Développement de compositions polymères biosourcées sur base PLA pour des applications automobiles

National audiencePLA is a bio-based and biodegradable polymer with high tensile strength and rigidity. Nevertheless, its low impact toughness and its brittleness are obstacles for a use in highly loaded parts. To overcome these drawbacks, the influence of several additives is studied. First of all, PLA plasticization by TBC leads to a marked increase of ductility, however counterbalanced by a drop of tensile strength and rigidity. The formation of copolymers PLA-impact modifier (BS) allows to increase impact toughness but not ductility. Finally, quaternary compositions PLA-BS-TBC-clay nano-reinforcements have interesting tensile and impact properties compared to a mineral filled PP frequently used for automotive applications.Le PLA est un polymère biosourcé, biodégradable et à hautes rigidité et résistance en traction. Toutefois, sa faible résilience et sa fragilité sont des obstacles à son utilisation pour des pièces fortement sollicitées. Pour y remédier, cette étude s'intéresse à l'enrichissement progressif de compositions à base de PLA. Dans un premier temps, l'ajout de plastifiant (TBC) permet une nette augmentation de la ductilité du matériau, mais dégrade les autres propriétés en traction. La formation de copolymères PLA-modificateur d'impact (BS) permet un fort accroissement de la résilience, mais pas de la ductilité. Enfin, les compositions quaternaires PLA-BS-TBC-nanocharges d'argile constituent une piste viable pour une utilisation sous fortes sollicitations, grâce à des propriétés mécaniques en traction et à l'impact prometteuses, comparées à celles d'un PP chargé, classiquement utilisé dans l'automobile

Surface Texturization of Breast Implants Impacts Extracellular Matrix and Inflammatory Gene Expression in Asymptomatic Capsules:

Background: Texturing processes have been designed to improve biocompatibility and mechanical anchoring of breast implants. However, a high degree of texturing has been associated with severe abnormalities. In this study, the authors aimed to determine whether implant surface topography could also affect physiology of asymptomatic capsules. Methods: The authors collected topographic measurements from 17 different breast implant devices by interferometry and radiographic microtomography. Morphologic structures were analyzed statistically to obtain a robust breast implant surface classification. The authors obtained three topographic categories of textured implants (i.e., “peak and valleys,” “open cavities,” and “semiopened cavities”) based on the cross-sectional aspects. The authors simultaneously collected 31 Baker grade I capsules, sorted them according to the new classification, established their molecular profile, and examined the tissue organization. Results: Each of the categories showed distinct expression patterns of genes associated with the extracellular matrix (Timp and Mmp members) and inflammatory response (Saa1, Tnsf11, and Il8), despite originating from healthy capsules. In addition, slight variations were observed in the organization of capsular tissues at the histologic level. Conclusions: The authors combined a novel surface implant classification system and gene profiling analysis to show that implant surface topography is a bioactive cue that can trigger gene expression changes in surrounding tissue, even in Baker grade I capsules. The authors’ new classification system avoids confusion regarding the word “texture,” and could be transposed to implant ranges of every manufacturer. This new classification could prove useful in studies on potential links between specific texturizations and the incidence of certain breast-implant associated complications

Contribution à la compréhension du comportement mécanique de l'os du crâne humain sous différents moyens de conservation et de sollicitation

