Modélisation de l'écoulement dans une biocéramique à pores sphériques interconnectés : Application aux bioréacteurs
Auteur / Autrice : | Trong-Khoa Nguyen |
Direction : | Philippe Hivart |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique |
Date : | Soutenance le 28/06/2013 |
Etablissement(s) : | Artois |
Ecole(s) doctorale(s) : | ED Sciences pour l'ingénieur (n°72) |
Jury : | Président / Présidente : Feng Chai |
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Hivart, Feng Chai, Ileana-Constanţa Roşca, Pascal Vantomme, Olivier Carpentier, Stéphane Leprêtre | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Ileana-Constanţa Roşca, Pascal Vantomme |
Mots clés
Résumé
Combler une perte osseuse est une nécessité fréquente en chirurgie. L’usage d’implants biocéramiques est limité, conduisant au delà de quelques cm3, inaccessibles à l’ostéogénèse, à une hétérogénéité intrinsèquement fragile et une vascularisation interrompue. Les biomatériaux hybrides sont une solution. Ensemencée, la céramique est mise en culture en bioréacteur, un fluide y circulant afin d'alimenter les cellules et d’évacuer leurs déchets.L’étude porte sur une céramique en phosphate de calcium dont l’architecture interne consiste en pores sphériques interconnectés de quelques centaines de microns de diamètre. Le choix du débit et de l'écoulement à travers ce matériau reste jusqu’ici empirique. Pour optimiser la culture, il s'avère cependant nécessaire de savoir les déterminer en tout point afin de pouvoir les optimiser et les reproduire et, à terme, d'optimiser le choix de la biocéramique.L'étude numérique s'impose car les grandeurs physiques finales recherchées (vitesses et pressions locales) ne sont pas mesurables sur la structure microscopique. Or, ces grandeurs optimisées permettent de définir les grandeurs d'entrée optimales. Le protocole débute par une modélisation de la microstructure et le calcul de la taille du VER afin d'identifier la perméabilité intrinsèque du milieu. Une analyse statistique de la répartition des contraintes tangentielles en fonction des grandeurs moyennes homogénéisées permet ensuite d'identifier les paramètres d'entrée optimaux dans le VER. Finalement, une optimisation globale de la résolution des équations de Navier-Stokes sur la structure homogénéisée permet de définir le paramètre final, à savoir le débit de contrôle du bioréacteur.