deteriorate its fine microstructure.

Therefore, a part of the LPNO powder for SP was previously ball-milled in a planetary ball mill for 2 h to reduce the particle size and then used in the preparation of the ink for screen-printing the CCL. The microstructure, as well as the electrochemical performance, were then compared to the powder without ball-milling. The SEM images of the LPNO powder before and after ball-milling are shown in Fig. 6a-6b and 6c-6d, respectively. Qualitatively, it is clear to see that the particles of the ball-milled powder are significantly well-separated rather than clumped together in agglomerates as in the non-ball-milled powder. The average agglomerate size of the non-ball-milled powder is 13.75 μm with an average particle size of 300 nm. After ball-milling, the average particle size is decreased to 160 nm. The effect of the smaller and well-separated particles of the LPNO powder is also clearly evident on the final microstructure of the DL electrode. In Fig. 6e, non-ball-milled powder is used as the CCL. The big agglomerates are clearly compressing the 'coral-like' microstructure of the ESD layer beneath which makes it difficult to distinguish both layers. On the other hand, the much smaller particle size of the ballmilled powder preserves the microstructure of the ESD layer as shown in Fig. 6f.

The EIS results further validate that the ball-milled powder does not only improve the quality of the microstructure but also the electrochemical performance of the electrode. The EIS study was carried out by comparing sample 4 to sample 7. Both electrodes were prepared following the same manufacturing protocol except that the ball-milled powder was used for the CCL deposit of sample 7. The Arrhenius plot in Fig. 7g shows that the polarization resistance of sample 7 is smaller whatever the operating temperature. From the Nyquist and Bode representations at 500, 600, and 700 °C in Fig. 7a-f, the contribution of P2 is significantly decreased and the frequency is slightly shifted to higher values for sample 7, indicating the improvement on the oxygen incorporation with a faster oxygen exchange on the surface. These improvements must be attributed to the combination of smaller particle size of the CCL layer and the preserved microstructure of the AFL layer prepared by ESD. Both factors ensure the large specific surface area as well as the porosity to promote a more efficient reaction to take place. For both samples, the contribution of P3 starts to be visible at 600 °C.

The same study was also performed for the TL electrode. The cross-section of the AFL of a TL electrode, which comprises of GDC deposited by SP and LPNO deposited by ESD, is presented in Fig. 6g and6h.

The thickness of the GDC SP layer is 6 μm with the average particle size of 150 nm. Since this SP layer is porous and the particle size is slightly larger than LPNO ESD layer, it was expected that the particle of LPNO would penetrate into the SP layer to form a composite of LPNO and GDC. This proposition is confirmed by the EDX analysis carried out across the thickness of GDC SP layer, in which the LPNO particles penetrate into the GDC SP layer as deep as 3 μm from the LPNO ESD/GDC SP interface. As in the study of DL electrodes previously discussed, two electrodes were prepared. Sample 8 was prepared with the non-ball-milled powder and sample 9 with the ball-milled powder. The EIS results are also presented in Fig. 7a-g. Similar results as the DL electrodes are obtained. Sample 9 exhibits the lowest polarization resistances with the smallest P2 contribution for all the temperature range. As expected, the frequency distribution is also shifted towards higher values. Besides, the contribution of P3 also starts to be more important at 600 o C. However, for the TL electrodes configuration, a high frequency contribution associated with the ionic transfer process P1 arises at low temperatures (T ≤ 600 °C). The appearance of such a high frequency process cannot be ascribed to the CCL and must be related to the quality of the electrolyte interface dependent on the GDC SP layer for this electrode configuration. It will be further explained in the next sub-section.

Influence of the various architectural designs on the performance of the electrode

Three LPNO electrodes which have been discussed separately in sub-sections 3. Compared to the single layer (sample 3), the improvement of the performance for the DL electrode (sample 7) could be attributed to a better electrode surface. Indeed, although the ESD layer has a good electrode/electrolyte interface, its surface is very rough (as mentioned in sub-section 3.3). Thus, by depositing an SP coating on top of the ESD layer, the electrode surface is flatter promoting a better contact and current collection with the gold grid of the measurement setup.

The performance is then further improved on TL electrode in which a layer of GDC is deposited by SP prior to the deposition of LPNO by ESD (sample 9). As mentioned in the previous sub-section, this configuration results in the formation of an LPNO-GDC composite interlayer. The composite is expected to improve the mechanical contact between the LPNO and the GDC. Moreover, the oxygen solid-state diffusion must be favored thanks to the GDC backbone leading to the extension of the reaction in the electrode thickness and hence increasing the performances. This mechanism has been already proven in a previous study dedicated to TL electrode configuration with La2NiO4+δ and Pr2NiO4+δ nickelates [START_REF] Sharma | Design of interfaces in efficient Ln2NiO4+δ (Ln = La, Pr) cathodes for SOFC applications[END_REF].

