Stage de Master 2 à IMT MINES ALES et MINES SAINT ETIENNE

Sujet : Caractérisation et modélisation de l'endommagement des tissus mous porcins sous sollicitations mécaniques : apport des modèles de champ de phase pour la détection précoce de l'endommagement microstructural Description du projet :L’objectif de ce projet est d’étudier l’endommagement des tissus mous porcins lorsqu'ils sont soumis à des sollicitations mécaniques, en se concentrant particulièrement sur la détection précoce de l’endommagement avant qu’il ne devienne apparent à l'échelle macroscopique, c'est-à-dire avant la baisse de la contrainte macroscopique mesurable. Ce projet est une collaboration entre deux équipes de recherche, apportant chacune leur expertise via des modélisations à l’échelle de la microstructure avec les modèles par champ de phase (Mines Saint-Étienne) et à l’échelle macroscopique avec des modèles phénoménologiques (IMT Mines Alès). Contexte et enjeux :L’endommagement des tissus mous biologiques est un phénomène complexe qui se manifeste par des altérations microstructurales affectant la matrice extra-cellulaire (ex : fibres de collagènes et d’élastine), avant de devenir directement observable (ex : déchirement). La détection précoce de ces phénomènes est cruciale pour prévenir des défaillances structurelles, que ce soit dans des contextes biomédicaux ou industriels. La modélisation constitue un outil puissant pour prédire et analyser ces phénomènes à une échelle non directement observable expérimentalement. Les applications sont nombreuses : étude des traumatismes sportifs, rééducation, développement de dispositifs médicaux, chirurgie reconstructive …. Objectifs :Ce projet vise à développer et à utiliser des modèles numériques permettant de détecter l’endommagement microscopique des tissus mous porcins avant qu'il ne devienne visible macroscopiquement. Nous nous appuierons sur deux types de modèles :1.    Modèle microscopique, champ de phase : ce modèle vise à prendre en compte les particularités morphologiques et structurelles observées par histologie et d’utiliser un modèle mécanique par éléments finis avec un comportement basé sur le champ de phase afin de simuler l’initiation et la propagation de l’endommagement dans ces structures lors de la sollicitation mécanique macroscopique.2.    Modèle phénoménologique macroscopique : modélisation des propriétés mécaniques des tissus mous intégrant des comportements viscoélastiques endommageables en grandes déformations. Le stagiaire M2 sera chargé d'identifier les variables clés issues de ces modèles qui pourraient être corrélées avec l'évolution microstructurale observée expérimentalement (via l’histologie ou l’imagerie). L'objectif est de proposer des indicateurs numériques permettant de détecter l'endommagement avant toute manifestation macroscopique. Méthodologie :• Phase expérimentale : Réalisation d’essais mécaniques (tests de traction) sur des échantillons de tissus mous porcins (ex : peau). Observation et quantification de l'évolution microstructurale par des techniques d'histologie et d'imagerie.• Modélisation numérique : Utilisation des deux modèles développés par les partenaires1,2 pour simuler le comportement des tissus sous sollicitation. Analyse des résultats pour identifier les variables corrélées à l'endommagement.• Couplage et validation : Corrélation entre les données expérimentales et les prédictions des modèles, identification des indicateurs précoces d'endommagement. 1. Caro-Bretelle AS, Ienny P, Leger R, Corn S, Bazin I, Bretelle F. Constitutive modeling of stress softening and permanent set in a porcine skin tissue: Impact of the storage preservation. J Biomech. 2016;49(13):2863-2869. doi:10.1016/j.jbiomech.2016.06.0262. Pillet B, Molnar G, Bel-Brunon A, Pierrat B. Investigating the identifiability of phase-field parameters to model soft tissue rupture. In: Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. ; 2021:S316-S317.  Profil souhaité :Elève-ingénieur 3ème année ou M2, goût pour la mécanique numérique.   Contact :Sarah IAQUINTAIMT Mines Alès, LMGC/DMS6 Avenue de Clavières30319 Alès Cedex, Francesarah.iaquinta@mines-ales.fr