Statistical studies of accidents show that the head is the most vulnerable physical segment during a collision (pedestrian impacts, motorcyclist impacts and side automobile collisions). In order to enhance virtual human model and to develop a new predictive injuries tool, this thesis deals with an experimental identification of mechanical properties of the human skull (considered as a homogeneous layer). Experimental tests on twenty skulls from fresh PMHS (Post Mortem Human Subject) have been performed. A specific protocol has been developed in order to cut 19 specimens per skull. A total of 380 specimens have been tested in three point bending test. The force/displacement curves are considered as reference for elastic modulus identification. Many relationships by zone and orientation have been obtained.Cycling tests in the elastic zone have been performed on 105 specimens cut in 7 frozen PMHS. Loading velocity effect has also been investigated. This second study compares also specimens according to their conservation's mode. A correlation has been observed and allows to extrapolate the elastic modulus of a fresh skull, tested in the frozen state. Thanks to these two studies, a relationship between the equivalent elastic modulus and the geometrical properties (thickness and density) of fresh PMHS has been observed.In order to develop a new head prototype, 7 frozen PMHS skull have been tested in quasi-static compression configurations. The elastic properties of the prototype have been identified from the previous experimental studies and they differ from skull zone to another. This prototype has been validated under static and dynamic compression tests.Les études statistiques d'accidents montrent que la tête est le segment corporel le plus vulnérable lors d'un accident (chocs piétons, chocs deux-roues et chocs latéraux). Pour enrichir les modèles virtuels d'être humain et développer de nouveaux outils de prédictions lésionnelles, ce travail propose une série d'expérimentations afin d'obtenir les propriétés mécaniques homogénéisées de l'os du crâne humain (pas de distinction entre l'os cortical et spongieux).Des essais ont été réalisés sur 20 SHPM (Sujet Humain Post Mortem) « frais ». Un protocole spécifique a été développé afin de prélever 19 éprouvettes par crâne. Au total, 380 échantillons ont été testés en flexion trois points. Les courbes effort/déplacement ont servi de référence pour l'identification du comportement élastique. De nombreuses relations par zones et orientations osseuses ont été obtenues.Des essais de cyclage dans la zone élastique ont été réalisés sur 105 échantillons prélevés sur 7 SHPM congelés. L'effet de la vitesse de sollicitation a été étudié. Cette seconde campagne permet de comparer les éprouvettes en fonction de leur mode de conservation. Une corrélation a été mise en évidence et a permis d'extrapoler le module d'élasticité à l'état « frais » d'un SHPM testé congelé.Ces deux campagnes d'essais ont permis d'aboutir à une corrélation entre le module d'élasticité équivalent et les propriétés géométriques (épaisseur et densité) d'un SHPM « frais ».Les derniers travaux ont porté sur le développement d'un nouveau prototype de tête. Pour cela, 7 calottes, provenant de SHPM congelés, ont été testées en compression. Les propriétés élastiques du prototype sont issues des campagnes expérimentales précédentes et présentent une distinction entre chaque zone. Ce prototype a été validé par des essais statiques et dynamiques en compression dans différentes zones osseuses

Contribution à la personnalisation de l'os humain à différentes échelles

Research in biomechanics is necessary to improve the understanding of a human being behavior during an accident/incident in the field of sport, crash or ballistics. In order to enrich virtual model of human beings and to develop new tools for injury predictions, this report proposes a personalization approach of skeleton bone. Some parametric models are presented in this report. With only few parameters, macro and micro architecture can be obtain for the skullcap (with a single skullcap thickness or 3 layers thickness), thorax (global ribs geometry and variation in ribs thicknesses), appendicular limb (thighbone and humeral bone). In addition to these architectural studies, various mechanical tests on specimens are developed and also allow the personalization of mechanical behavior. Correlation between mechanical and architectural parameters are highlighted on the considered different anatomical segments. These correlations will eventually make it possible to personalize the human being and therefore to overcome the approximation when using standard classes of population.La recherche en biomécanique est une nécessité pour améliorer lacompréhension du comportement de l'être humain lors d’unaccident/incident que ce soit dans le domaine sportif, crash ou balistique.Pour enrichir les modèles virtuels d’être humain et développer denouveaux outils de prédictions lésionnelles, ce mémoire propose dedévelopper une partie de ma recherche concernant la personnalisation del'os humain. Dans ce mémoire sont présentés de nombreux modèlesparamétriques permettant, à l’aide de très peu de paramètres d'entrée,d'obtenir l'architecture macroscopique et microscopique du crâne (enconsidérant une seule épaisseur ou 3 épaisseurs), du thorax (géométrieglobale des côtes et variation des épaisseurs des côtes) et des membresappendiculaires (fémur et humérus). Couplés à ces études architecturales,différents tests mécaniques sur éprouvettes sont développés et permettentégalement la personnalisation des paramètres mécaniques. Descorrélations entre paramètres mécaniques et architecturaux sont mises enévidence sur les différentes zones anatomiques étudiées. Ces corrélationspermettront de personnaliser l’être virtuel humain et donc de dépasser lesapproximations usuellement considérées lors de l’utilisation des classes de population

Contribution à la compréhension du comportement mécanique de l'os du crâne humain sous différents moyens de conservation et de sollicitation

