Analyse du comportement mécanique de la peau in vivo

An analysis of the in vivo mechanical behaviour of the skin

• Auteur / Autrice : Alexandre Delalleau
• Direction : Hassan Zahouani, Jean-Michel Bergheau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Modèles mathématiques

Méthodes de simulation

Mécanique

Propriétés mécaniques

Peau

Résumé

La structure particulièrement fine de la peau, sa composition complexe et sa variabilité suivant les individus et les zones du corps, en font un système mécanique extrêmement difficile à étudier. Pourtant, son analyse est primordiale pour divers domaines tels la dermatologie, la chirurgie, la simulation des crashs automobiles, et la cosmétique, qui constitue notre champ d'investigation. Le premier objectif de ce travail est de définir une méthode originale d'identification des propriétés mécaniques de la peau humaine. Cette dernière se doit d'être commune à l'ensemble des essais réalisés sur la peau, afin de permettre des comparaisons directes entre ces différentes expérimentations. Le deuxième objectif de cette approche concerne le développement des lois mécaniques spécifiques attestant du caractère complexe du tissu cutané permettant toutefois des analyses phénoménologiques. Dans ce but, des lois de comportement simples, mais néanmoins pertinentes vis-à-vis du cadre de l'étude, sont développées afin d'analyser les aspects non linéaires, viscoélastiques et incompressibles de la peau. Le troisième objectif de cette étude est relatif à la robustesse de l'approche proposée. Afin d'effectuer une identification systématique des courbes expérimentales suivant les lois de comportement définies, une combinaison des avantages de différents algorithmes d'optimisation est réalisée. Finalement, nous nous sommes intéressés à définir une méthode d'identification flexible pouvant être utilisée par tout un chacun. Un système particulier de bases de données numériques permet de définir un processus d'identification indépendant, dans sa version finale, de tout calcul éléments finis

The mechanical properties of the skin are of potential interest in the identification of certain diseases, for assessing therapeutic intervention, or for predicting the effect of a trauma. Such an analysis is a key investigation for surgery, for dermatology and for cosmetic studies to draw relationships with the sex or the age of an individual. First of all, this study aims at presenting a new identification method to assess the mechanical properties of human skin. Since skin needs to be studied in vivo, various experimental tests were designed and several models which are usually based on different assumptions have been proposed. The advantage of this method is that it can be used to deal with any kind of mechanical tests. It is thus able to distinguish the best experimental devices and to explain the disparity of the measurements usually shown by literature. This work then focuses on the analysis of the complex mechanical properties of the skin through specific behaviour laws. The nonlinear, viscoelastic and incompressible aspects of the skin are for example tackled. The third purpose of this analyze concerns the reliability of the proposed method. Clinical studies are performed with a large number of measurements. To draw reliable conclusions, the identification of the mechanical properties must succeed in every case. The reliability of the proposed algorithm is ensured through the coupling of different optimization techniques. Finally, the main advantage of this approach, which shows a close concept to the one of design of experiments and response surfaces, consists in using a FEM-free optimization procedure that can be used easily by medical practitioners