Ultrasonic assessment of children's cortical bone anisotropy

L'os cortical de l'enfant est peu étudié du fait de la rareté des échantillons disponibles. L'une des méthodes les plus prometteuses pour obtenir des informations sur le comportement mécanique de l'os enfant non pathologique repose sur la préparation et la caractérisation ultrasonore d'échantillons de faibles dimensions issus de déchets chirurgicaux. Dans cette étude, des cubes de 2 mm de côté ont été usinés à partir d'échantillons de fibulae enfants et adultes. Les 6 coefficients de rigidité diagonaux (Cii) ont été évalués par mesure de vitesse d'ondes de volume de compression et de cisaillement selon les 3 directions de l'espace, à 5 MHz. Le comportement anisotrope des échantillons testés correspond à une isotropie transverse, le plan perpendiculaire à l'axe de l'os pouvant être considéré comme isotrope

Le développement en série de Peano du Matricant pour l'étude de la propagation des ondes élastiques en milieux à propriétés continument variables

Les milieux à propriétés continûment variables selon une direction particulière de l'espace intéressent les géophysiciens depuis plus de cinquante ans. La croûte terrestre, les océans et l'atmosphère sont des milieux naturels continûment hétérogènes. Mais on rencontre également ce type de configuration, variation continue des propriétés caractéristiques des matériaux, pour de nombreux produits industriels. Le contrôle et l'évaluation de ces matériaux représentent donc un enjeu important. Le schéma classique de résolution des équations d'ondes en milieux à hétérogénéité unidirectionnelle repose sur un modèle multicouche, la stratification du milieu étudié pouvant être naturelle, les propriétés sont des fonctions constantes par morceaux, ou artificielle, les propriétés sont des fonctions continues que l'on discrétise. Cette approche est alors connue sous le nom de méthode de Thomson-Haskell. Dans le cas des milieux continûment variables, on calcule une solution exacte à un problème approché ce qui suscite de nombreuses interrogations quant à la précision et à la validité des solutions obtenues. Dans ce travail, le problème est abordé sous un angle différent offrant ainsi de nouvelles perspectives d'approche des milieux hétérogènes. Afin de conserver l'authenticité du problème, nous proposons d'utiliser une méthode basée sur le développement en série de Peano du matricant, forme explicite de la solution analytique exacte des équations d'ondes mises sous la forme d'un système différentiel ordinaire du premier ordre à coefficients non-constants, pour des profils quelconques de propriétés. Les développements analytiques et numériques de cette écriture appliquée à des problèmes de conditions aux limites ont fourni une méthode robuste pour l'analyse des phénomènes acoustiques (courbes de dispersion, spectre fréquentiel du coefficient de réflexion etc.). Des résultats prometteurs quant à la détection du caractère hétérogène et à la quantification de certains paramètres caractéristiques de l'hétérogénéité ont été obtenus.Modelling elastic media with material properties, continuously varying in the lateral direction, has a long historical record in geophysics. The mantle crust, the oceans and the atmosphere are media with natural heterogeneity. Moreover, the continuous variation of the elastic properties often occurs in industrial materials. Characterization of such materials is of great importance. The classical scheme to solve the wave equation in media with one-dimensional heterogeneity relies on a multilayered model. The properties are piecewise constant functions for both naturally stratified media and the discretization model of continuously varying media. This approach is known as the Thomson-Haskell method. For continuously heterogeneous media, this method, via discretization, deals with an approximate problem, thus raising some questions about the accuracy and the validity of the obtained solution. In this work, the point is to tackle the problem of wave propagation in heterogeneous media in a different way. To keep the authenticity of the problem, we employ the method based on the Peano series expansion of the matricant. For an arbitrary heterogeneity profile, the Peano series expresses the exact analytical solution of the wave equation written as a first-order ordinary differential system with variable coefficients. The analytical and numerical treatment of the Peano series of the matricant provides a robust method for analysing acoustic phenomena in plates and waveguides. It is hoped to be useful in various areas dealing with ultrasonic characterization of heterogeneous materials

Mechanical properties of children cortical bone: a bimodal characterization

International audienceFor cortical bone, important changes of the elastic properties values have been clearly shown in ageing but not in childhood, furthermore recent works considered osteoporosis as a pediatric disease with geriatric consequences and children are concerned by specific infantile osteopathologies. That is why there is a strong interest in the characterisation of the growing process of children bone. However, few mechanical properties of cortical growing bone are available in literature and do not yield to gold standards. In this work, we have analysed surgery waste (bone transplantation) from long bone (fibula). In a first step, a non destructive method was used to evaluate the velocity of ultrasonic waves from which the acoustic Young's modulus Ea is calculated using the difference of sound path duration and the mass density. Then, in a second step, a destructive method was used to obtain mechanical Young's modulus Em using a 3-point microbending. The children samples (4 to 16 year old) show an average Ea and na of 15.5 GPa (+/- 3.4) and 0.24 (+/- 0.08) at 10 MHz , and an average Em of 9.1 GPa (+/- 3.5). Ea and na are in the same range for children and seniors but a linear correlation between Ea and Em is found only for the fourteen samples of the children group

