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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
No d'ordre : 2309 Annee 2005 THESE presentee pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Specialite : Genie Electrique par Christophe VIGUIER DEA Genie Electrique de l'INPT Contribution au developpement d'actionneurs electroactifs pour l'assistance circulatoire - Application a la mise au point d'une fonction antithrombotique soutenue le 15 decembre 2005 devant le jury compose de : M. Alain Pavie Professeur des Universites President M. Jerome Delamare Professeur des Universites Rapporteur M. Jean-Franc¸ois Manceau Maıtre de conference Rapporteur Mme. Marianna Braza Directeur de recherche du CNRS Examinateur M. Pascal Leprince Chirurgien cardiaque Examinateur M. Bertrand Nogarede Professeur des Universites Directeur de these These preparee au Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle de l'ENSEEIHT UMR CNRS No 5828

  • electroactifs dans les dispositifs d'assistance circulatoire

  • lement de particules

  • influence des vibrations sur les temps de formation des caillots dans le raccord

  • assistance circulatoire

  • influence de deformations parietales sur le decollement


Publié le : mardi 19 juin 2012
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Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 212
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oN d’ordre : 2309 Ann´ee 2005
`THESE
pr´esent´ee
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Sp´ecialit´e : G´enie Electrique
par
Christophe VIGUIER
´DEA G´enie Electrique de l’INPT
Contribution au d´eveloppement
d’actionneurs ´electroactifs pour
l’assistance circulatoire - Application `a
la mise au point d’une fonction
antithrombotique
soutenue le 15 d´ecembre 2005 devant le jury compos´e de :
M. Alain Pavie Professeur des Universit´es Pr´esident
M. J´eroˆme Delamare Professeur des Universit´es Rapporteur
M. Jean-Fran¸cois Manceau Maˆıtre de conf´erence Rapporteur
Mme. Marianna Braza Directeur de recherche du CNRS Examinateur
M. Pascal Leprince Chirurgien cardiaque Examinateur
M. Bertrand Nogarede Professeur des Universit´es Directeur de th`ese
´ ´Th`ese pr´epar´ee au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de
l’ENSEEIHT
oUMR CNRS N 5828R´esum´e
Cette ´etude se place dans le cadre d’une collaboration entre le Groupe de
Recherche en Electrodynamique de l’INPT/ENSEEIHT/CNRS et le Service de
Chirurgie Thoracique et Cardiovasculaire de l’APHP Piti´e-Salpˆetri`ere de Paris.
L’objectif de ce travail est d’envisager l’apport des nouveaux mat´eriaux ´electroactifs
dans les dispositifs d’assistance circulatoire. Ces syst`emes ont pour rˆole de
remplacer temporairement la fonction de pompe jou´ee par le coeur (coeur artificiel et
syst`eme de circulation extracorporelle). Dans ces conditions, le sang est confront´e
`a deux probl`emes favorisant la formation de caillots (thrombose) : contact avec des
surfaces artificielles et perturbation de son ´ecoulement. L’´etude propos´ee envisage
la possibilit´e de r´ealiser une fonction antithrombotique avec un actionneur
´electroactif.
La premi`ere partie est consacr´ee a` la d´efinition des principaux mat´eriaux
actifs. Quelques applications pr´esentes dans le domaine m´edical sont aussi d´ecrites.
La deuxi`eme ´etape consiste `a d´eterminer, par simulations fluidiques, les zones
privil´egi´ees pour la formation de caillots dans une g´eom´etrie de type divergente
(raccord en Y) en tenant compte des propri´et´es non newtoniennes du sang. De
plus, une ´etude repr´esentant l’agr´egation de plaquettes sanguines est r´ealis´ee en
utilisant de fines particules de fer immobilis´ees avec un aimant dans la divergence
´etudi´ee, dans lequel circule un fluide. Ainsi, l’influence de d´eformations pari´etales
sur le d´ecollement d’une particule a pu ˆetre mod´elis´ee.
A partir des donn´ees accumul´ees dans le chapitre pr´ec´edent, des actionneurs
constitu´es de c´eramiques multicouches pi´ezo´electriques sont dimensionn´es et
caract´eris´es (fr´equence de r´esonance et d´eformation cr´e´ee sur le raccord).
Enfin, un circuit permettant de reproduire la formation de caillots dans le
