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Thèses 2018

Sujet : Vulnérabilité du segment tête-cou sous dynamique de chargement élevée - Approche expérimentale et numérique

Profil des candidats :
Les candidats doivent être ressortissants de l’Union Européenne et seront sélectionnés en fonction de leurs notes théoriques de master et de leurs compétences recherchées en mécaniques et simulations numériques. Les candidats intéressés pourront envoyer par email leur CV, un relevé de notes de master recherche ainsi qu’une lettre de motivation avant le 24/04/2018.

Lieu : Les candidats doivent être flexibles puisque 50% du temps imparti au travail de thèse se déroulera à l’ISL (Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis) pour la partie expérimentale et 50% du temps à l’Université de Strasbourg pour la partie numérique.

Objectif : Des remontées médicales récentes démontrent le risque de lésions par effet de souffle lors d‘explosion ou à l‘utilisation répétée et massive d‘armes de gros calibre dans des conditions favorisant les effets de souffles. La population militaire y est principalement exposée au travers de ses différentes missions de maintien de la paix à travers le monde, mais ce risque touche aussi la population civile lors d‘accidents industriels ou les actions terroristes menées en milieu urbain.
Ce qui caractérise l’effet de souffle, c’est l’échelle de temps très courte du phénomène. En quelques centaines de microsecondes, les structures biologiques sont détruites par l‘onde de choc du blast. Analyser les risques lésionnels, c‘est avant tout comprendre la génération et le devenir d‘une onde de choc engendrée par une explosion, c‘est caractériser son profil temporel (variation de pression en fonction du temps) dans l‘environnement immédiat (courtes distances <5 m), son interaction avec la cible (la manière dont elle va se distribuer sur la cible et son transfert aux structures internes) dans le but de comprendre sur quels facteurs jouer pour atténuer les effets constatés et donc les risques encourus.
La transmission d’énergie aux structures cérébrales et les efforts exercés sur le segment tête/cou lors d’une sollicitation rapide telle que le souffle (blast) d’une détonation sont à l’origine, de lésions axonales diffuses et de troubles fonctionnels chez les victimes militaires, forces de l’ordre ou civiles de plus en plus exposées (attentats, conflits,...). Les mécanismes de survenues de ces lésions cérébrales restent néanmoins à démontrer, de même qu’une meilleure compréhension des phénomènes impliqués et des limites de tolérances sont à rechercher.
L’objectif principal de la thèse est de faire progresser la compréhension et la modélisation des effets lésionnels sur la tête en se basant sur la composante blast d’une explosion. Une approche expérimentale ainsi qu’une approche numérique seront à mener de front afin de mettre en évidence ce qui pourrait s’apparenter à une mise en surcharge des structures internes de la tête humaine et en particulier de la matière cérébrale.
Le candidat sera en charge de suivre les expérimentations qui pourront se faire sur modèle animal mais également sur modèle physique (mannequin type Hybrid III) afin d’enregistrer l’interaction d’une onde de souffle avec une tête en se focalisant sur la pression intracrânienne, les accélérations linéaires et angulaires de même que les efforts occasionnés au niveau du cou. Un effort conséquent sur la métrologie et les techniques d’imagerie rapide de visualisation des phénomènes constitueront des données essentielles pour alimenter un modèle numérique de tête animal qui sera développé et validé en regards des expérimentations réalisées dans le cadre de la présente thèse.
Des limites de tolérances tissulaires seront alors proposées afin de faire évoluer le modèle vers un outil numérique destiné à l’étude de l’influence des systèmes de protection individuelle et d’en adapter leur design et leur efficacité.

Stages 2018

Sujet : Modélisation géométrique et biomécanique de l'oreille interne humaine

Durée :20 semaines minimum
Lieu : Laboratoire ICube (rue Boussingault et CHU de Hautepierre)
Contact : [Baumgartner]
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Sujet en Calcul scientifique et mécanique numérique : Modélisation numérique de la propagation d’ondes de cisaillement dans les tissus biologiques

Encadrants : I. Charpentier, M. Bilasse & S. Chatelin, ICUBE, CNRS Université de Strasbourg Description du stage : L’élastographie par résonance magnétique [1, 2] est une technique de palpation virtuelle permettant une investigation qualitative in vivo des propriétés mécaniques des organes chez les patients. Elle se subdivise en 3 étapes : (a) l’application d’une excitation mécanique sur l’organe en vue de générer des ondes de cisaillement (b) l’encodage du champ de déplacement résultant par des techniques d’imagerie (c) la reconstruction des propriétés mécaniques de l’organe à l’aide des méthodes d’identification. Dans nos récents travaux [3, 4], un modèle élément fini 2D a été utilisé dans le cadre des petites déformations pour modéliser la propagation d’ondes de cisaillement dans les tissus biologiques à l’aide de lois de comportement viscoélastique. Dans le protocole d’élastographie, la pose d’un excitateur mécanique soumet l’organe à une précontrainte de compression et le modèle initialement proposé ne tient pas compte ni de cette précontrainte et ni du comportement hyper élastique des tissus biologiques étudiés. L’objectif du présent projet est de développer un modèle direct de propagation d’ondes de cisaillement dans les tissus biologiques précontraints en compression et soumis à une excitation harmonique. Le modèle de propagation d’ondes sera formulé en petites déformations en utilisant une loi de comportement hyper élastique de type Mooney-Rivlin, Néo-Hookéen ou Ogden [5]. Des éléments finis de type 3D seront utilisés pour la discrétisation spatiale sur une géométrie simplifiée d’organe. Le modèle sera implémenté dans un code numérique permettant le calcul des champs de déplacement dans l’organe résultant de la précontrainte et des sollicitations harmoniques. L’influence des différents niveaux de précontraintes sur le propagation d’ondes dans les tissus sera étudiée. Les résultats numériques obtenus seront validés par des mesures expérimentales effectuées sur des gels fantômes. Les candidatures comprenant un CV et une lettre de motivation sont à envoyer à Isabelle Charpentier (charpentier@unistra.fr) ou à Massamaesso BILASSE (bilasse@unistra.fr) au plus tard le 25 janvier 2018.
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