Contribution à l'amélioration des connaissances des phénomènes d'interaction fluide/structure à l'intérieur de la boîte crânienne soumise à une sollicitation dynamique : études expérimentale et numérique

par Audrey Hault-Dubrulle

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Pascal Drazetic.

Soutenue en 2007

à Valenciennes .


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est de contribuer à améliorer la connaissance des phénomènes physiques d’interaction fluide/structure qui régissent les mouvements du cerveau à l’intérieur de la boîte crânienne. Pour cela, un protocole expérimental est développé isolant les phénomènes qui nous intéressent, à savoir, le couplage entre une structure déformable (cerveau) et un fluide (liquide céphalorachidien (LCR)). Ainsi, nous nous intéressons au comportement, en rotation, d’un modèle cylindrique rigide (aluminium) contenant un cylindre déformable (gel de silicone utilisé comme matériau de substitution de la matière cérébrale dans de nombreux modèles physiques de la tête humaine) avec ou non une couche de fluide (eau jouant le rôle du LCR) entre les deux cylindres. La cinématique complète du modèle, ainsi que la déformation du gel, sont obtenues au cours de la sollicitation grâce à des techniques optiques. La comparaison des modèles avec ou sans eau a permis de quantifier l’influence du fluide sur le comportement du gel. Pour le modèle avec eau, le gel a principalement un mouvement de corps rigide puisqu’il est libre de tourner à l’intérieur de la cuve, ce qui induit des déformations relativement faibles à l’intérieur du gel et des déplacements périphériques importants. Pour le modèle sans eau, le gel adhère parfaitement aux parois du modèle en aluminium. De ce fait, son mouvement est restreint, induisant de grandes déformations dans le gel. Parallèlement, les résultats de cette campagne expérimentale sont utilisés pour tester la capacité des codes actuels à représenter les phénomènes physiques observés et dégager des options de modélisation pour le couplage LCR/cerveau

  • Titre traduit

    Towards a better understanding of fluid/structure interaction phenomena inside the head when subjected to a dynamical loading : experimental and numerical studies


  • Résumé

    The aim of this study is to enhance the knowledge of fluid/structure interaction phenomena that governs brain movement inside the head subjected to a transient loading. An experimental protocol has been developed to understand the coupling phenomenon between a deformable structure (brain) and a fluid (cerebrospinal fluid (CSF)). A simplified physical head model subjected to an angular acceleration has been developed. This model consists of an aluminium cylinder filled with a silicone gel simulating the brain, either detached from the vessel or not by a layer of water representing the CSF. Complete kinematics of the model, displacements and strains induced in the gel has been determined by optical measurements. Fluid influence on gel kinematics is evaluated by comparing gel responses for the models with and without water. When a fluid layer prevents the gel to stick to the vertical walls of the aluminium vessel, displacements and strains inside the gel are lower than those observed for the model without water, while external movements of the gel with respect to the aluminium vessel are more important for the model with water. This can be explained by the fact that the gel mainly exhibits a rigid body motion in the model with water because the gel is free to rotate relatively to the vertical walls of the rigid model. For the model without water, the gel sticks to the aluminium vessel walls and its movement is restrained. In parallel, results from experimental study are used to estimate the capacity of actual FE codes to simulate the physical phenomena observed, as well as proposed modelling options for CSF/brain coupling representation

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Informations

  • Détails : 1 vol. (167 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 161-164

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  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 900385 TH
  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 900386 TH
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