Thus, it can be reasonably proposed here that the same phenomenon could explain the better performances of the TL electrode with LPNO. As shown in the Bode plots in Fig. 7b, 7d, 7f, this proposition is in good agreement with the smaller contribution of P2 for the TL electrodes as compared to the DL configurations. Finally, the contribution of P1 associated to the GDC/LPNO interface, which was not noticeable on both SL ESD and DL electrodes, becomes detectable for TL electrode at the intermediate and low operating temperatures (T ≤ 600 °C). Even if the explanation is still unclear, the detection of P1 for the TL electrodes could come from a co-limitation arising at low temperatures for the oxygen bulk diffusion and the ionic transfer in the thickness of the composite. Moreover, a contribution of triple phase boundary lines according to a surface path could not be excluded for this kind of LPNO/GDC composite electrode. Nevertheless, further investigations are still needed to better understand the precise reaction pathway for this kind of electrodes.

Conclusions

In this work, the influence of microstructure and architectural design on the electrochemical performance of LPNO as an oxygen electrode material for IT-SOCs have been studied. Firstly, it has been shown that the good adhesion between the electrode and the electrolyte plays a key role in the global performances.

This property can be achieved by optimizing the sintering condition for the SP electrode or by using alternative manufacturing processes, such as ESD, which are well-suited to make a continuous electrode/electrolyte interface. For the LPNO electrode, it has been found that a sintering temperature as high as 1100 o C is required to obtain good adhesion for the SL SP layer while a sintering temperature at only 960 °C is sufficient for SL ESD. Secondly, it has been highlighted that the quality of the CCL is also crucial since it can affect the final microstructure of the active functional electrode for the multi-layer configurations. A ball-milling step on the LPNO powder for SP prepared by auto-combustion is proven to improve the final microstructure as well as the performance of the electrode. Then, the performance of the electrode can be also further improved by improving the electrode/electrolyte interface and electrode surface as indicated by the decrease of Rpol from 0.72, 0.50, and down to 0.20 Ω cm 2 at 600 º C for SL ESD, DL, and TL electrodes, respectively. Lastly, the presence of secondary higher order phase nickelates, (LP)3N2, evidently help to improve the performance especially at a higher temperature.

Graphical abstract

LaPrNiO4+δ (LPNO) oxygen electrode for intermediate temperature solid oxide cells is designed using screen printing (SP) and electrostatic spray deposition (ESD). The electrode performance is improved as the configuration evolves from single layer deposited by ESD to double layer and then triple layer. The triple layer electrode presents an excellent performance with the polarization resistance of 0.20 Ω cm 2 at 600 ºC. DL [START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF] SL SP [9] SL ESD [START_REF] Sharma | Design of La2-xPrxNiO4+δ SOFC cathodes: a compromise between electrochemical performance and thermodynamic stability[END_REF]

  order nickelates (LP)3N2 in the ESD layer for the DL electrodes has been investigated by EIS. For this purpose, three double layer symmetrical cells have been prepared which are called sample 4 (second final sintering at 800 o C), sample 5 (second final sintering at 900 o C), and sample 6 (second final sintering at 1100 o C). As shown in Fig.5b, the three electrodes show different electrochemical behavior depending on the temperature. Firstly, sample 5 presents lower Rpol compared to sample 4 for all the temperature range, while the difference is enhanced when the temperature is increased. From the cross-section image obtained by SEM (cf. Fig.S1aand S1b in the supplementary), the ESD layer of sample 5 is only 20 μm-

  3-3.5 are selected for comparison in order to study the influence of various architectural designs on the electrochemical performance. The samples are the SL ESD (sample 3), DL (sample 7), and TL (sample 9), all sintered at a maximum temperature of 960 °C. The SL SP was excluded from this study since the electrode/electrolyte interface was discontinuous. The details of the Nyquist and Bode plots comparison between the three electrodes are provided in Fig. S2. The Arrhenius plot of the three electrodes is presented in Fig. 7h. The Rpol of sample 7 is lower than sample 3 whereas the best performances are achieved with sample 9.

Fig. 1

 1 Fig. 1 Schematic diagrams of different architectural designs of LPNO electrode: (a) single layer (SL) LPNO deposited by screen printing (SP), (b) single layer (SL) LPNO deposited by ESD (ESD), (c) double layer (DL) of LPNO AFL deposited by ESD topped by LPNO CCL deposited by SP, and (d) triple layer electrode (TL) in which the AFL is a GDC interlayer deposited by SP topped by LPNO deposited by ESD and the CCL is LPNO deposited by SP.

