Modélisation poroélastique isotrope transverse et phénomènes couplés dans le fluide interstitiel : application à l'os cortical
Institution:
Paris 12Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work aims to better understand interstitial fluid flow within the bone matrix through the help of modelling. Shear stresses on cells membranes induced by this flow are supposed to be part of the mechanotransduction process of bone remodelling A model for the interstitial fluid is developped using mixture theory and including coupling between physical, chemical and mechanical effects. Periodic homogenization is then used to compare electro-osmotic and hydraulic contributions to the flow. It is shown that the first one can be neglected at the osteon's scale. A poroelastic model is finally presented to study the influence of the porous media inhomogeneity. This problem is solved analytically and numerically (finite elements). Fluid flow, and thus mechanotransduction signals, are modified when permeability varies.
Abstract FR:
L'objet de ce travail est de mieux comprendre les caractéristiques de l'écoulement du fluide interstitiel dans la matrice osseuse à l'aide d'une modélisation. Les contraintes de cisaillement créées par cet écoulement au niveau des cellules osseuses sont supposées agir sur la mécanotransduction du remodelage osseux. Un modèle de fluide interstitiel est développé par la théorie des mélanges en incluant des couplages entre phénomènes physiques, chimiques et mécaniques. L'homogénéisation périodique est ensuite utilisée pour comparer les phénomènes électro-osmotique et hydraulique. Les résultats montrent qu'il n'est pas nécessaire de prendre en compte les premiers à l'échelle de l'ostéon. Un modèle poroélastique de ce dernier est enfin présenté pour étudier l'influence de l'hétérogénéité du matériau. Le problème est traité analytiquement et numériquement (éléments finis). L'écoulement du fluide, et donc les signaux de mécanotransduction, est modifié lorsque la perméabilité varie.