Integrating molecular and cellular kinetics into a coupled continuum mechanobiological stimulus for bone reconstruction

The development of multiphysics numerical models to predict bone reconstruction is a very challenging task as it is a complex phenomenon where many biological, chemical and mechanical processes occur at different lengths and timescales.We present here amechanobiological theoretical numerical model accounting for both the mechanical and biological environments to predict the bone reconstruction process through the use of a global stimulus integrating the contributions of applied external mechanical loads, cellular activities and cellular nutriments such as oxygen and glucose supply. The bone density evolution will hence depend on the overall stimulus and evolve accordingly to the intensities of each of its individual constituents. We show their specific influences and couplings on a simple two-dimensional geometry and confirm that, although the mechanics plays a crucial role in the bone reconstruction process, it is still highly dependent on the occurring biological events and will evolve accordingly

A multiphysics stimulus for continuum mechanics bone remodeling

Bone remodelling is a complex phenomenon during which old and damage bone is removed and replaced with new one to ensure the physiological functions of the skeletal system. It involves many biological, mechanical, chemical processes at different scales. The objective of the present work is to predict the kinetics of bone density evolution by taking into account both the mechanical and the biological frameworks. In order to do so, we propose a new computational model in which the global stimulus triggering bone remodelling is the result of the contribution of a mechanical (i.e. external loads and consequent strain energy), a cellular (i.e. osteoblasts and osteoclasts activities) and a molecular (i.e. oxygen and glucose supply) stimulus. The evolution of the bone density depends on the overall behaviour of the global stimulus. More specifically, when the global stimulus is positive, bone synthesis occurs, whereas when the global stimulus is negative, resorption takes place. Although the theoretical model has been applied on a very simple two-dimensional geometry, the final results provide new insights on the influence of each stimulus on the bone remodelling process. In particular, we confirm that mechanics plays a critical role and affects the kinetics of bone reconstruction, but it highly depends on the biological events and the distribution of bone density

Mechanobiological stimuli for bone remodeling: mechanical energy, cell nutriments and mobility

Mechanobiological stimuli for bone remodeling: mechanical energy, cell nutriments and mobilit

Cell nutriments and motility for mechanobiological bone remodeling in the context of orthodontic periodontal ligament deformation

Bone remodeling is a complex phenomenon during which old and new bone is continuously removed and replaced. This phenomenon involves several processes at different length scales such as mechanical, biological, molecular, and chemicals. In the current work, we study the influence of the biological (cells) and molecular (oxygen and glucose) factors coupled with mechanical loads in order to predict bone remodeling for orthodontic treatments. A coupled theoretical mechanobiological model is proposed to extract the oxygen variation due to the deformation of the periodontal ligament leading to cell differentiation and activation. The mechanobiological stimulus is then calculated. The model is applied on a simplified two dimensional geometry to highlight the density variations and migrations of cells and molecular factors influencing the bone remodeling process

La trace de l'infini dans la parole humaine: de "Je serai qui je serai" (Ex 3,14) au Verbe qui s'est fait chair (Jn 1,14)

Dans l'Ancien et le Nouveau Testament, Dieu se révèle à l'humain en premier lieu par la parole, en particulier en Ex 3,14 et en Jn 1,14. Cet aspect de la révélation est tout sauf anodin car il entraîne non seulement une certaine conception théologique et philosophique de l'idée de Dieu mais aussi des conséquences sur notre propre parole. Emmanuel Levinas a pensé la révélation comme "trace de l'infini" dans le visage de l'autre. Peut-on alors penser aussi cette trace de l'infini dans la parole humaine, c'est-à-dire comme signifiance infinie qui produit dans notre langage des significations infinies qui peuvent même signifier au-delà du langage humain et le dépasser? C'est tout l'enjeu de cette thèse de répondre par l'affirmative à cette question et de montrer comment la trace de l'infini est ce dépassement infini qui permet à la parole humaine de dire quelque chose au-delà de la réalité du langage

Avulsions en parodontologie ? (critères de décision)

CLERMONT FD-BCIU Odontol. (631132226) / SudocCLERMONT FD-BCIU-Santé (631132104) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

SUR LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE DE LOIS DE COMPORTEMENT VISCOELASTIQUES-VISCOPLASTIQUES EN VUE DE LEURS APPLICATIONS AUX PIECES ET STRUCTURES EN POLYMERES

STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'étude des propriétés mécaniques des structures en polymère injecté (Application aux propriétés élastiques locales et à la modélisation viscoélastique)

La thèse de doctorat présentée présente une étude expérimentale des variations locales des propriétés mécaniques des polymères suivie d'une partie traitant de la modélisation viscoélastique de ces matériaux (PEhD, PA, POM).La variation locale de caractéristiques microscopiques fait fortement évoluer les caractéristiques mécaniques, en particulier dans les zones proches de la paroi du moule. Afin de quantifier ces variations, on a étudié selon différents procédés expérimentaux l'évolution du module d'Young longitudinal dans l'épaisseur d'une éprouvette.A l'aide d'un banc d'essai de flexion vibratoire et d'un outil de traitement et de calcul numérique qui a été développé, il est possible de trouver l'évolution du module d'Young. On constate une évolution : le module augmente de +50 à +187% selon les matériaux. Afin de corréler ces résultats avec la microstructure, différentes expériences ont été menées :- des essais de calorimétrie différentielle par balayage pour mesurer une évolution du taux de cristallinité,- des essais de nanoindentation pour mesurer des variations locales du module et mettre en évidence une anisotropie. Ces essais corrèlent les résultats précédents mais présentent cependant une forte dispersion liée à la fois à l'hétérogénéité de la microstructure et au comportement viscoélastique des polymères. Une étude plus précise nécessite une meilleure modélisation du comportement viscoélastique, en particulier dans la phase de décharge. L'étude de ce problème constitue la seconde partie du travail.Les principaux modèles présentés classiquement en petites déformations ont été testés afin de valider leurs performances. A partir d'essais et de simulation des différents modèles rhéologiques linéaires et non linéaires, le caractère insuffisant de ces modèles a été mis en évidence. Une modélisation acceptable nécessite la prise en compte plus précise de la physique du matériau puis un passage micro macro.The thesis deals with an experimental study of local variations of mechanical properties of injection molded polymers, followed by a specific part dealing with the viscoelastic modelization of those materials (PEhD, PA, POM).The variation of microscopic parameters strongly influence mechanical characteristics, especially in areas close to the mould walls. The evolution of Young's modulus has been inquired using several experimental devices. With the aid of a vibrational flexural test rig and digital calculation and processing systems that have been developed, it was possible to measure the variation in local Young's modulus as a function of position in the thickness of the test piece The results obtained reveal a large variation in the local Young's modulus over the thickness of an injection moulded piece, in particular in the outer skin zone. The influence of the various operational parameters has been evaluated.In order to correlate those results with microstructure, several other experiments have been led :-differential scanning dilatometry, to measure the evolution of the cistallinity rate,- nanoindentation tests to measure the variation of the local Young's modulus and anisotropy. Those tests validate previous results but present a strong dispersion due to microstructure heterogeneity and viscoelastic behaviour of polymers.Therefore, a better modelization of the viscoelastic behaviour has to be taken into account : this is the point of the second part of the thesis. The classical models of linear and non linear viscoelasticity in small deformation have been identified on experimental traction test and simulated under several conditions (deformation rate jumps, unloading). It is obvious that the classical models are not sufficient to describe properly the viscoelastic behaviour : the physic of the material has to be taken into account.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF