La version française de cet article est disponible après le texte anglais.

Beards and mustaches, neatly trimmed, of course, are a common sight on Army bases from coast to coast. The 2018 Canadian Armed Forces (CAF) general order allowing facial hair and longer hair styles to flourish was a welcomed change. But with growth has come a problem for those who must wear respirators as part of their job.

“Any sort of facial stubble breaks that seal of a gas mask,” said Chris Ste-Croix, business development manager with HumanSystems Incorporated (HSI). “There are some respirators on the market today that offer some limited protection, but they don’t meet the minimum standard for wearing a mask over a prolonged period of time.”

Eye glasses, differing face shapes, even firing a weapon or performing other operational tasks – all can cause micro-breaks in a seal. But beards are proving to be a particular problem.

Under a challenge issued by the Innovation for Defence Excellence and Security (IDEaS) program, HSI is developing a respirator that could solve that problem. In September, the Guelph, Ont., company was awarded $1 million for 12 months to continue its development of a respirator, called Citadel, designed to better protect soldiers in hazardous chemical, biological, radiological or nuclear (CBRN) environments.

The patent is still pending, but the Citadel offers a “low-weight” design that overcomes some of the problems with large canisters and batteries, and combines a mask, hood, blower and other components “that work together to provide a defence against contaminants entering the mask,” Ste-Croix explained.

The challenge called for a respirator compatible with soldier and CBRN clothing and durable to handle a range of work postures over a prolonged period in demanding environments. “We believe our system has the answers to all those and, hopefully, by the end of the project we’ll be able to prove that,” he said.

Initial testing in HSI’s lab “to measure how much particulate gets into the mask” has shown the proof-of-concept Citadel to have a fit factor for those with beards at least two times above acceptable standards; clean shaven test subjects achieved a fit factor three times better. The goal now is to begin prototype testing in an operational environment by the end of the year.

A human figure rendering of HSI’s Mask 39

HSI, a human-factors consulting firm, has held standing offers with Defence Research and Development Canada (DRDC) for at least 20 years, and has been involved in numerous soldier projects such as Soldier Integrated Precision Effects Systems, Future Small Arms Research, and Integrated Soldier Systems. The company has also done research into user needs related to CBRN, including integration with existing equipment and anthropometry.

The decision to branch into product development, though, was motivated by IDEaS. “Without this challenge we probably wouldn’t have gone down this road,” Ste-Croix admitted. “We have rarely done product development in the past. But we saw this and, based on our experience, we thought we could have some innovative ideas. Being able to help better protect our troops was very compelling to us.”

The relatively rapid acceptance and development cycle of IDEaS is also attractive to small businesses, Ste-Croix suggested, a noticeable difference from the normal defence acquisition cycle. “It is allowing industry to come up with these innovative solutions a lot faster than you would typically see,” he observed. “This is building on programs in other countries.”

HSI received $200,000 for six months in a first round of funding to develop its idea to around Technology Readiness Level 6. With the additional $1 million, the hope is to see the Citadel design mature in realistic operational testing to a point where it can begin a third phase, innovation assessment implementation.

“We would like to keep on going with the IDEaS program as far as we can,” said Ste-Croix. “Our intent is for the CAF or defence industry to be our first buyer.”

However, product development began before a global pandemic highlighted the need for well-fitted masks, so the company can foresee a dual-use technology applicable to numerous other operators and first responders that require respirators.

IDEeS : à la rescousse des militaires barbus

Il est fréquent de voir des barbes et des moustaches, soigneusement taillées, évidemment, dans les bases de l’Armée d’un bout à l’autre du pays. L’ordre général des Forces armées canadiennes (FAC) de 2018, autorisant la pilosité faciale et des cheveux plus longs, a été accueilli très favorablement. Or, ce changement a entraîné des problèmes pour ceux qui doivent porter des respirateurs dans le cadre de leur travail.

« Une simple barbe naissante nuit à l’étanchéité du masque à gaz », a déclaré Chris Ste-Croix, directeur du développement des affaires chez HumanSystems Incorporated (HSI). « Certains respirateurs vendus sur le marché, bien qu’ils offrent une protection limitée, ne répondent pas à la norme minimale relative au port du masque pendant une période prolongée. »

Le port de lunettes, des formes de visages différentes et même l’utilisation d’une arme ou l’exécution de tâches opérationnelles peuvent provoquer des microfissures dans le joint d’étanchéité. Toutefois, il se révèle de plus en plus que les barbes sont particulièrement problématiques.