Fig. 2 Fig. 3

 23 Fig. 2 XRD of (a) LPNO powder prepared by auto-combustion and calcined at 1050 °C/2 h + 1100 °C/0.5 h in air and (b) screen-printed layers of LPNO on GDC sintered in air at (i) 450 o C/2 h + 800 °C/2 h, (ii) 450 o C/2 h + 900 °C/2 h, (iii) 450 o C/2 h + 1050 °C/2 h + 1100 o C/0.5 h, and (iv) 450 o C/2 h + 1200 °C/2 h; (c) In-situ high temperature XRD from 25 to 1200 °C of the as-deposited SL LPNO electrode by ESD.

Fig. 4

 4 Fig. 4 (a) Arrhenius plots of polarization resistance (Rpol) versus temperature of samples 1, 2 and 3; (b), (d), (f) Nyquist plots and (c), (e), (g) Bode plots of Sample 1, 2, and 3 at 500, 600, and 700 °C, respectively. The Nyquist plots are plotted by subtracting the contribution of the series resistance and the numbers on the Nyquist plots indicate the logarithmic of the frequencies.

Fig. 5

 5 Fig. 5 (a) XRD patterns of the ESD layer (i) as-sintered at 960 °C for 6 h in air, post-second-sintered in air at (ii) 450 º C/2 h + 800 ºC/2 h, (iii) 450 º C/2 h + 900 ºC/2 h, and (iv) 450 º C/2 h + 1050 ºC/2 h + 1100 ºC/0.5 h ; (b) Arrhenius plots of polarization resistance (Rpol) versus temperature for samples 4, 5, and 6; (c), (e), (g) Nyquist plots and (d), (f), (h) Bode plots of Sample 4, 5, and 6 at 500, 600, and 700 °C, respectively. The Nyquist plots are plotted by subtracting the contribution of the series resistance and the numbers on the Nyquist plots indicate the logarithmic of the frequencies.

Fig. 6

 6 Fig. 6 SEM images of (a), (b) LPNO powder before ball-milling; (c),(d) LPNO powder after ball-milling; the cross-section of the double layer electrodes (e) with non-ball-milled LPNO powder and (f) with ballmilled LPNO powder as the CCL; and (g),(h) the cross-section of the triple layer electrode at two different magnifications. The dashed white line indicates the interfaces.

Fig. 7

 7 Fig. 7 (a), (c), (e) Nyquist plots and (b), (d), (f) Bode plots of Sample 4, 7, 8, and 9 at 500, 600, and 700 °C, respectively. The Nyquist plots are plotted by subtracting the contribution of the series resistance and the numbers on the Nyquist plots indicate the logarithmic of the frequencies. Arrhenius plots of polarization resistance (Rpol) versus temperature for (g) Sample 4, 7, 8, and 9; and (h) Sample 3, 7, and 9 as well as values from several references.

•

  GDC = Ce 0.9 Gd 0.1 O 2-δ • = Electrostatic Spray Deposition • SP = Screen Printing • AFL = Active Functional Layer • CCL = Current Collector Layer

Table 2

 2 Summary of the thickness, particle size, polarization resistance (Rpol) and activation energy values at 600 °C for all the samples.

				Rpol (Ω cm²)
	Sample #	Thickness (μm)	Particle size (nm)	at 600 o C	Ea (eV)
	Sample 1	N/A	N/A	2.51	1.06
	Sample 2	38	500	0.63	1.17
	Sample 3	27	130	0.72	1.06
	Sample 4	50 (total ESD+SP)	N/A	1.02	0.95
	Sample 5	20 (ESD layer only)	150 (ESD layer)	0.69	1.08
	Sample 6	10 (ESD layer only)	200 (ESD layer)	0.95	1.21
	Sample 7	38 (total ESD+SP)	N/A	0.50	1.08
	Sample 8 6 (GDC SP), 25 (GDC SP+LPNO ESD)	150 nm (GDC SP)	0.23	1.14
	Sample 9 6 (GDC SP), 25 (GDC SP+LPNO ESD)	150 nm (GDC SP)	0.20	1.12

Acknowledgements

This work was funded by the project Mimosa from "Institut Carnot Energies du Futur". The authors would like to thank T. Encinas for XRD and F. Charlot for SEM and EDX analyses in CMTC (Grenoble INP, France). XRD temperature chamber was used with the support of the Inkermann Fund, under the auspices of the Fondation de France.


