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Département Mécanique Appliquée
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Biomécanique des Tissus Vivants

 Contexte

Les activités de l’équipe BiomecaT s’inscrivent plus largement dans les travaux de FEMTO-ST destinés à répondre aux défis actuels en termes de sciences et technologie pour la santé. Ses activités biomécaniques concernent les tissus mous et combinent essais expérimentaux, modélisations et simulations numériques en se focalisant principalement sur les aspects in vivo et ex vivo. Ces travaux sont menés en partenariat étroit avec les praticiens hospitaliers qui sont les principaux utilisateurs finaux de nos recherches mais aussi avec l’INRS pour les questions de santé et sécurité au travail. Le caractère fortement individualisé du vivant est systématiquement pris en compte pour proposer des réponses personnalisées

Objectifs et Thématiques scientifiques

L’équipe BiomecaT concentre ses efforts sur les tissus mous que sont la peau humaine, le périnée et les artères. L’équipe a acquis une grande expérience sur le comportement mécanique de la peau humaine qui présente une forte variabilité intra- et interindividuelle, laquelle a notamment un fort impact sur les dynamiques de cicatrisation, en particulier après intervention chirurgicale. Les recherches portent  sur le tissu sain (planification préopératoire, extensions

extrêmes induites par l’accouchement, problématiques esthétiques et cosmétiques) que pathologique (cicatrices chéloïdes en particulier, ou hyperplasie de l’artère). L’acquisition de données expérimentales à l’aide de divers dispositifs commerciaux ou développés spécialement au sein du groupe permettent d’alimenter des modèles numériques de caractérisation du comportement de la peau. Les calculs visent à prendre au mieux en compte les sources d’incertitude pour obtenir des résultats aussi fiables que possible associés à des tolérances d’erreur quantifiées et garanties. Ces travaux tentent de répondre au mieux aux problématiques biomédicales apportées par les cliniciens, lesquels sont systématiquement associés à nos recherches. L’objectif d’une modélisation issue d’une caractérisation fidèle du comportement des tissus sains et pathologiques est d’identifier des directions privilégiées de propagation de dysfonctionnement du remodelage tissulaire.

Les travaux sur les artères sont menés en collaboration avec l’INRS à Nancy et concernent l’étude de l’obturation progressive des artères induites au fil des années par les vibrations haute fréquence (>80Hz) des machines manuelles vibrantes. Cette problématique encore mal comprise de santé au travail est impliquée dans la survenue du syndrome de Raynaud qui peut conduire à l’amputation des doigts. Les approches suivies combinent les aspects mécaniques et biologiques en modélisant les interactions multi-physiques et multi-échelles à l’origine de la prolifération cellulaire responsable de l’hyperplasie intimale de l’artère digitale. Ces calculs numériques sont complétés et confrontés à des résultats d’expérimentations biologiques in vitro.

Les sollicitations du périnée chez la femme au cours de l’accouchement provoquent des grandes déformations qui peuvent aller jusqu’à la rupture. Des travaux sont menés en étroite collaboration avec le CHRU de Besançon (service de gynécologie-Obstétrique), couplant expérimentations en salle de naissance (dans le cadre d’un essai clinique) et modélisation numérique des déformations subies par le périnée pour comprendre les mécanismes de rupture et les prévenir.

SAVOIR-FAIRE

›    Modélisation du comportement mécanique de structures vivantes complexes (peau humaine, artères, cavité abdominale). Dialogue essais – modèles au plus près des problématiques cliniques. Evaluation et quantification des erreurs numériques.

›    Modélisation numérique d’interactions mécano-biologiques de l’échelle cellulaire à l’échelle du tissu

›    Développement de ressources numériques open-sources avec optimisation automatique des paramètres, minimisation et quantification des erreurs numériques.

›   Développement d’instrumentation spécifique adaptée à l’exploration de la peau humaine in vivo.

Mise en œuvre

BiomecaT nourrit et bénéficie du savoir-faire pluridisciplinaire du département Mécanique appliquée, de l’Institut FEMTO-ST et des plateformes expérimentales à disposition ainsi que des moyens de calcul de l’institut et de l’université. Les collaborations pérennes avec les collègues biologistes et médecins sont nombreuses, notamment avec l’appui du centre d’investigation clinique du CHRU de Besançon. Les aspects mécaniques avancés font l’objet de collaborations, notamment avec le Laboratoire de Mathématiques de Besançon, l’Institut de Mathématiques de l’Université de Bourgogne et l’Université du Luxembourg, auxquelles s’ajoute un partenariat étroit avec l’INRS sur la thématique des artères et avec l’entreprise SEGULA Technologies

Dernière modification :
11/03/2022