Children cortical bone characterisation: the ultrasonic issue

International audienceNowadays there is a strong interest in the characterization of the growing process of children bone. Recent works considered osteoporosis as a pediatric disease with geriatric consequences and children are concerned by specific infantile osteo-pathologies. However, few mechanical properties of cortical growing bone are available in literature and do not yield to gold standards. The goal of this study is to evaluate the validity of ultrasonic characterization of elastic properties for growing bone. Nine surgery wastes from fibula auto-transplants (5 to 16 years old children with accordance of French ethical committee) are included in a two-step method process. A non-destructive ultrasonic evaluation (7 and 10 MHz) yields to acoustic Youngs modulus (Ea) and a micro-three point bending test yields to Youngs modulus (E). Ultrasonic testing provides an average Ea of 15.2 GPa (+/- 2.9) at 7 MHz and 15.49 GPa (+/- 3.95) at 10 MHz, and micro-flexion an average E of 10.13 GPa (+/- 5.29). A linear correlation between Ea and E is found (R2 value is 0.78 at 7 MHz and 0.79 at 10 MHz). To our knowledge, this is the highest R2 between destructive and non-destructive method found in literature for human cortical bone

Synthèse des débats

Diversité des expériences L’ensemble des témoignages nous a permis de mieux saisir la diversité des situations selon les pays, celle des conditions d’enseignement, celle des défis posés aux systèmes éducatifs et celle des expériences en cours. Au-delà de cette diversité, il y a toutefois un certain nombre de constantes. Tout d’abord au niveau de la complexification du rôle de l’enseignant et de la nécessaire revalorisation de son statut et de la profession enseignante. Les différentes interve..

Machining of titanium metal matrix composites : progress overview

ABSTRACT: The TiC particles in titanium metal matrix composites (TiMMCs) make them difficult to machine. As a specific MMC, it is legitimate to wonder if the cutting mechanisms of TiMMCs are the same as or similar to those of MMCs. For this purpose, the tool wear mechanisms for turning, milling, and grinding are reviewed in this paper and compared with those for other MMCs. In addition, the chip formation and morphology, the material removal mechanism and surface quality are discussed for the different machining processes and examined thoroughly. Comparisons of the machining mechanisms between the TiMMCs and MMCs indicate that the findings for other MMCs should not be taken for granted for TiMMCs for the machining processes reviewed. The increase in cutting speed leads to a decrease in roughness value during grinding and an increase of the tool life during turning. Unconventional machining such as laser-assisted turning is effective to increase tool life. Under certain conditions, a “wear shield” was observed during the early stages of tool wear during turning, thereby increasing tool life considerably. The studies carried out on milling showed that the cutting parameters affecting surface roughness and tool wear are dependent on the tool material. The high temperatures and high shears that occur during machining lead to microstructural changes in the workpiece during grinding, and in the chips during turning. The adiabatic shear band (ASB) of the chips is the seat of the sub-grains’ formation. Finally, the cutting speed and lubrication influenced dust emission during turning but more studies are needed to validate this finding. For the milling or grinding, there are major areas to be considered for thoroughly understanding the machining behavior of TiMMCs (tool wear mechanisms, chip formation, dust emission, etc.)

Géochimie isotopique du plomb en archéologie minière et métallurgique

La géochimie isotopique du plomb est un outil utilisé dans le domaine de l’archéologie minière et métallurgique. Dans le cadre d’une approche interdisciplinaire i.e. par l’implication active d’archéologues, historiens, géographes, palynologues et géologues, elle permet de (i) restituer la filiation mine – objet et l’histoire des activités minières et métallurgiques dans le paléo environnement et (ii) de quantifier et caractériser l’héritage minier dans l’environnement actuel. Ces études ont été menées sur le Mont-Lozère (Cévennes, France), dans le cadre du PCR « Plomb Ancien du Mont-Lozère » qui est un Projet Collectif de Recherche financé par le Ministère de la Culture.The geochemistry of lead isotopes is a tool basically used in mining and metallurgical archaeology. Combining with an active interdisciplinary approach i.e. archaeologists, historians, geographers, palynologists, geologists… it allows i) the restitution of mine – metal filiations and the restitution of mining and metallurgical activities in the paleo environment and (ii) the quantification and characterisation of mining heritage in the actual environment. Our study carried out on the Mont-Lozère massif (Cévennes, France), inside a project intituled “Plomb ancien du Mont-Lozère” (financed by the Ministry of Culture), constitutes a good example of interdisciplinary research