Biomécanique de la croissance de la plaque d'athérosclérose : contribution à l'étude des contraintes résiduelles, Biomechanics of atheroma plaque growth : contribution to the study of residual stresses

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Sous la direction de Jacques Ohayon
Thèse soutenue le 22 juin 2011: Grenoble
Ce travail de thèse a pour ambition d'apporter des éléments de compréhension du rôle des contraintes résiduelles au sein des plaques d'athérosclérose. Il s'inscrit dans un programme de recherche qui vise à développer de nouveaux outils favorisant l'aide au diagnostic de patients atteints de cette maladie cardiovasculaire. Suivant les évolutions majeures de ces dernières années, la première partie de ce travail présente une vision contemporaine de la maladie d'athérosclérose et des nombreux enjeux de modélisation mécanique auxquels la compréhension de la maladie et son diagnostic font appel. Nous faisons émerger un manque certain quant au rôle des contraintes résiduelles dans cette maladie. Les contraintes résiduelles sont un marqueur naturel du développement des tissus. La deuxième partie de ce travail aborde leur quantification expérimentale au sein des artères saines et pathologiques de souris. De façon intéressante nous montrons leur importance et la nécessité de les prendre en compte pour avoir une image raisonnable de l'état de contraintes des artères en conditions physiologiques. Ces résultats originaux n'ont toutefois pas permis d'établir de corrélation avec l'intensité du processus inflammatoire au sein des plaques. Enfin, la dernière partie de ce travail aborde la modélisation du développement des contraintes résiduelles. Un effort de description de la structure géométrique des corps avec des contraintes résiduelles a été fait afin de faire émerger de nouveaux outils de modélisation de leur développement. Une première application d'un modèle de croissance intrinsèque est présentée et illustrée. Cette approche semble prometteuse et apporte déjà quelques éléments de compréhension du développement des contraintes résiduelles. Toutefois, les travaux effectués ne constituent qu'une étape préliminaire et n'ont pas encore été exploités pleinement. Par contre ces travaux ouvrent assurément de nouvelles perspectives de recherche.
-Athérosclérose
-Artères
-Contraintes résiduelles
-Croissance
-Mécanique des milieux continus
This graduate research has the ambition to bring some understandings of the role of residual stresses in atheroma plaques. It falls under a research program which aims at developing new tools in supporting the diagnosis of patients concerned with this cardiovascular disease. Considering the major changes in the past decade, the first part of this work presents a contemporary vision of the atherosclerosis disease and many mechanical modeling challenges brought by its understanding and diagnosis appeal. We emphasized a lack in the description of the role of residual stresses in this disease even if they are a natural marker of tissues development. The second part of this work approaches their experimental quantification within healthy and pathological mice arteries. Interestingly, we have shown their importance and the need to take them into account in order to have a reasonable image of the stresses state of arteries in physiological conditions. These original results however did not make it possible to establish correlation with the intensity of the inflammatory process within the plaques. Finally, the last part of this work approaches the modeling of the development of residual stresses. An effort in the description of the geometrical structure of material bodies with residual stresses allowed the emergence of new tools to model their development. A first application of an intrinsic growth model is presented and illustrated. This approach seems promising and already brings some key explaining elements in the development of residual stresses. However, carried out work constitutes only one preliminary stage and were not yet fully exploited. Hence, this work undoubtedly opens new prospects of research.