raccord en Y, bas´e sur un mod`ele de circulation extracorporelle, a ´et´e r´ealis´e. En
int´egrant les actionneurs dans ce mod`ele, le d´ecollement des particules par
vibrationspari´etalesapuˆetrev´erifi´eexp´erimentalement.Deplus,une´etudeapermisde
d´eterminer l’influence des vibrations sur les temps de formation des caillots dans
le raccord, ouvrant la voie a` la mise au point d’une fonction antithrombotique.
MOTS CLEFS
mat´eriaux´electroactifs, actionneur pi´ezo´electrique, vibrations pari´etales,
d´ecollement de particules, assistance circulatoire, antithrombose.
iiiAbstract
This study is placed within the framework of collaboration between the
Electrodynamics Research Group of the INPT/ENSEEIHT/CNRS and the
Thoracic and Cardiovascular Surgery Service of the APHP Piti´e-Salpˆetri`ere of Paris.
The objective of this work is to consider the contribution of new electroactive
materials in the devices of mechanical circulatory support. These systems replace
temporarily the pump function played by the heart (artificial heart and device
of extracorporeal circulation). Under these conditions, blood is confronted with
two problems supporting the clot formations (thrombosis) : contact with artificial
surfaces and disturbance of its flow. The study suggested considers the possibility
of fulfilling an antithrombotic function with an electroactive actuator.
The first part is devoted to the definition of principal active materials. Some
applications present in the medical field are also described.
The second stage consists in determining, by fluidic simulations, the zones
privileged for the clot formations in a divergent type geometry (Y-shaped
connection) by taking into account the non newtonian blood properties. Moreover, a
study representing the blood platelet aggregations is carried out by using fine
iron particles immobilized with a magnet in the studied divergence, in which a
fluid circulates. Thus, the influence of parietal deformations on the separation of
a particle could be modelled.
From the data accumulated in the preceding chapter, actuators made up of
piezoelectric multi-layer ceramics are dimensioned and characterized (resonance
frequency and deformation created on the Y-shaped connector).
Finally, a circuit allowing to reproduce the clot formations in the Y-shaped
connector, based on a model of extracorporeal circulation, was carried out.
By integrating the actuators in this model, the separation of the particles by
parietal vibrations could be check in experiments. Moreover, a study made it
possible to determine the influence of the vibrations on the clot formation times in
theconnection,openingthewaytothedevelopmentofanantithromboticfunction.
KEYWORDS
elctroactive materials, piezoelectric actuator, parietal vibrations, particle
separations, mechanical circulatory support, antithrombosis.
v`a mes parents,
`a ma soeur...Avant propos
Le travail pr´esent´e dans ce m´emoire a ´et´e r´ealis´e au Laboratoire
d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle (LEEI) de l’Ecole Nationale Sup´erieure
d’Electronique, d’Electrotechnique, d’Informatique , d’Hydraulique et des
T´el´ecommunications de Toulouse (ENSEEIHT).
Je tiens tout d’abord `a remercier M. Bertrand Nogarede, Professeur `a
l’ENSEEIHT, pour la confiance qu’il m’a accord´e en me proposant de r´ealiser
cette th`ese au sein du Groupe de recherches en ´electrodynamique EM3. De plus,
son enthousiasme pour l’´electrodynamique m’a donn´e les motivations n´ecessaires
pour r´ealiser ces travaux. Je n’oublie pas la grande humanit´e dont il a fait
preuve et qui a fait passer ces trois ann´ees dans une ambiance de travail des plus
dynamique. Voyez en ces quelques mots le plaisir que j’ai eu `a travailler sous votre
responsabilit´e.
Je souhaite ´egalement remercier les membres du jury :
– M. AlainPavie, Professeurs des Universit´es et Chirurgien cardiaque `a
l’Hˆopital Piti´e-Salpˆetri`ere, qui m’a fait l’honneur d’accepter la pr´esidence de ce
jurymarquantainsil’´etroitecollaborationquiapermider´ealisercestravaux;
– M. J´erˆome Delamare, Professeur `a l’Ecole Nationale Sup´erieure
d’Ing´enieurs Electriciens de Grenoble, pour avoir accept´e le rˆole de rapporteur et
manifest´e de l’enthousiasme durant nos divers ´echanges oraux;

