Etablissement : Institut catholique d’arts et métiers (Icam Lille) et Université de Lille (ULille)
Directeur de thèse : Pr. Fahmi ZAIRI (LGCgE-ULille)
Encadrant : Dr. Karim KANDIL (Icam Lille et LGCgE-ULille)
Laboratoire : Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement (LGCgE) – ER1 : Modélisation et caractérisation multi-échelle des problèmes couplés
Description du projet :
Pour une création précise de modèles numériques des disques intervertébraux, la stratégie de modélisation doit être basée sur une relation fiable et réaliste entre microstructure, morphologie et caractéristiques mécaniques intrinsèques (incluant forte non-linéarité, viscosité et anisotropie) tout en considérant l’effet régional, le couplage avec l’environnement biochimique environnant ainsi que les mécanismes de dégénérescence qu’ils soient d’origine mécanique et/ou biologique. L’objectif est de proposer in-fine des méthodologies de calcul de pointe pour une meilleure compréhension de l’effet de l’âge et de la dégénérescence sur la réponse des différents disques de la colonne vertébrale.
Ce projet de thèse repose sur le triptyque expérimentation/modélisation/simulation permettant de développer une approche de modélisation physiquement fondée, basées sur des observations expérimentales, d’en vérifier ses capacités prédictives et d’utiliser l’outil de simulation dans des configurations variées de chargements mécaniques.
Il s’agira dans un premier temps de caractériser in vitro des tissus du disque intervertébral dans des conditions variées de chargements multi-axiaux (monotones et cycliques) et d’environnement.
Le/La candidat(e) participera ensuite à la formulation d’un nouveau modèle de comportement faisant le lien direct entre la microstructure et la réponse mécanique du disque à partir d’une démarche multi-échelle formalisée dans le cadre de la mécanique des milieux continus. Le modèle tiendra compte des différents mécanismes de couplage multiphysique associés à la réponse chimio-mécano-biologique du disque.
Ce travail sera suivi de l’implantation du modèle de comportement dans un code éléments finis et de sa vérification expérimentale à différentes échelles (à l’échelle microstructurale monolamellaire, à l’échelle régionale multi-lamellaire et à l’échelle d’un disque intervertébral complet) dans des conditions variées de chargements multi-axiaux (monotones et cycliques) et d’environnement. Cette vérification multi-échelles permettra de garantir la reproduction la plus réaliste possible du comportement mécanique du disque intervertébral en lien avec sa microstructure régionale.
Plusieurs phases de travail ont été identifiées :
- Phase 1 (Expérimental) : Analyse in vitro expérimentale de la réponse mécanique des tissus mous du disque intervertébral sous différents cas de chargement.
- Phase 2 (Modélisation constitutive) : Elaboration d'un modèle de comportement multiphysique et multiéchelle des tissus mous du disque intervertébral.
- Phase 3 (Simulation) : Implantation du modèle de comportement dans un code éléments finis et réalisation de modèles numériques d’échantillons et d’unités fonctionnelles de la colonne vertébrale à partir de clichés IRM de vrais patients.
- Phase 4 (Vérification de l’outil) : Comparaison numérique/expérimental et validation des capacités prédictives de l'outil de simulation.
- Phase 5 (Optimisation) : Optimisation de l'outil développé afin de pouvoir reproduire des modèles personnalisés du disque. Réalisation de cas pratiques en situation réelle pour prédire l’évolution dégénérative sur des scénarii de chargement et de dégradation type donnés.
La thèse se déroulera principalement dans les locaux du LGCgE et de l’Icam, site de Lille.
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Compétences requises :
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Le/La candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme d’ingénieur en mécanique, biomécanique, science des matériaux, ou équivalent. Bonne compétence en mécanique des milieux continus et en mécanique des matériaux. Bonne maîtrise des outils de programmation (Matlab et/ou Fortran). Rigueur scientifique et qualité rédactionnelle. Bonne maîtrise de l’anglais. Une première expérience en analyse numérique et/ou expérimentale des matériaux serait un plus.
Dépôt de candidature et renseignements :
Envoyer CV + dernier bulletin de notes + lettre de motivation + recommandations (lettres ou références du contact) à : Fahmi ZAIRI – Mail : Fahmi.Zairi@polytech-lille.fr et Karim KANDIL – Mail : Karim.Kandil@icam.fr avant le 17 mai 2023
