Influence des paramètres architecturaux sur le comportement mécanique de l'os trabéculaire

Effects of architectural parameters on the mechanical behaviour of the trabecular bone

• Auteur / Autrice : Julien Halgrin
• Direction : Eric Markiewicz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Microtomographie

Propriétés mécaniques

Os

Essais de compression

Résumé

Afin d’améliorer la prédiction des lésions par les modèles virtuels de l’être humain, cette thèse propose d’étudier le comportement mécanique de l’os trabéculaire, en prenant en compte les hétéro-généités architecturales liées aux variabilités inter et intra-individuelles. Après acquisition par micro-tomographie (μCT) d’échantillons d’os trabéculaire, des essais mécaniques de compression en quasi-statique et en grandes déformations ont été menés. L’influence des variabilités inter et intra-individuelles a été étudiée afin de minimiser les dispersions usuellement rencontrées sur les réponses mécaniques. Des relations entre les principales propriétés mécaniques ont ainsi été identifiées à l’échelle mésoscopique. Une étude numérique, réalisée à partir des données tomographiques, a ensuite été menée afin de déterminer les principales propriétés architecturales des échantillons. Des relations significa-tives ont ainsi pu être déterminées. Des modèles Éléments Finis ont également été développés afin de contrôler rigoureusement les variabilités inter et intra-individuelles. Les résultats numériques et expérimentaux ainsi obtenus ont été confrontés, afin de caractéri-ser les effets architecturaux sur la réponse en compression de l’os trabéculaire. La cinématique de déformation a été étudiée afin d’améliorer notre compréhension du comportement de l’os trabéculaire. Un Volume Elémentaire Représentatif (VER) a également été identifié, validant l’étude expérimentale précédemment menée. Finalement, une relation originale a été mise en évidence, justifiant des varia-tions de modules apparents inter et intra-individuelles.

This thesis proposes to identify the mechanical behaviour of trabecular bone, by taking into account the architectural heterogeneities related to the inter and intra-individual variabilities, in order to improve the injuries prediction by the virtual models of human bodies. After scanning all the samples with micro-tomography technique (μCT), quasi-static compres-sion tests have been realised. The inter and intra-individual variabilities effects have been studied in order to reduce the usually dispersions, observed on the mechanical responses. Relations between the main mechanical properties have been identified at the mesoscopic scale. A numerical study is then conducted using the data from μCT, in order to identify the principal architectural properties of the trabecular bone. Significant correlations have been identified. Finite Element models have also been developed from these data, in order to control the inter and intra-individual variabilities. The experimental and numerical results previously obtained have been compared in order to characterise the architectural effects on the mechanical response of trabecular bone. The deformation have been studied in order to improve our knowledge of the trabecular bone behaviour. A Representa-tive Volume Element (RVE) has also been identified, which confirms the previous experimental study. Finally, an original relationship has been identified, which explains the inter and intra-individualities apparent modulus variations.