Dochead

Adresse e-mail : julien54mail@hotmail.fr (J. Rebmann).

Déclaration de liens d'intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d'intérêts.

Le décubitus ventral (DV) est une position couramment utilisée en service de réanimation : le patient est allongé sur le ventre. Cette technique permet notamment de traiter les personnes présentant un syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), entraînant un mauvais échange gazeux au niveau des alvéoles pulmonaires, et par conséquent une hypoxémie sévère (chute du taux d'oxygène dans le sang). TEG1 Elle est utilisée lorsque la ventilation artificielle ne permet pas une oxygénation adéquate du patient, malgré un apport important du respirateur en oxygène (fraction inspirée d'oxygène [FiO2] inférieure ou égale à 100 %). TEG1 Les objectifs sont donc une meilleure oxygénation ainsi qu'une meilleure ventilation du patient sous assistance respiratoire (patient intubé et ventilé artificiellement par un respirateur).

© 2016 published by Elsevier. This manuscript is made available under the CC BY NC user license https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ Version of Record: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1166341316301762 © DR

T1 Trois phases

La mise en place du patient dans cette position se déroule généralement en trois phases : la préparation, le déroulement du changement de position et enfin l'installation et la surveillance. Cette technique nécessite une grande coordination entre les personnels concernés, mobilisant dans l'idéal six personnes. Outre le binôme infirmier/aide-soignant, elle implique également la participation indispensable du médecin et du kinésithérapeute. Le confort du patient et la prévention des différents risques liés à cette position sont également très importants.

T2 La préparation TEG1 Le positionnement en DV du patient demande une préparation minutieuse du patient luimême mais également de son environnement : les différentes sondes (intubation, nasogastrique, urinaire, thermique 1 …), cathéters (voie veineuse centrale, cathéter artériel, cathéter de dialyse…), tubulures de perfusion, seringues électriques et fils de surveillance scope (électrocardiogramme, pression artérielle, capteur de saturation en oxygène) sont autant d'obstacles qu'il faut prendre en compte. Le débranchement ou l'arrachement d'un ou plusieurs de ces éléments auraient des conséquences graves, voire catastrophiques. TEG1 Le rôle de l'aide-soignant en collaboration avec l'infirmier est donc de trier ces équipements, de les démêler et de s'assurer d'avoir suffisamment de longueur pour pouvoir les déplacer en même temps que le patient, en toute sécurité. L'aide-soignant s'assure également que la chambre du patient est méthodiquement rangée et que l'espace autour du lit est suffisant avant toute manoeuvre. TEG1 Le patient, toujours en décubitus dorsal à ce stade, doit bénéficier de quelques soins avant tout changement de position. En effet, cette dernière ne permettra pas ou peu de réaliser des soins de confort et d'hygiène (toilette complète, soins de bouche, soins oculaires, frictions des points d'appuis…) comme pour un patient en décubitus dorsal, tout en sachant qu'il pourra rester sur le ventre entre 6 et 12 heures. Il faut donc au préalable réaliser une toilette partielle (face avant du patient), un soin de bouche minutieux, ainsi que des soins oculaires (nettoyage et application de crème à base de vitamine A sous les paupières, ces dernières sont recouvertes de compresses oculaires afin de protéger au mieux les yeux). TEG1 Une fois les soins de confort et d'hygiène auprès du patient réalisés, l'aide-soignant et le kinésithérapeute préparent les différents coussins qui seront placés sous le patient. Il s'agit en particulier d'un coussin pour la partie thoracique du patient, deux coussins pour chaque crête iliaque, une gélatine circulaire qui permettra de caler la tête du patient et pour finir deux coussins au niveau des chevilles afin d'éviter les points d'appuis à l'extrémité des membres inférieurs. Ces coussins sont spécifiquement adaptés afin d'éviter tout traumatisme lié à la position particulière du patient. Ils viennent en complément de mesures de prévention des escarres comme la mise sur un matelas à air pulsé. TEG1 Les complications liées à un mauvais positionnement du patient peuvent être de natures diverses : escarres, déformations articulaires, rétractions tendineuses, compressions nerveuses, troubles circulatoires… T2 Déroulement du changement de position TEG1 La présence de six personnes lors de la mise en DV est idéale. Deux personnes (infirmier, aidesoignant et/ou kinésithérapeute) de chaque côté du lit, le médecin à la tête du patient, ainsi qu'une dernière personne (infirmier, aide-soignant ou kinésithérapeute) forment l'équipe qui procèdera à la manoeuvre. Les quatre personnes situées aux côtés du lit se chargeront de placer le patient en décubitus latéral dans un premier temps, puis de soulever celui-ci en "monobloc" afin de pouvoir insérer les coussins sous le patient.