-Atherosclerosis
-Arteries
-Residual stresses
-Growth
-Continuum mechanics
Source: http://www.theses.fr/2011GRENI031/document
Publié le : samedi 29 octobre 2011
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Nombre de pages : 300
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`THESE
pour obtenir le grade de
´DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE GRENOBLE
´Sp´ecialit´e : Mat´eriaux, M´ecanique, G´enie Civil, Electrochimie
Arrˆet´e minist´eriel : 7 aouˆt 2006
Pr´esent´ee par:
Nicolas MESNIER
Th`ese dirig´ee par Jacques OHAYON
pr´epar´ee au sein du laboratoire TIMC-IMAG/´equipe DyCTiM
dans le cadre de l’´ecole doctorale Ing´enierie, Mat´eriaux, M´ecanique,
´Environnement, Energ´etique, Proc´ed´es, Production
Biom´ecanique de la Croissance de la
Plaque d’Ath´eroscl´erose : Contribution
´`a l’Etude des Contraintes R´esiduelles
Th`ese soutenue publiquement le 22 juin 2011,
devant le jury compos´e de :
M. Guy CLOUTIER
Professeur, Universit´e de Montr´eal, Examinateur
M. Jean-Marie CROLET
Professeur, Universit´e de Franche-Comt´e, Rapporteur
M. Denis FAVIER
Professeur, Universit´e de Grenoble 1, Examinateur
M. G´erard FINET
Professeur, Universit´e de Lyon 1, Examinateur
M. G´erard MAUGIN
Directeur de Recherche CNRS, Universit´e Paris 6, Examinateur
M. Christian ODDOU
Professeur, Universit´e Paris 12, Pr´esident du jury
M. Jacques OHAYON
Professeur, Universit´e de Savoie, Directeur de th`ese
M. Lalaonirina RAKOTOMANANA
Professeur, Universit´e de Rennes 1, Rapporteur
tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011`THESE
pour obtenir le grade de
´DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE GRENOBLE
´Sp´ecialit´e : Mat´eriaux, M´ecanique, G´enie Civil, Electrochimie
Arrˆet´e minist´eriel : 7 aouˆt 2006
Pr´esent´ee par:
Nicolas MESNIER
Th`ese dirig´ee par le professeur Jacques OHAYON
pr´epar´ee au sein du laboratoire TIMC-IMAG/´equipe DyCTiM
dans le cadre de l’´ecole doctorale Ing´enierie, Mat´eriaux, M´ecanique,
´Environnement, Energ´etique, Proc´ed´es, Production
Biom´ecanique de la Croissance de la
Plaque d’Ath´eroscl´erose : Contribution
´`a l’Etude des Contraintes R´esiduelles
Th`ese soutenue publiquement le 22 juin 2011,
devant le jury compos´e de :
M. Guy CLOUTIER
Professeur, Universit´e de Montr´eal, Examinateur
M. Jean-Marie CROLET
Professeur, Universit´e de Franche-Comt´e, Rapporteur
M. Denis FAVIER
Professeur, Universit´e de Grenoble 1, Examinateur
M. G´erard FINET
Professeur, Universit´e de Lyon 1, Examinateur
M. G´erard MAUGIN
Directeur de Recherche CNRS, Universit´e Paris 6, Examinateur
M. Christian ODDOU
Professeur, Universit´e Paris 12, Pr´esident du jury
M. Jacques OHAYON
Professeur, Universit´e de Savoie, Directeur de th`ese
M. Lalaonirina RAKOTOMANANA
Professeur, Universit´e de Rennes 1, Rapporteur
tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011If we knew what we were doing,
it wouldn’t be called research.
– Albert Einstein
tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011Remerciements
Les travaux de recherche pr´esent´es dans ce manuscrit de th`ese ont ´et´e r´ealis´es entre
septembre 2007 et juin 2011 au laboratoire TIMC-IMAG (Grenoble) et plus sp´ecifi-
quement dans l’´equipe DynaCell, devenue DyCTiM, anim´ee par Philippe Tracqui. Ces
travaux ont en partie ´et´e possible graˆce au financement d’une allocation sp´eciale pour
Normalien attribu´ee par le minist`ere de l’enseignement sup´erieur et de la recherche qui
est ici vivement remerci´e. Les quelques lignes qui suivent ont pour simple objectif de
t´emoigner ma reconnaissance `a toutes les personnes qui ont particip´e `a cette aventure,
que je qualifierais, selon le joli mot de Jean-Claude Bˆone, de «jubilatoire».
