Thèse soutenue

Utilisation de l'élastographie pour déterminer les propriétés mécaniques et de rupture de gels modèles
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Auteur / Autrice : Heiva Le blay
Direction : Alba MarcellanMickael TanterThomas Deffieux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des Matériaux
Date : Soutenance le 16/11/2021
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....) - Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (UMR 7615) - Physique pour la médecine (UMR 8063, U1273)
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-François Gérard
Examinateurs / Examinatrices : Alba Marcellan, Mickael Tanter, Thomas Deffieux, Sébastien Manneville, Jian Ping Gong
Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Manneville

Résumé

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Un hydrogel est un matériau mou, largement gonflé d’eau, rendu élastique via un réseau de chaînes de polymère. Un gel est intrinsèquement fragile. On peut remédier à cette fragilité grâce à l’ajout de liaisons sacrificielles dynamiques. L’ingénierie macromoléculaire a permis au XXIème siècle de formuler des gels à destination de la biologie afin de proposer des matériaux de synthèse tout en remédiant aux problèmes de biocompatibilité, à la compatibilité des interfaces tissu/matériau et des propriétés mécaniques dont le corps a besoin. Pourtant, la fracture de ces matériaux hautement déformables et parfois viscoélastiques reste un sujet mal compris et assez peu investigué expérimentalement. Le défi aujourd’hui est de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu en pointe de fissure mais les techniques expérimentales qui permettent une approche locale et avec des cadences d’acquisition rapides sont limitées. Notre travail vise à développer une méthode innovante pour sonder la fracture des gels. L’eau étant leur principal composant, ces matériaux, comme les tissus biologiques, sont une excellente plateforme pour l’étude de la propagation d’ondes acoustiques, i.e. de cisaillement (S) ou de compression (P). Dans les matériaux composés principalement d’eau, les ondes de compression, typiquement les ultrasons, se propagent à environ 1500 m/s (vitesse des ondes P dans l’eau) alors que les ondes de cisaillement sont de l’ordre du m/s (entre environ 1-8 m/s) et leur vitesse augmente avec la rigidité du matériau. Il est donc possible de voir les ondes S se propager grâce à la différence de vitesse entre ces deux ondes. C’est le principe de l’élastographie par onde de cisaillement, technique d’imagerie utilisée dans cette étude pour comprendre la mécanique et la fracture des hydrogels.La fracture des gels a été étudiée localement en pointe de fissure de manière quasi-statique. Ensuite, les phénomènes physiques mis en jeu lors de la propagation d’une fissure ont été investigués grâce à l’imagerie ultrarapide.Il est important de comprendre comment la fracture se propage et s’il est possible de l’éviter ou de la stopper. Le but de tout matériel est d’éviter de casser et donc de résister à la propagation de fracture.