TEG1 Le médecin placé à la tête du lit dirigera la manoeuvre dans son ensemble et s'occupera plus particulièrement de maintenir la sonde d'intubation pour éviter son arrachement ou sa plicature 2 . TEG1 Enfin, la dernière personne sera occupée à déplacer les électrodes du patient du thorax sur le dos, puis à positionner les coussins avec précision lorsque celui-ci sera soulevé par les autres membres de l'équipe. Elle s'occupera également de surveiller les différents éléments reliés au patient (tubulures, fils, capteurs…) afin qu'ils suivent la mobilisation sans provoquer d'obstacles ou de ruptures. TEG1 Une fois l'équipe en place et le rôle de chacun bien défini, la procédure peut alors commencer (figure 2). Le patient, encore en décubitus dorsal, est dans un premier temps rapproché le plus près possible d'un des bords du lit (droit ou gauche, selon le positionnement de la voie centrale et donc des rampes de seringues électriques). Rebmann figure 2.tif Figure 2. Positionnement du patient en décubitus ventral. © DR TEG1 Le drap du patient est placé le plus possible sous ce dernier afin de pouvoir le remplacer lors de la mobilisation. Le drap propre est partiellement mis en place, comme pour une réfection de lit classique, en s'assurant cependant de laisser suffisamment de marge lorsque le patient sera sur le ventre. TEG1 Le bras homolatéral au retournement est placé le long du corps du malade, en pronation, pour protéger l'épaule lors de la mobilisation. Les quatre personnes situées sur les côtés du lit commencent alors à placer lentement le patient en décubitus latéral, le médecin accompagnant la tête du patient dans le mouvement. TEG1 Une fois le patient placé en position latérale, les électrodes placées sur le thorax sont retirées et de nouvelles sont mises en place sur le dos. Une partie de l'équipe, située sur un des côtés du lit, profite de ce moment pour retirer l'ancien drap du patient. TEG1 Alors que le drap propre est tiré, le patient bascule lentement sur le ventre, accompagné dans son mouvement par le médecin et par l'équipe répartie sur les bords du lit. Le malade est désormais en DV, il ne reste plus qu'à positionner avec précision les différents coussins. Le patient est alors soulevé en "monobloc" par cinq personnes, la sixième place au mieux les coussins (au niveau thoracique et iliaque). TEG1 La manoeuvre du lever est délicate car le curare inhibe totalement le tonus musculaire du patient. Le médecin, maintenant la tête de ce dernier, porte donc une attention particulière à l'alignement du rachis cervical avec le reste du corps, afin d'éviter toute désarticulation accidentelle qui aurait des conséquences graves sur le plan neurologique.

T2 Installation et surveillance TEG1 L'installation, ultime phase de la mise en DV, est très importante, car elle conditionne la sécurité et le confort du patient dans cette position atypique. Il n'y a toutefois pas de consensus, en particulier pour le positionnement des bras du patient. TEG1 Certains préconisent d'installer les deux membres supérieurs le long du corps du patient en pronation ; d'autres proposent d'allonger un des bras au-dessus de la tête (position du nageur). TEG1 En ce qui concerne les membres inférieurs, des coussins au niveau des coups de pieds sont placés afin d'éviter les positions vicieuses (équin des chevilles). TEG1 Une gélatine circulaire est placée sous la tête du patient afin d'éviter tout contact direct avec le lit et pour libérer la sonde d'intubation facilitant les aspirations trachéales. TEG1 Pour finir, le lit est placé en position proclive à 30° (sauf contre-indication du médecin), afin de favoriser au mieux la respiration et le drainage des sécrétions bronchiques. TEG1 La surveillance d'un patient en DV doit être assidue et constante afin de réagir rapidement lors d'éventuelles complications. Les principales étant l'arythmie, l'hypotension artérielle, la désaturation et les vomissements. Elles peuvent survenir pendant ou après l'installation du patient. Le rôle de l'aide-soignant en collaboration avec l'infirmier est donc de surveiller attentivement les différents paramètres vitaux du patient via le scope, tout en étant attentif à l'éventuelle apparition de rougeurs ou de traumatismes au niveau des points d'appui accessibles. L'infirmier effectue plusieurs prélèvements artériels (gaz du sang) sur prescription, afin d'évaluer l'amélioration de l'état respiratoire du patient, et, si le médecin le juge opportun, de repositionner le patient en décubitus dorsal. L'équipe paramédicale à également un rôle majeur dans l'information et l'explication de la situation aux familles, souvent perturbées face à cette position inhabituelle du patient dans son lit.