Je souhaite tout d’abord remercier le professeur Jacques Ohayon pour m’avoir ac-
cueilli, accompagn´e et guid´e dans cette recherche dans le monde de la plaque d’ath´e-
roscl´erose. Jacques, tes sujets sont passionnants et soul`event de nombreuses et belles
questions scientifiques. Je suis heureux d’avoir contribu´e a` l’une d’elles. Ton enthou-
siasme, ta confiance et ton soutien ind´efectibles ont ´et´e des piliers dans cette entreprise
et je tiens a` t’en remercier chaleureusement.
En second lieu, je tiens `a remercier les professeurs Jean-Marie Crolet et Lalaonirina
Rakotomanana d’avoir accept´e de rapporter cette th`ese. L’int´erˆet port´e `a ce travail me
touche beaucoup et les remarques et questions ´emanant de vos rapports sont pr´ecieuses.
Je souhaite ´egalement remercier le professeur Christian Oddou d’avoir accept´e d’ˆetre le
pr´esident de mon jury de th`ese et les professeurs Guy Cloutier, Denis Favier, G´erard
Finet et G´erard Maugin de m’avoir fait l’honneur d’ˆetre examinateurs de cette th`ese.
Vos remarques, questions et suggestions ont anim´e une discussion des plus int´eressantes
lors de la soutenance de cette th`ese et ont par la`-mˆeme ´eclair´e de nombreuses pistes de
recherches futures que je ne manquerai pas d’aborder.
Je tiens aussi a` remercier toutes les personnes qui ont pu contribuer `a rendre mes
conditions de travail excellentes, tant sur le plan scientifique qu’humain. Tout d’abord `a
Ang´eliqueSt´ephanouetSimonLeFloc’h,mesdeux co-bureaudes derni`eresheures,pour
leur soutien, leur point de vue, leur disponibilit´e et nos discussions qui ont assur´ement
enrichi et guid´e ma recherche; a` Philippe Tracqui, notre chef d’´equipe, pour sa hauteur
de point de vue et ses conseils; a` Alain Kamgou´e, mon co-bureau des premiers temps,
pour son humour et son humilit´e; a` tous les membres de l’´equipe DyCTiM – Arnold Fer-
tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011vi Remerciements
tin, Fran¸coise Giroud, Gabrielle Michalowicz, Malika Hamel, Marie-Paule Montmasson,
Redha Heus, Pierre-Simon Jouk et Yves Usson – avec qui nous avons beaucoup´echang´e,
particuli`erementlorsdenotres´eminairehebdomadaire;`aPauletteSouillard,notresuper
secr´etaire,poursadisponibilit´eetsagentillesse;auxstagiairessuccessifs,JulieHermant,
C´eline Franco et Marga Pons, avec qui j’ai partag´e bien plus que notre lieu de travail
et aux nouvelles recrues Adeline Bouvier, Anne-C´ecile Lesart, Flavien Delaval et Paul-
Audain Derosiers a` qui j’adresse mes plus sinc`eres encouragements. Je tiens ´egalement
a` remercier l’´equipe syst`eme du labo avec qui nous avons su (d´e)jouer quelques tours
astucieux `a des fins de calcul scientifique et plus particuli`erement Nouredinne Laieb et
Olivier P´edano. Enfin, un grand merci aux diff´erents membres du laboratoire pour cette
ambiance fraternelle et nos belles discussions de couloir.