Dans le cadre d’un défi lancé par Innovation pour la défense, l’excellence et la sécurité (IDEeS),
HSI conçoit actuellement un respirateur qui pourrait résoudre le problème. En septembre, l’entreprise de Guelph, en Ont., s’est vue octroyer 1 million de dollars sur une période de 12 mois afin de poursuivre la conception d’un respirateur, appelé Citadel, visant à mieux protéger les militaires dans des incidents impliquant un agent chimique, biologique, radiologique ou nucléaire (CBRN).

Le Citadel, dont le brevet est toujours en instance, est léger, et il permet de surmonter certains problèmes que présentent les masques munis de grandes cartouches et de piles. Il comprend un masque, un capuchon, un ventilateur et d’autres composantes, « qui, ensemble, fournissent une protection contre les contaminants qui pénètrent dans le masque », a expliqué M. Ste-Croix.

Les participants au défi étaient appelés à concevoir un respirateur compatible avec les vêtements de protection CBRN. Ce masque devait également être durable afin de permettre aux utilisateurs de maintenir des postures de travail pendant une période prolongée et dans des environnements exigeants. « Nous croyons que notre système répond à tous ces critères, et nous espérons que nous aurons l’occasion de le prouver à la fin du projet », a-t-il déclaré.

Les premiers essais réalisés dans le laboratoire de HSI visant à « mesurer la quantité de particules qui pénètrent dans le masque » ont démontré la validation du concept du Citadel selon lequel il offre à ceux qui portent la barbe un facteur de protection d’au moins deux fois supérieur aux normes acceptables; les hommes rasés de près ont obtenu un facteur de protection trois fois meilleur. Maintenant, l’objectif est d’entamer l’essai du prototype dans un contexte opérationnel d’ici la fin de l’année.

Un membre de l’escadron C du Royal Canadian Dragoons lors d’un exercice de navigation dans des conditions chimiques, biologiques, radiologiques et nucléaires (CBRN) à Gagetown, au Nouveau-Brunswick en 2019. Photo: Cpl Nicolas Alonso

HSI, une firme de consultation sur les facteurs humains, détient des offres à commandes avec Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC) depuis au moins 20 ans. Elle a pris part à de nombreux projets liés aux soldats, dont les Systèmes intégrés à effets ciblés du soldat, la Recherche sur les armes légères de l’avenir et les Systèmes intégrés du soldat. L’entreprise a également effectué de la recherche sur les besoins des utilisateurs dans un environnement CBRN, ce qui comprend l’intégration de l’équipement existant et l’anthropométrie.

La décision d’exploiter le créneau « développement de produit » a par contre été motivée par IDEeS. « N’eût pas été de ce défi, nous n’aurions probablement pas emprunté cette voie », a admis M. Ste Croix. « Nous avions rarement fait du développement de produit. Mais nous avons découvert ce défi et, à la lumière notre expérience, nous avons cru que nous pourrions avoir des idées innovatrices. Le fait de pouvoir contribuer à la protection de nos troupes a été un facteur très déterminant pour nous. »

Le cycle d’acceptation et de développement relativement rapide d’IDEeS est également attrayant pour les petites entreprises, selon M. Ste-Croix, ce qui représente une différence notable par rapport au cycle d’acquisition de la défense.

« Cela permet à l’industrie de proposer des solutions innovatrices beaucoup plus rapidement qu’à l’habitude », a-t-il remarqué. « Cela fait fond sur les programmes des autres pays. »

HSI a reçu 200 000 $ pour six mois dans le cadre d’une première ronde de financement afin de développer son idée environ au niveau de maturité technologique 6. Avec le 1 million de dollars supplémentaire, nous espérons que la conception du Citadel deviendra un essai opérationnel réaliste jusqu’à ce qu’il puisse entamer une troisième phase, la mise en œuvre de l’évaluation de l’innovation.

« Nous aimerions amener le programme IDEeS aussi loin que possible », a déclaré M. Ste Croix. « Nous souhaitons que les FAC soient notre premier acheteur. »

Or, la conception du projet a débuté avant que la pandémie mondiale ne fasse ressortir la nécessité d’avoir des masques bien ajustés. L’entreprise peut donc s’attendre à une technologie à double usage applicable à de nombreux autres utilisateurs et premiers répondants qui ont besoin de respirateurs.