T1 Conclusion

Le DV est une technique souvent efficace pour les patients atteints d'un syndrome de détresse respiratoire aiguë présentant une hypoxie sévère réfractaire. Cette méthode demande une préparation rigoureuse et une bonne coordination entre les différentes catégories de personnels présentes. Bien réalisé, ce changement de position apporte au patient un bénéfice non négligeable sur le plan respiratoire, évitant ainsi l'utilisation d'autres techniques plus invasives et onéreuses (par exemple : circulation extracorporelle de type extracorporeal membrane oxygenation [ECMO]). Cette méthode est renouvelable autant de fois que le médecin le juge nécessaire, sur une durée moyenne d'une semaine. Le DV est souvent utilisé en alternance avec le décubitus latéral et dorsal pendant une durée s'échelonnant de 6 à 12 heures, d'où l'importance de l'installation du patient afin d'éviter de nombreuses complications qui peuvent être délétères pour le malade. Une surveillance étroite du patient par le binôme infirmier aide-soignant ainsi que son rôle d'information et d'explication auprès de sa famille complètent la bonne prise en charge de celui-ci. Déclaration de liens d'intérêts : Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d'intérêts. Notes 1 La sonde thermique est placée dans le rectum et concourt au monitorage de la température centrale du patient. 2 Plicature : formation de plis.

  Pratique Sous-dochead Exercice professionnel La prise en soin d'un patient en décubitus ventral en réanimation Résumé Lorsqu'un patient présente un syndrome de détresse respiratoire aiguë en réanimation, le décubitus ventral est une technique souvent efficace. Une équipe pluridisciplinaire est nécessaire pour changer le patient de position, et porter une attention aux multiples monitorages. La surveillance doit être constante afin de prévenir les complications. Mots clés -décubitus ventral ; détresse respiratoire aiguë ; installation ; monitorage ;


Ludovic Gabellier
email: l-gabellier@chu-montpellier.fr

Dochead Dossier

Keywords: chimiothérapie, lymphocyte B, lymphocyte T, lymphome, protocole Gabellier illus.jpg

Déclaration de liens d'intérêts

L'auteur déclare ne pas avoir de liens d'intérêts.

Résumé

Les lymphomes sont des cancers du système immunitaire. Il s'agit d'un ensemble de pathologies dont la présentation clinique peut être très hétérogène. Les décisions de traitement sont prises en réunion de concertation pluridisciplinaire, qui définit un programme personnalisé de soins. Il s'agit généralement d'un protocole de chimiothérapie, souvent associé à une thérapie ciblée. L'accompagnement doit également comprendre un support psychologique et un suivi nutritionnel.

TEG1 La moelle osseuse hématopoïétique 1 et le thymus sont les deux organes qui permettent la formation et la maturation des cellules du système immunitaire : on parle d'"organes lymphoïdes primaires". Ces organes permettent, entre autres, la fabrication des lymphocytes, cellules clés de la réponse immunitaire de notre organisme. On distingue les lymphocytes B, qui achèvent leur maturation dans la moelle osseuse (B pour « bone », os en anglais), et les lymphocytes T, qui achèvent leur maturation dans le thymus.

TEG1 Les lymphocytes circulent ensuite entre les organes lymphoïdes secondaires, comme les ganglions lymphatiques, les amygdales ou la rate, située dans l'abdomen, dont les rôles principaux sont l'épuration des cellules sanguines en fin de vie du sang circulant et la réponse immunitaire, notamment contre certaines bactéries dites encapsulées (comme le pneumocoque), est également un organe lymphoïde secondaire.

TEG1 On distingue ainsi :

• les lymphomes de Hodgkin, première catégorie de lymphomes décrite en 1832 par Sir Thomas Hodgkin. La physiopathologie de ce lymphome est différente des autres, avec notamment la présence de cellules de Reed-Sternberg caractéristiques à la biopsie des organes atteints ;

• les lymphomes non hodgkiniens B, issus de la prolifération anormale de lymphocytes B, parmi lesquels les plus fréquents sont les lymphomes diffus à grandes cellules B et les lymphomes folliculaires ;

• les lymphomes non hodgkiniens T, issus de la prolifération anormale de lymphocytes T.

