Modélisation numérique du comportement non-linéaire et dissipatif de prothèses discales pour l'optimisation de leurs performances cinématiques et dynamiques.

Numerical modelling of nonlinear and dissipative behavior of intervertebral disc prosthesis for the optimization of kinematic and dynamic performances

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Garcher
• Direction : Jean-François Deu
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 31/08/2019
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMSSC - Laboratoire de Mécanique des structures et des systèmes couplés
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France ; 1794-....)

Mots clés

Mots clés libres

Disque intervertébral

Modélisation numérique

Non-linéaire

Dynamique

Optimisation

Intervertebral disc

Numerical modelling

Nonlinear

Dynamic

Optimization

Résumé

Dans le cadre du traitement de pathologies dégénératives lombaires, cette thèse contribue au développement d'un outil numérique prédictif pour la conception et le dimensionnement de nouvelles prothèses discales. Cet outil, basé sur la méthode des éléments finis, devra permettre d'optimiser de manière robuste les propriétés cinématiques, dynamiques et dissipatives des prothèses discales. Dans un premier temps, un modèle réduit efficace du disque intervertébral sera proposé. Il utilisera une extension originale des méthodes de sous-structuration dynamique pour prendre en compte son comportement non-linéaire et dissipatif. Dans un deuxième temps, une étude numérique paramétrique sera menée sur un modèle simplifié de prothèse, et sera complétée par des validations expérimentales. L'objectif sera d'identifier les paramètres influant sur les performances de la prothèse et de définir des critères de dimensionnement. L'approche de réduction de modèle développée sera alors testée dans le cadre de l'optimisation robuste de prothèse discale.

In the context of the treatment of degenerative lumbar disease, this thesis consists in developing a predictive numerical tool for designing new intervertebral disc prostheses. This computational tool based on the finite element method will allow to optimize kinematic, dynamic and dissipative properties of intervetebral disc prostheses. Firstly, a reduced order model of the disc will be developed. It will integrate appropriate sub-structuring methods to take nonlinearity and dissipation into account. Secondly, a parametric numerical study will be conducted on a simplified model, enhanced with experimental validations. The aim will be to identify the most influential parameters on prosthesis performance and define design criteria. A reduced model approach will be implemented and tested for robust design optimization of the intervertebral disc.