Thèse soutenue

Mécanique multi-échelle des tissus mous

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Auteur / Autrice : Florent Wijanto
Direction : Jean-Marc AllainMatthieu Caruel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 17/12/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
Laboratoire : Laboratoire de mécanique des solides (Palaiseau, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Atef Asnacios
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Allain, Matthieu Caruel, Martin Lenz, Claude Verdier, Hervé Turlier
Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Lenz, Claude Verdier

Mots clés

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Résumé

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Les réseaux de fibre sont une structure omniprésente dans les tissus biologiques, aussi bien au niveau macroscopique, où ils sont l'ingrédient principal des tissus mous, qu'au niveau microscopique, en tant que constituants des structures collagèniques ou du cytosquelette. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer un modèle basé sur la microstructure physique des réseaux de fibres afin d'obtenir une compréhension du comportement mécanique des réseaux de fibres biologiques. Le modèle est basé sur une description de fibres glissant les unes par rapport aux autres et interagissant via des ponts qui se comportent comme des ressorts. Ces ponts peuvent s'attacher et se détacher de manière stochastique avec un taux de détachement qui dépend de la force subie. Comparé aux modélisations existantes, notre travail met en jeu une configuration en glissement dynamique des fibres, ainsi que des sites d'attachement discrets ne permettant l'attachement qu'à des endroits localisés de la fibre. Le détachement des ponts est basé sur la diffusion thermique hors d'un puit de potentiel suivant la théorie de Kramers. Cette théorie donne un contexte physique à la dynamique du détachement ainsi qu'une dépendance naturelle du détachement au chargement via l'inclinaison du paysage énergétique par la force de chargement. Le modèle donne deux modes de contrôle du système : un contrôle à vitesse imposée, appelé système dur, et un contrôle à force imposée, appelé système mou. Notre travail permet également de visualiser le comportement du système à travers une simulation stochastique. Les simulations offrent deux algorithmes, chacun adapté à la méthode de contrôle du système, en système dur ou mou et respectant la causalité dans chacun des modes. Les résultats de la simulation sont explorés via la visualisation des données sortantes de la simulation, qui servent de support pour l'investigation paramétrique du comportement du modèle et ancrent l'interprétation physique des résultats. En particulier, l'influence de l'espacement des sites d'attachement du système, un point caractéristique du modèle, est examiné. De même, nous explorons l'effet de chargements complexes (transitoires, cycliques, etc.) qui représentent les chargements physiologiques des tissus fibreux.