Thèse soutenue

Modélisation mécanique multi-échelle des tuniques de la paroi artérielle à partir de l'évolution des réseaux de fibres organiques

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Auteur / Autrice : Mohsen Nakhaei
Direction : Stéphane Avril
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
Date : Soutenance le 10/07/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
Laboratoire : Centre Ingénierie et Santé / CIS-ENSMSE
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Hellmich, Daniel George, Katherine Yanhang zhang, Giuseppe Vairo, Pierre Badel
Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Hellmich, Daniel George

Résumé

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Les tissus artériels sont constitués de réseaux de collagène et d'élastine diversement organisés et présentent un comportement anisotrope hautement non linéaire ainsi que la capacité de supporter de grandes déformations réversibles. Ces dernières s'accompagnent d'un réarrangement progressif des réseaux de fibres induit parle chargement. Dans cette thèse, l'important couplage entre la morphologie de la microstructure artérielle et sa réponse mécanique nous a motivé à développer un modèle multi-échelle détaillé de la paroi artérielle. Le cadre de la micromécanique des milieux continus a été utilisé dans une approche incrémentale pour calculer la contrainte, la déformation et les réorientations de fibres. Les extensions du problème d'inclusion de la matrice d'Eshelby permettent d'obtenir des expressions analytiques pour les tenseurs de concentration, qui relient le tenseur de vitesse de déformation macroscopique à la vitesse de déformation et à la vorticité moyennés sur les phases. Nous avons modélisé séparément le comportement de l'adventice et de la média, avant de proposer un modèle complet pour l'artère. De plus, le modèle de comportement multi-échelle a été implémenté dans une formulation éléments finis non linéaire, afin de réaliser des calculs de structure sur l'artère. Le modèle a été validé par différents ensembles de données expérimentales sur des échantillons artériels de différentes espèces. Les résultats montrent que le modèle est capable d'estimer la contribution de chaque tunique dans la réponse macroscopique du tissu pour différents chargements et peut prédire avec précision à la fois la réponse macroscopique et la cinématique microscopique des fibres.