Modélisation probabiliste de la fissuration des os
C'est un projet collaboratif transversal entre deux laboratoires de la composante ex-IFSTTAR de l’Université Gustave Eiffel : le LBA, à Marseille, et MAST/EMGCU, à Paris. À ce titre, il s’inscrit dans une logique générique :
- dont l’objet central est la modélisation probabiliste des processus de fissuration dans les matériaux hétérogènes quasi-fragiles,
- et dont la vocation est d’être appliquée à deux domaines particuliers : les composites cimentaires d'un côté, et l’os humain de l'autre.
Modéliser les processus de fissuration des os a un objectif clair : il s'agit d’être capable de prédire et de quantifier de manière réaliste, les dommages provoqués par des chargements mécaniques statiques et dynamiques sur des structures osseuses.
Et cet objectif doit relever des défis sociétaux importants autour de la sécurité des personnes, de l'accidentologie, et celui du vieillissement de la population. Car il s’agit, par exemple, de gagner du temps et de la précision dans l'évaluation de l'état des victimes ou dans le diagnostic du vieillissement physiologique des tissus, comme l'ostéoporose, afin de prévenir des prises en charge médicales coûteuses et tardives et réduire les impacts économiques.
La stratégie envisagée est de formaliser le lien qui existe entre structure interne du matériau et propriétés mécaniques intervenant dans les processus de fissuration. Ce formalisme nécessite la définition et la mesure d’un degré d’hétérogénéité des matériaux testés, la mise en œuvre d’essais expérimentaux pour l’identification par analyse inverse de propriétés mécaniques caractéristiques des phénomènes de fissuration (résistances, énergies de fissuration, etc. …). Une fois ce lien établi, il sera implémenté dans un modèle de fissuration probabiliste puis validé.
Cette stratégie reprend, dans ses étapes et sa philosophie, l’essentiel des aspects développés pour la modélisation probabiliste de la fissuration des os. D’où le partenariat établi.
Ce projet est supporté par la thèse de T.Kurtz, soutenue en 2024, par les projets d’intiative ciblée FOs (2018-2019) et COs (2020-2021), ainsi que l’action CAPES-COFECUB (Ph1026/24)COBO - Modélisation des processus aléatoires de fissuration dans les matériaux hétérogènes quasi-fragile - Béton et Os (2024-2028).
Ce projet mobilise également des partenariats avec : le laboratoire ADES (CNRS/AMU/EFS) et l’UML de la Timone à Marseille, L’Ecole Polytechnique de Montréal et l’Université Fédérale de Rio de Janeiro (ce dernier partenariat faisant l’objet d’un projet ISITE).
Intervenants associés au projet :
MAST/EMGCU: jean-louis.tailhan@univ-eiffel.fr
TS2/LBA: yves.godio-raboutet@univ-eiffel.fr, pierre-jean.arnoux@univ-eiffel.fr, lionel.thollon@univ-amu.fr
Publications
KURTZ T, WOITRAIN T, GODIO-RABOUTET Y, RIBEIRO F, ARNOUX P-J, TAILHAN J-L. (2023). Method for evaluating cortical bone Young’s modulus: numerical twin reconstruction, FE calculation, and microstructure analysis. Journal of Biomechanical Engineering. 1-30. Doi : 10.1115/1.4063100.
TAILHAN J-L, KURTZ T, GODIO-RABOUTET Y, ROSSI P, THOLLON L (2021) Macrocrack propagation in a notched shaft segment of human long bone : experimental results and mechanical aspects. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials (JMBBM).128 : 105132. Doi : 10.1016/j.jmbbm.2022.105132.
KURTZ T, GODIO-RABOUTET Y, TAILHAN J-L (2022) Propagation de fissure sur tronçon d’os long rainuré. 25ème Congrès Français de Mécanique, eds, 29 août-2 sept, Nantes, France.