Dans une première partie, des essais expérimentaux sur sujets cadavériques sont entrepris. 10 essais de compression sur crâne qui permettent la validation de modèles éléments finis et physique de tête sont réalisés. 92 essais sur éprouvettes osseuses prélevées sur boite crânienne humaine sont également accomplis. Les courbes effort/déplacement obtenues lors de ces essais servent de référence pour l identification de lois de comportement de l os du crâne. Dans un second temps, une méthode permettant d identifier une loi de comportement de l os du crâne est entreprise. La géométrie est reconstruite pour la simulation. La loi de comportement de l os est identifiée par méthode inverse. Chaque crâne testé en compression est simulé numériquement. Le modèle éléments finis utilisé est reconstruit à partir de coupes IRM puis redimensionné pour se rapprocher du crâne réel. Ces simulations mettent en évidence l importance d utiliser des caractéristiques mécaniques élasto-plastiquesIn a first batch of works, post mortem human subjects experimental tests are performed. 10 quasi-static skull compressive tests are carried out in order to validate physical and finite element head models. 92 human skull bones specimens are tested. The Force/Displacement curves obtained with these tests are considered as reference for skull bones material characteristics identification. In th second part, a methodology is elaborated in order to identify skull bones material characteristics. Skull bone testing samples geometry is reconstructed for simulations. Bone characteristics are identified by inverse method. Each compressive tested skull is simulated numerically. The finite elements models used are reconstructed from scanners cuts then scaled in order to approach real skull. Skull numerical simulations show we must used elastic-plastic mechanical characteristics for the skullVALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Paramètres géométriques et mécaniques nécessaires à la reconstruction d'accidents piétons

Le but de ce travail est de mettre en évidence les paramètres qui influent sur la trajectoire de la tête lors d'une reconstruction d'accidents piétons en vue d'une meilleure prédiction numérique du risque lésionnel. Celle-ci est réalisée à partir d'un couplage de modèles multi-corps (pour le piéton) et éléments finis (pour la tête et le véhicule)

Analysis of the cortical bone thickness of human thorax based on multi-scale imaging techniques

International audienc

INFLUENCE OF AUXETIC STRUCTURE PARAMATERS ON DYNAMIC IMPACT ENERGY ABSORPTION

International audienceThe present work focuses on the dynamic crushing response of 2D re-entrant auxetic honeycomb by extending previous published models in order to include more design parameters (specific geometrical ratios and/or material properties). If the crushing velocity is constant, the energy absorption occurs at a constant plateau stress up to densification of the structure. An analytical equation based on shock waves propagation analogy in a rigid, perfectly plastic, locking material model is deduced from the study of periodic collapse of the structure. Our analysis enables to theoretically predict the dynamic crushing strength. The formulation depends on the geometric and the material characteristics of the auxetic but also on the impact velocity. Two series of Finite Element simulations of quasi-static and dynamic compressive test of an auxetic structure were carried out using the RADIOSS TM explicit solver. The first simulation series consist of a crushing plate loading the structure at a constant imposed velocity (0.5 m/s up to 100 m/s). Results show good accordance between analytical and Finite Element results. The time history of the cellstrain (ratio of deformed cell height to initial cell height) in the crushing direction shows that the peaks observed in the stress-strain curve of the entire structure are linked to complete crushing of each unit cell within a row. The second simulation series replicates the impact of the plate on the structure (initial plate velocities 50 m/s up to 100 m/s). The numerical simulations presented in this study, make it possible to relate the cell-strain, energy absorption and geometrical/material parameters of the auxetic structure

Influence of poly(styrene sodium sulfonate) grafted silicone breast implant’s surface on the biological response and its mechanical properties

International audienc

Geometrical and material parameters to assess the macroscopic mechanical behaviour of fresh cranial bone samples

The present study aims at providing quantitative data for the personalisation of geometrical and 21 mechanical characteristics of the adult cranial bone to be applied to head FE models. A set of 351 22 cranial bone samples, harvested from 21 human skulls, were submitted to three-point bending tests 23 at 10 mm/min. For each of them, an apparent elastic modulus was calculated using the beam's 24 theory and a density-dependant beam inertia. Thicknesses, apparent densities and percentage of ash 25 weight were also measured. Distributions of characteristics among the different skull bones show 26 their symmetry and their significant differences between skull areas. A data analysis was 27 performed to analyse potential relationship between thicknesses, densities and the apparent elastic 28 modulus. A specific regression was pointed out to estimate apparent elastic modulus from the 29 product of thickness by apparent density. These results offer quantitative tools in view of 30 personalising head FE models and thus improve definition of local injury criteria for this body part