T1 Épidémiologie

Les lymphomes représentent les cancers les plus fréquents en hématologie. TEG1 L'incidence des lymphomes non hodgkiniens en France est comprise entre 10 et 15 pour 100 000 habitants, soit environ 10 000 nouveaux cas par an. Cette incidence est en augmentation constante dans les pays développés. TEG1 L'âge médian au diagnostic est compris entre 60 et 65 ans ; mais ces cancers peuvent survenir à tout âge, y compris chez les enfants. Il semble qu'ils surviennent légèrement plus fréquemment chez l'homme que chez la femme. TEG1 L'incidence des lymphomes de Hodgkin est nettement moins importante. On recense en France 2 à 3 nouveaux cas par an pour 100 000 habitants, soit environ 1 500 nouveaux cas par an. L'âge médian au diagnostic est compris entre 20 et 30 ans, mais il existe un pic d'incidence dans la population plus âgée (65-70 ans).

T1 Facteurs de risque TEG1 À la différence de nombreux autres cancers, les facteurs de risque des lymphomes sont peu connus, ce qui en fait des maladies peu accessibles à une prévention. Dans la grande majorité des cas, aucune cause n'est retrouvée pour expliquer la survenue de ce cancer.

TEG1 On connaît cependant quelques situations qui augmentent le risque de survenue des lymphomes :

• certaines infections virales, notamment le virus d'immunodéficience humaine (VIH) ;

• les déficits immunitaires, comme pour les patients transplantés d'organe ou de moelle osseuse hématopoïétique, ou encore les patients sous corticothérapie au long cours.

TEG1 Enfin, il existe de plus en plus d'arguments pour incriminer certains pesticides

dans la survenue des lymphomes, sans que la preuve soit formellement établie à ce jour.

T1 Présentation clinique et diagnostic

Dans la grande majorité des cas, le diagnostic de lymphome est suspecté devant une augmentation de taille des ganglions lymphatiques (adénopathie), de la rate (splénomégalie) ou encore du foie (hépatomégalie). Ce syndrome tumoral est fréquemment accompagné de signes généraux, comme un amaigrissement important, une fièvre au long cours, la survenue de sueurs nocturnes ou d'un prurit inexpliqué, ou encore une fatigue importante. Ces thérapies ciblées sont généralement utilisées en association à la chimiothérapie, mais de plus en plus d'essais thérapeutiques proposent des associations de thérapies ciblées.

TEG1 La grande majorité des traitements sont aujourd'hui réalisés en hôpital de jour : les patients bénéficient généralement de 4 à 8 cures de chimiothérapie espacées 2 à 4 semaines selon le schéma décidé en réunion de concertation pluridisciplinaire. Il y a peu de place à la radiothérapie et à la chirurgie dans la prise en charge des lymphomes. TEG1 Chez les patients jeunes et en rechute, une autogreffe de cellules souches peut être proposée. Cette procédure nécessite l'hospitalisation du patient en secteur protégé pour quelques semaines, et lui permet de bénéficier d'une chimiothérapie intensive suivie de la réinjection intraveineuse de ses propres cellules souches collectées au préalable. 2 Thrombopénie : taux de plaquettes sanguines inférieur à 150 000/mm 3 de sang.

  C'est au sein de ces tissus que les lymphocytes pourront reconnaître les antigènes des micro-organismes infectieux ou des cellules cancéreuses, s'activer et proliférer pour les détruire. C'est cette réaction qui explique que les ganglions lymphatiques grossissent lors d'une infection dans le territoire de drainage de la lymphe (par exemple des ganglions du cou en cas d'angine). TEG1 Les lymphomes sont des cancers du système immunitaire, liés à la prolifération anormale de ces lymphocytes. T1 Classification TEG1 L'Organisation mondiale de la santé (OMS) classifie les différents types de lymphome en fonction de leur cellule d'origine, de leur site de prolifération, et éventuellement de leur cause. Il existe donc plusieurs dizaines de pathologies à la présentation clinique et à l'évolution (indolente ou agressive) parfois très différentes, que l'on regroupe dans le cadre des lymphomes.