`A ce stade, je souhaite adresser mes plus sinc`eres remerciements au professeur G´erard
Mauginpourletempsqu’ilm’aconsacr´elorsdemesvisites`al’IJLRA.J’aibeaucoupap-
pris au travers de nos diff´erentes discussions et vos remarques ont tr`es largement ´eclair´e
mes r´eflexions et guid´e mon travail th´eorique. Votre rencontre a ´et´e un ´el´ement d´eter-
minant de cette p´eriode doctorale et je vous consid`ere volontiers comme un maˆıtre. Je
tiens aussi a` remercier le professeur Marcelo Epstein, pour sa disponibilit´e et sa patience
danslatransmission(a`distance)desconceptslesplusavanc´esdem´ecaniqueg´eom´etrique.
Avantd’aborderlevoletmoinsscientifiquedemesremerciements,jenesauraisoublier
derendrehommagea`mesanciensprofesseursquiontsumetransmettreleuramourdela
m´ecanique et plus particuli`erement Jean-Michel Bergheau, pour m’avoir fait d´ecouvrir
la m´ecanique des milieux continus; Corentin Kerzreho, pour la pr´epa agreg; Georges
Dumont, le seul professeur que je connaisse a` mimer les ´equations. Merci aussi `a mes
3coll`egues enseignants de l’ENSE avec qui je me suis initi´e a` la transmission de la m´eca-
nique ces trois derni`eres ann´ees.
Enfin, je souhaite remercier de tout coeur ma famille et mes amis pour leur soutien
et leurs encouragements tout au long de ce travail. Merci `a Catherine, Froggy, Marion et
Sebpourleurtravailderelecture.Mercia`Choop’s,supportind´eniabledecetterecherche
et co-auteur invisible de ce manuscrit. Une partie de cette th`ese te revient naturellement
et le souligner ici me permet de le graver sur ce manuscrit.
Nicolas Mesnier
Grenoble, juin 2011
tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011R´esum´e
Ce travail de th`ese a pour ambition d’apporter des ´el´ements de compr´ehension du
roˆle des contraintes r´esiduelles au sein des plaques d’ath´eroscl´erose. Il s’inscrit dans un
programme de recherche qui vise `a d´evelopper de nouveaux outils favorisant l’aide au
diagnostic de patients atteints de cette maladie cardiovasculaire. Suivant les ´evolutions
majeures de ces derni`eres ann´ees, la premi`ere partie de ce travail pr´esente une vision
contemporaine de la maladie d’ath´eroscl´erose et des nombreux enjeux de mod´elisation
m´ecanique auxquels la compr´ehension de la maladie et son diagnostic font appel. Nous
faisons ´emerger un manque certain quant au roˆle des contraintes r´esiduelles dans cette
maladie. Les contraintes r´esiduelles sont un marqueur naturel du d´eveloppement des tis-
sus. La deuxi`eme partie de ce travail aborde leur quantification exp´erimentale au sein
des art`eres saines et pathologiques de souris. De fa¸con int´eressante nous montrons leur
importance et la n´ecessit´e de les prendre en compte pour avoir une image raisonnable
de l’´etat de contraintes des art`eres en conditions physiologiques. Ces r´esultats originaux
n’ont toutefois pas permis d’´etablir de corr´elation avec l’intensit´e du processus inflam-
matoireau sein des plaques. Enfin, la derni`ere partiede ce travailaborde la mod´elisation
du d´eveloppement des contraintes r´esiduelles. Un effort de description de la structure
g´eom´etrique des corps avec des contraintes r´esiduelles a ´et´e fait afin de faire ´emerger
de nouveaux outils de mod´elisation de leur d´eveloppement. Une premi`ere application
d’un mod`ele de croissance intrins`eque est pr´esent´ee et illustr´ee. Cette approche semble
prometteuse et apporte d´eja` quelques´el´ements de compr´ehension du d´eveloppement des
contraintes r´esiduelles. Toutefois, les travaux effectu´es ne constituent qu’une ´etape pr´e-
liminaire et n’ont pas encore ´et´e exploit´es pleinement. Par contre ces travaux ouvrent
assur´ement de nouvelles perspectives de recherche.
tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011tel-00619289, version 1 - 6 Oct 2011

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