Contribution à l'étude de micromuscles artificiels activables par pression osmotique et implantables en milieu biologique

A contribution to the study of osmotic inflatable artificial micromuscles for in-vivo applications

• Auteur / Autrice : Vincent Gaudin
• Direction : Denis Favier, Laurent Orgéas, Philippe Cinquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Conversion directe

Osmose

Organes artificiels

Mots clés libres

Micromuscles artificiels

Énergie chimique

Joint osmotique , Mdélisation

Endoprothèses pour anévrisme aortique , Propriétés mécaniques

Résumé

Ce travail est une contribution au développement de micromuscles artificiels reposant sur une voie innovante de production, au sein du corps humain, d'énergie mécanique à partir de l'énergie chimique par processus osmotique. La recherche a un caractère générique, les applications biomédicales potentielles étant nombreuses ; elle s'appuie sur un cas concret de conception d'une structure à membrane semi-perméable gonflable (joint osmotique) destiné à éliminer les endofuites se produisant fréquemment au niveau des endoprothèses pour anévrisme de l��aorte abdominale. Après l’exposé du phénomène d’osmose et de l’application envisagée, l’étude se décompose en deux parties. La première partie porte sur la caractérisation osmo-mécanique du système osmotique eau/membrane d’acétate de cellulose/saccharose. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été mis en place. Dans le domaine d’utilisation envisagé, la membrane présente un comportement mécanique principalement élasto-plastique et sa perméabilité dépend fortement de son état de déformation. Dans la seconde partie, un modèle numérique de la zone de contact entre le collet de l’anévrisme et l’endoprothèse munie d’un joint gonflable est mis en place. La modélisation du joint membranaire s’appuie sur les résultats de la première partie. Les comportements mécaniques de l'endoprothèse et de l’aorte sont modélisés sur la base de résultats de la littérature respectivement par une simple loi isotrope élastique linéaire et un potentiel hyperélastique isotrope en série de Rivlin. Une étude paramétrique permet alors de souligner la faisabilité de cette endoprothèse et l’influence de quelques paramètres de conception sur ses performances

This work is a contribution to the development of artificial micromuscles lays on an innovating “in-vivo” way of energy conversion. The idea is to use the osmotic process to convert a chemical energy into a mechanical one. This study is generic as the potential biomedical applications might be numerous; it is based on the design of an inflatable semipermeable membrane structure (joined osmotic) intended to avoid endoleaks occurring from abdominal aorta aneurysm endoprosthesis. After presenting the osmotic phenomenon and the considered applications, the study breaks up into two parts. The first part carries on the osmo-mechanical characterization of the osmotic system water/cellulose-acetate membrane/saccharose. This was made possible thanks to the development of original experimental devices. Regarding the targeted range of use, the membrane’s mechanical behavior is mainly elastoplastic and its permeability strongly depends on its strain state. In the second part, we develop a numerical model of the contact area between the aneurysm neck and the endoprosthesis equipped with an inflatable joint. The modeling of the membrane joint is based on the results of the first part. The mechanical behaviors of the endoprosthesis and the aorta are modelled on the basis of literature’s result, respectively by a simple linear elastic isotropic law and an isotropic hyperelastic potential of Rivlin series. A parametric study then underlines the feasibility of this endoprosthesis and the influences of few design parameters on its performances