M.Jean-Fran¸coisManceau,Maˆıtredeconf´erencea`l’Universit´edeFrancheComt´e, pour avoir ´egalement aimablement accept´e la charge de rapporteur
et contribu´e `a am´eliorer la qualit´e de ce manuscrit;
– Mme Marianna Braza, Directeur de recherche du CNRS, qui par ses
questions et ses remarques en tant que sp´ecialiste de m´ecanique des fluides a
apport´e des ´eclaircies sur les diff´erentes perspectives d´ecoulant de ces
travaux;
– M. Pascal Leprince, Docteur en M´edecine et Chirurgien cardiaque `a
l’Hˆopital Piti´e-Salpˆetri`ere, qui, sans sa contribution, n’aurait pas vu naˆıtre
ce projet. Nos rencontres r´eguli`eres m’ont permi de mieux connaˆıtre le
monde de la chirurgie cardiaque et de comprendre quelles motivations
poussent les chirurgiens `a s’investir dans leur travail. J’esp`ere qu’il verra ici
ixtoute ma reconnaissance et le plaisir que j’ai eu a` partager ces trois ann´ees
pleines de r´eflexions.
Je remercie ´egalement M. Mourad Karouia, Docteur en robotique, pour les
divers ´echanges tr`es instructifs que nous avons eu ainsi que pour l’organisation
dont il a fait preuve pour planifier les campagnes d’essais que nous avons pu
r´ealis´ees. Par la mˆeme occasion, je remercie le personnel de l’Ecole de Chirurgie
de Paris qui nous a donn´e la possibilit´e de faire nos manipulations et qui m’a
toujours accueilli chaleureusement.
Je tiens ´egalement `a remercier toutes les personnes du groupe EM3 qui
ont toujours su ˆetre l`a pour r´epondre `a mes questions et me faire part de
leurs bons conseils, M. Dominique Harribey, M. Jean-Fran¸cois Rouchon,
M. Eric Duhayon et Mme Carole Henaux, ainsi que pour le soutien dont ils
ontfaitpreuvedud´ebutjusqu’a`lafindecestravaux(surtoutavantlasoutenance).
De mˆeme, je remercie Mme V´eronique Roig et M. Paul Duru, enseignant
chercheur a` l’Institut de M´ecanique des Fluides de Toulouse, qui ont toujours pris
le temps de r´epondre a` mes interrogations et ont su m’aiguiller avec simplicit´e
dans les parties concernant l’´ecoulement de fluide.
Je remercie aussi toutes les personnes en charge des aspects administratifs
mesdames Schwarz, Pionnie, Mebrek et Escaig, avec une grande pens´ee
pour Mme Christine Bodden sans qui les d´emarches administratives relatives `a
la soutenance n’auraient pu ˆetre aussi bien finalis´ees ainsi que pour la patience et
l’investissement qu’elle a eu `a notre ´egard.
Je n’allais pas oublier bien suˆr mes chers coll`egues th´esards. Ceux qui sont
d´ej`a docteurs Sylvain, J´erˆome, Alexis, Lauric, Guillaume,... avec qui nous nous
sommes souvent creus´e la tˆete pour savoir si nous pr´ef´erions jouer au tarot ou
`a la p´etanque. Mais aussi ”la nouvelle g´en´eration” Nicolas, Mathieu L., Mathieu
C., J´eroˆme,... avec qui nous avons eu des ´echanges plus chaleureux et tactiles que
d’accoutum´e liant un peu plus les liens dans cette grande confr´erie qu’est celle des
doctorants.
Enfin, je tiens a` remercier plus particuli`erement ma famille qui m’a toujours
laiss´e la libert´e dans le choix de mon cursus scolaire et qui de plus m’a toujours
donn´e les moyens mat´eriels et le soutien moral pour arriver `a ce diploˆme final.
Qu’elle trouve, dans ces travaux et ce manuscrit, le t´emoignage de toute la
reconnaissance et de l’amour que je leur porte. Ainsi que ma compagne Jennifer qui m’a
toujours soutenu dans les moments les plus difficiles.

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