Friction dans les assemblages de fibres d'hydrogel et applications à la reconstruction des tissus mous

Les assemblages de fibres d'hydrogel offrent des propriétés prometteuses très pertinentes pour leur utilisation dans la reconstruction chirurgicale des tissus mous, telles qu'une bonne biocompatibilité, des propriétés mécaniques proches des tissus natifs et une simplicité de mise en forme en différentes structures à l'aide de techniques textiles. Ce travail de thèse s'intéresse aux phénomènes de friction qui se produisent dans les assemblages de fibres d'hydrogel, à la fois la friction fibre-sur-fibre et la friction avec d'autres surfaces environnantes. Dans une première partie, nous profitons de la friction fibre-sur-fibre pour fabriquer des struc-tures biomimétiques contenant des contraintes résiduelles dont l'intensité et la direction peu-vent être ajustées. Dans une deuxième partie, nous développons un modèle pour prédire l'usure des implants du ligament croisé antérieur (LCA) in vivo. Nous montrons l'application pratique de ce modèle d'usure à une stratégie de planification chirurgicale dans un essai précli-nique d'implants du LCA en fibres d'hydrogel. Enfin, dans une étude ex-vivo des propriétés tribologiques du contact lubrifié entre les fibres d'hydrogel et l'os cortical, nous montrons que le coefficient de friction augmente fortement avec la force normale. Ce travail apporte un nou-vel éclairage sur la conception des matériaux à base d'hydrogel. Il ouvre des perspectives in-téressantes pour la fabrication de structures biomimétiques, et pour l'amélioration des straté-gies de planification chirurgicale dans le cas de la reconstruction des tissus mous.Hydrogel fibre assemblies offer very relevant and promising properties for use in surgical soft tissue reconstruction, such as good biocompatibility, mechanical properties close to native tissues, and simplicity of processing into different structures using textile techniques. This the-sis focuses on the friction phenomena occurring in hydrogel fibre assemblies, both fibre-on-fibre friction and friction with other surrounding surfaces. In a first part, we take advantage of fibre-on-fibre friction to fabricate biomimetic structures containing residual stresses which in-tensity and directionality can be adjusted. In a second part, we develop a model to predict wear damage of anterior cruciate ligament (ACL) implants in vivo. We show the practical appli-cation of the wear model to a surgical planning strategy in a preclinical trial of ACL hydrogel fibre implants. Finally, in an ex-vivo study of the tribological properties of the lubricated contact between hydrogel fibres and cortical bone, we show that the coefficient of friction increases strongly with the normal force. This work brings a novel insight into the design of hydrogel-based materials. It opens interesting perspectives for the fabrication of biomimetic structures, and for the improvement of surgery planning strategies in the case of soft tissue reconstruction