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ED Sciences Pour l’Ingénieur – 072 : Sujet de thèse
(Maximum 1 page)
Titre : Simulations numériques tridimensionnelles instationnaires de l'interaction fluidestructure : application à l'écoulement du sang dans des carotides sténosées
Directeur(s) de thèse (titre, nom, établissement) : Pr. E.Leriche (Université Lille 1)
Co-encadrant(e) (titre, nom, établissement) : Pr. M.Souli (Université Lille 1)
et Pr. J.B. Colliat (Université Lille 1)
Contact :  numéro de téléphone : 03 20 33 71 80
E-mail : [email protected]
Laboratoire : Laboratoire de Mécanique de Lille (LML, UMR CNRS 8107, http://www.univ-lille1.fr/lml/) est
une unité mixte entre l’Université de Lille 1, l’Ecole Centrale de Lille, l’Ecole Nationale des Arts et Métiers, et le
CNRS. Environ 70 chercheurs et enseignant-chercheurs y travaillent dans les domaines du Génie Civil, de la
Mécanique des Solides et de la Mécanique des Fluides.
Bourse ou contrat doctoral possible (type, montant/mois, date de début et durée) :
contrat doctoral
montant / mois : ??
début : 1er septembre 2012 / durée : 36 mois
Candidat(e) (profil) : simulations numériques en mécanique (des fluides ou des solides) (par exemple
candidats issus des formations lilloises de mastère « Sciences mécaniques et ingénierie » ou « calcul
scientifique ».
Contexte et objectif :
La sténose des artères par plaques d'athérome est un problème de santé publique majeur qui touche une
proportion significative de la population dans les pays industrialisés. Cette pathologie engendre par rupture de
plaque des risques sérieux d'A.V.C et d'infarctus. Pour l'instant, après avoir localisé une plaque d'athérome,
seule la sévérité de la sténose est retenu comme critère déterminant par les chirurgiens pour décider d'opérer
le patient. Or ce seul critère n'est pas suffisant, car la pratique montre qu'il peut y avoir rupture pour un
nombre significatif de plaques ne respectant pas forcément ce critère. Médecins et scientifiques ont donc été
amenés à réfléchir ensemble sur de nouvelles méthodes afin de mieux diagnostiquer les plaques vulnérables,
notamment en prenant en compte d'autres critères comme les critères mécaniques de rupture.
Le projet de recherche
L'objectif de cette ambitieuse thèse est d'identifier des critères de rupture de la plaque d'athérome par
recours à la simulation numérique --de haute précision-- de modèles réalistes d'une artère sténoséee par une
plaque d'athérome dont la géométrie est obtenue à partir de la reconstruction de données réelles prises invivo. De telles données sont mises à disposition dans le cadre de ce projet à travers des collaborations actives
avec le Centre Ingénierie et Santé de l'école des Mines de St-Étienne. De tels modèles ont été développés par
les différentes communautés scientifiques (de mécanique, de biomécanique ou de médecine). Par contre, le
modèle numérique proposé ici est novateur car il propose une approche couplée dans le cadre des méthodes
numériques de discrétisations spatiale et temporelle d'ordre élevé pour former un modèle réaliste, de grande
précision, unique sur le plan international. Il comportera les points suivants:
1. le modèle fluide: le sang sera modélisé dans un premier temps par un fluide visqueux newtonien
incompressible, puis par un modèle non-newtonien simple,
2. le modèle solide: la paroi artérielle et la plaque d'athérome seront traitées par un modèle multicouches et modélisés dans un premier temps comme des solides élastiques linéaires, puis comme un
solide hyper-élastique anisotrope quasi-incompressible (lois de comportement du type Holzapfel),
3. le modèle d'interaction fluide-solide: l'interaction entre le fluide (le sang) et la structure (la paroi
artérielle et la plaque d'athérome) sera effectué par une méthode A.L.E qui permettra un couplage
fluide-structure précis,
4. le domaine fluide tridimensionnel: la géométrie complexe de l'artère obtenue à partir de la
reconstruction de données réelles prises in-vivo fournies par IRM acquises sur des patients,
5. le domaine solide tridimensionnel: la géométrie complexe de la paroi artérielle et de la plaque
d'athérome est caractérisé par une analyse ex-vivo qui permet la définition du modèle multi-couche
de la paroi artérielle et de la plaque d'athérome, et la caractérisation de leurs paramètres physiques,
6. les conditions aux limites: pour ce type d'écoulement pulsé, des conditions aux limites réalistes pour
les profils de vitesses d'entrée et de sortie de l'artère sont acquises sur des patients par IRM ou par
échographie doppler .
Il s'agit donc de prendre en compte à la fois les instabilités hydrodynamiques présentes dans l'écoulement
pulsé du sang, mais aussi sa rhéologie, ainsi que les interactions entre le fluide (le sang) et la paroi artérielle
élastique (interaction fluide-structure).
Ce projet se situe donc sur le front de la recherche scientifique actuelle et les partenaires associés dans ce
projet possèdent tous les atouts tant intellectuels (diversité des collaborateurs et de leurs thématiques
fédérées dans ce projet transversal) que matériels (IRM, accès aux super-calculateurs...).
Enfin, ce projet rentre dans la continuité du recrutement en 2011 de Jean-Baptiste Colliat et d'Emmanuel
Leriche qui est déjà actif dans un tel domaine de recherche (avec des collaborations suivies avec le Centre
Ingénierie et Santé de l'école des Mines de St-Étienne (S.Avril (Pr) et T.Belzacq (qui soutiendra sa thèse le 19
mars 2012))), mais le présent projet y intègre les compétences développées au sein du LML : l'interaction
fluide-structure, les écoulements viscoélastiques pour la prise en compte d'un modèle rhéologique du sang, et
la modélisation et la simulation numérique de la structure élastique appliquées aux parois artérielles. Cette
thématique émergente va permettre de fédérer les diverses compétences scientifiques déjà développées au
sein des équipes de recherche du LML. Cette thèse va aussi bénéficier de l'appui de collaborations nationales
et internationales.
De plus, il est attendu d'un tel projet de recherche d'importantes retombées non seulement scientifiques en
terme de publications dans les meilleures journaux scientifiques du domaine, mais aussi à plus long terme de
développement de fructueuses collaborations en milieux hospitalier et industriel.
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