Caractérisation et modélisation du comportement mécanique in vivo de la peau

Characterization and modeling of human skin behavior in vivo

• Auteur / Autrice : Khouloud Azzez
• Direction : Hassan Zahouani, Abdelwaheb Dogui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 27/08/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) - Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....)
• Jury : Président / Présidente : Mondher Zidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hassan Zahouani, Abdelwaheb Dogui, Benyebka Bou-Saïd
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Chabrand, Sami Chatti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoélasticité

Vieillissement de la peau

Mots clés libres

Peau humaine

Vieillissement

Propriétés viscoélastiques

Précontrainte

Modèle EF

Indentation

Impact

Propagation d'ondes

Human skin

Ageing

Viscoelastic properties

Prestress

FE model

Indentation

Impact

Wave propagation

Résumé

La caractérisation du comportement mécanique du tissu cutané s'avère d'une importance primordiale pour plusieurs domaines à savoir la dermatologie, la cosmétologie, etc. Cette étude du comportement mécanique de la peau soulève toujours des problématiques d'actualité vu la complexité de ce matériau et l'évolution accrue des techniques utilisées. D'où la nécessité du développement d'outils spécifiques pour la caractérisation de la peau humaine. Le travail de cette thèse associe expérimentations et modélisations et il a pour but d'identifier les propriétés mécaniques de la peau humaine in vivo. Il émerge particulièrement par l'utilisation de dispositifs expérimentaux d'indentation assurant des mesures in vivo non-invasives. Deux dispositifs ont été utilisés et un intérêt particulier a été porté à la précontrainte naturelle du tissu cutané. Les simulations numériques au moyen de la méthode de calcul par éléments finis permettent d'évaluer les propriétés mécaniques du tissu cutané en comparant ses résultats aux données expérimentales ou encore à une solution analytique. L'effet du vieillissement a été investigué ainsi que le choix des paramètres de l'essai expérimental sur les paramètres viscoélastiques identifiés. Au-delà de ces résultats, en partant d'une sollicitation locale se manifestant par un essai d'impact avec jet d'air, nous avons pu suivre une onde résultante qui se propage à la surface de la peau. Un calcul de sa vitesse de propagation nous a permis de déterminer une autre propriété de la peau, à savoir la précontrainte naturelle, étant un indicateur de vieillissement et une image de la tension naturelle du réseau des fibres.

The characterization of the mechanical behavior of the cutaneous tissue is of paramount importance for several fields such as dermatology, cosmetology, etc. This study of the mechanical behavior of the skin always raises current issues because of the complexity of this material. Hence, the development of specific tools for the characterization of human skin is needed. In this work, we combine experiments and modeling in order to identify the mechanical properties of human skin in vivo. This study emerges particularly through the use of experimental indentation devices providing non-invasive measurements in vivo. Two devices were used and a particular interest focused on the natural prestress of the cutaneous tissue. Numerical simulations using the finite element method allow to evaluate the mechanical properties of the cutaneous tissue by comparing its results with the experimental data or with an analytical solution. The effect of aging was investigated as well as the choice of the parameters of the experimental test on the identified viscoelastic parameters. Beyond these results, a local stress generated by an air jet impact, we followed the propagation of a resulting wave on the surface of the skin. The calculus of the wave propagation speed allowed us to determine another property of the skin, namely natural prestress, which is an indicator of ageing and an image of the natural tension of the fiber network.