TEG1

  Les lymphomes sont cependant des maladies à la présentation clinique très hétérogène, puisqu'ils peuvent toucher tous les organes, avec des symptômes associés. Ils peuvent, par exemple, atteindre le système nerveux central, la peau, le tube digestif, ou encore les os, et induire des symptômes correspondants (céphalées ou déficit neurologique, lésions cutanées, hémorragies ou perforations digestives, douleurs osseuses…). Chacun des organes peut être atteint de manière isolée ou simultanément à d'autres organes ou ganglions. Certaines situations nécessitent des prises en charge thérapeutiques urgentes, comme les compressions de la veine cave supérieure en cas de tumeur médiastinale, les compressions de la moelle épinière, ou le syndrome de lyse tumorale (caractérisé par l'association d'une insuffisance rénale aiguë, d'une hyperkaliémie, d'une hyperphosphatémie, et d'une hyperuricémie). TEG1 Le diagnostic formel est apporté par la biopsie chirurgicale d'une adénopathie ou d'un organe atteint, avec une analyse obligatoire en anatomopathologie qui détermine le type de lymphome. TEG1 Lorsque le diagnostic est établi, il est nécessaire d'évaluer l'extension du lymphome. Plusieurs examens sont ainsi pratiqués : scanner cervico-thoraco-abdominopelvien, biopsie ostéo-médullaire à la recherche d'une atteinte de la moelle osseuse... Le TEP-scanner est particulièrement utile, puisqu'il permet, après injection d'un produit radioactif, de déterminer avec précision les différentes localisations dans certains lymphomes. D'autres examens peuvent également être nécessaires en fonction de la présentation clinique, comme une ponction lombaire, une fibroscopie digestive.T1 PronosticLe pronostic des lymphomes est extrêmement variable selon le type de lymphome, de son degré d'extension au moment du diagnostic, de l'âge et de l'état général du patient, de la réponse au traitement. Plusieurs scores pronostiques ont ainsi été validés dans les grands types de lymphome, notamment pour guider le choix thérapeutique.T1 Parcours thérapeutiqueComme pour tous les cancers, la prise en charge de patients souffrant d'un lymphome doit fait appel à un centre de référence, et à un médecin spécialiste de ces pathologies (hématologue ou oncologue). Les décisions de traitement sont prises en réunion de concertation pluridisciplinaire, et le patient doit bénéficier d'un programme personnalisé de soins. TEG1 Le traitement de référence des lymphomes reste encore à ce jour la chimiothérapie. Les principaux protocoles utilisés sont le CHOP (associant cyclophosphamide, hydroxyadriamycine, vincristine et prednisone) pour les lymphomes non hodgkiniens, et l'ABVD (qui associe adriamycine, bléomycine, vinblastine et dacarbazine) pour les lymphomes de Hodgkin. Cependant, depuis la fin des années 1990, de nouvelles molécules, qui ciblent plus spécifiquement les cellules cancéreuses que la chimiothérapie, sont autorisées. La plus utilisée à l'heure actuelle est le rituximab, un anticorps dirigé contre un antigène des lymphocytes B, et qui, associé au CHOP, constitue le traitement de référence de la majorité des lymphomes non hodgkiniens B.

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  'allogreffe de moelle osseuse, qui nécessite d'obtenir un don de cellules souches, est aujourd'hui réservée, dans le traitement des lymphomes, à des cas très spécifiques. TEG1 Les mesures associées à la chimiothérapie doivent évidemment être systématiquement proposées au patient : préservation de la fertilité avant le début du traitement (notamment par cryoconservation du sperme ou des ovocytes), traitement antiémétique, prescription d'une prothèse capillaire, par exemple. Des transfusions de globules rouges et de plaquettes peuvent être nécessaires car certaines chimiothérapies, toxiques pour la moelle osseuse, induisent des anémies et des thrombopénies 2 . Les traitements peuvent également, par le même mécanisme, induire la diminution du nombre de globules blancs dans le sang du patient, et ainsi, réduire drastiquement ses défenses immunitaires. Les patients doivent donc être informés de l'absolue nécessité de prendre contact avec leur médecin référent dès l'apparition d'une fièvre. Les autres complications potentielles de la chimiothérapie doivent être expliquées au patient : sensation de fatigue, parfois majeure, anorexie ou modifications du goût, troubles digestifs, inflammation de la muqueuse oro-pharyngée, diminution de la libido… TEG1 D'une manière générale, le traitement des patients atteints de lymphomes nécessite une prise en charge pluridisciplinaire. En plus de la prise en charge médicale et paramédicale, il est primordial de pouvoir offrir au patient un support psychologique, par le biais d'un psychologue qui connaisse le parcours de ces patients, ou avec l'aide d'associations de malades comme France Lymphome Espoir. TEG1 Un suivi nutritionnel et la prescription de séances de kinésithérapie sont également recommandés afin que le patient conserve sa masse musculaire. TEG1 Enfin, ces patients doivent bénéficier d'une prise en charge à 100 % et d'un support social, par exemple pour adapter leur lieu de vie ou bénéficier d'aides à domicile. Pour en savoir plus Comprendre les lymphomes non hodgkiniens. Paris : France Lymphome Espoir-.fr/files/publications/documents/attachments/brochurelnh-fle-2011-v18bdef-1.pdf Comprendre le lymphome hodgkinien. Paris : France Lymphome Espoir-.fr/files/publications/documents/attachments/lh-2014.pdf Notes 1 Hématopoïétique : qui produit des cellules sanguines.