Modélisation numérique et expérimentale des interactions fluide structure en conduite sténosée : contribution à l'étude de la vulnérabilité de la plaque d'athérome carotidienne.

Numerical and experimental modeling of the fluid structure interaction in stenosed tube : contribution towards the analysis of carotid atheromatous plaque vulnerability.

• Auteur / Autrice : Tristan Belzacq
• Direction : Stéphane Avril, Emmanuel Leriche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mecanique et ingénierie
• Date : Soutenance le 19/03/2012
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR 5146 - Laboratoire Claude Goux - Centre Ingénierie et Santé - Département Biomécanique et Biomatériaux
• Jury : Président / Présidente : Mhamed Souli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Avril, Emmanuel Leriche, Mhamed Souli, Christian Geindreau, Patrick Segers, Alexandre Delache, Valérie Deplano, Jean-Pierre Favre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Geindreau, Patrick Segers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Circulation sanguine

Sténose

Biomécanique

Thèses et écrits académiques

Obstruction des artères carotides

Mots clés libres

Plaque d'athérome carotidienne

Biomécanique vasculaire

Sténose

Ecoulement sanguin

Intéraction fluide structure

Carotid atheromatous plaque

Vascular biomechanics

Stenosis

Blood flow

Fluid structure interaction

Résumé

La rupture de la plaque d'athérome carotidienne est la première cause des infarctus cérébraux. Pour prévenir ces accidents, l'endartérectomie carotidienne est le traitement le plus utilisé. La vulnérabilité de la plaque est en relation avec les efforts que le sang applique sur la plaque. Ces actions sont différentes suivant les propriétés constitutives, mécaniques et géométriques de la plaque. Plusieurs auteurs ont développé des modèles numériques de la plaque d'athérome carotidienne à partir desquels une analyse mécanique a permis de caractériser les déformations et les contraintes en lien avec la rupture de la plaque. Néanmoins, les caractéristiques d'une plaque vulnérable sont encore mal connues. Dans ce manuscrit, un modèle numérique de plaque d'athérome carotidienne est développé en interaction fluide-structure dans le but mieux comprendre comment les actions mécaniques du sang sur la plaque sont affectées par les propriétés mécaniques et géométriques de la plaque. Plusieurs résultats sont en concordance avec la littérature : la vulnérabilité de la plaque est associée à la sévérité de sténose et à l'épaisseur de la chape fibreuse. De plus une analyse de l'écoulement du sang, de la déformation de la plaque et des contraintes dans la plaque révèle que les effets de l'écoulement du sang sont amplifiés si la plaque est courte, si la pente en amont de sténose est raide ou si la morphologie de la plaque est irrégulière et asymétrique. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives dans la compréhension de la vulnérabilité de la plaque.

The rupture of carotid atheromatous plaques is the major cause of cerebrovascular thromboembolic events such as strokes and ischemic attacks. To prevent this issue, carotid endarterectomy is the preferred treatment. The vulnerability of the plaque is related the mechanical action of the blood onto the plaque. This action is different according to the plaque morphology, the plaque constitution and the mechanical properties of the constituents. Several authors developed computational models to perform mechanical analyses for carotid atherosclerotic plaques and to identify critical mechanical descriptors as stresses or strains related to plaque rupture. But the question of which plaque characteristics affect the plaque rupture is not closely elucidated. In this manuscript a fluid structure interaction model is developed, questioning how the mechanical action of the blood onto an atheromatous plaque is affected by the mechanical and geometrical properties of the plaque. Many results are in agreement with the literature: the vulnerability of atheromatous plaques is related to the degree of severity of the endoluminal stenosis and the thickness of the fibrous cap. Moreover the resulting flow patterns, wall shear stresses, plaque deformations and stresses in the fibrous cap reveal that the effects of the blood flow are amplified if the plaque is short, if the slope upstream stenosis is steep or if the plaque morphology is irregular and asymmetric. These results offer new perspectives for understanding the vulnerability of plaques.