Les hydrogels type PVA (alcool polyvinylique) sont utilisés pour de nombreuses applications telles que le génie tissulaire, la pharmacie et la validation de diverses méthodes d'élastographie. Le potentiel des polymères de PVA ayant déjà été démontré par le passé, cette étude vise à caractériser et modéliser leur comportement en fonction de la méthode d'élaboration employée

Chagnon, Grégory

Favier, Denis

Masri, Christopher

Penven, Géraldine

International audienceLes hydrogels type PVA (alcool polyvinylique) sont utilisés pour de nombreuses applications telles que le génie tissulaire, la pharmacie et la validation de diverses méthodes d'élastographie. Le potentiel des polymères de PVA ayant déjà été démontré par le passé, cette étude vise à caractériser et modéliser leur comportement en fonction de la méthode d'élaboration employée. Abstract: PVA (poly-vinyl alcohol) type hydrogels are used in various applications such as tissue engineering, pharmaceuticals and for the validation of different elastography methods. The potential of PVA hydrogels having already been proved, this study aims at characterizing and modeling their behavior depending on the elaboration parameters

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Caractérisation et modélisation de polymères PVA

Hal - Université Grenoble Alpes

I-Revues

22
ème
 Congrès Français de Mécanique                                               Lyon, 24 au 28 Août 2015 
 
 
Caractérisation et modélisation de polymères PVA 
 
C. MASRI
a
,  G. PENVEN
b
, G. CHAGNON
c
, D. FAVIER
d 
 
 
Affiliations : 
- Université de Grenoble Alpes, TIMC-IMAG, F-38000 Grenoble, France 
- CNRS, TIMC-IMAG, F-38000 Grenoble, France 
Emails : 
a. christopher.masri@imag.fr 
b. geraldine.penven@imag.fr 
c. gregory.chagnon@imag.fr 
d. denis.favier@imag.fr 
 
Résumé :  
 
Les hydrogels type PVA (alcool polyvinylique) sont utilisés pour de nombreuses applications telles 
que le génie tissulaire, la pharmacie et la validation de diverses méthodes d’élastographie. Le 
potentiel des polymères de PVA ayant déjà été démontré par le passé, cette étude vise à caractériser et 
modéliser leur comportement en fonction de la méthode d’élaboration employée. 
 
Abstract:  
 
PVA (poly-vinyl alcohol) type hydrogels are used in various applications such as tissue engineering, 
pharmaceuticals and for the validation of different elastography methods. The potential of PVA 
hydrogels having already been proved, this study aims at characterizing and modeling their behavior 
depending on the elaboration parameters. 
 
 
 
Mots clefs : PVA, caractérisation mécanique, modélisation 
 
1 Introduction  
 
Les hydrogels de PVA (alcool polyvinylique) sont utilisés dans de nombreuses applications 
biomédicales et pharmaceutiques [1]–[4]. Leurs caractéristiques bio-adhésives, leur facilité de mise en 
forme et le fait qu’ils soient biocompatibles en font d’excellents candidats pour les biomatériaux. Leur 
élasticité, leur durée de vie et la simplicité de leur formule chimique qui peut être modifiée par de 
simples greffages, font que les PVA reproduisent bien le comportement des tissus vivants et qu’ils 
sont bien toléré par le corps humain. Ils ont notamment été utilisés pour la fabrication de lentilles de 
contact, le revêtement d’un cœur artificiel et ont récemment été adoptés pour remplacer des tissus 
mous [5]. 
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ème
 Congrès Français de Mécanique                                               Lyon, 24 au 28 Août 2015 
 
2 Caractérisation mécanique 
2.1 Élaboration 
 
La fabrication du polymère se fait par un procédé de polymérisation physique : de la poudre de PVA 
est dissoute dans une solution d’H2O : DMSO (Diméthylsulfoxyde) qui est portée à 120˚C sous 
agitation. La solution visqueuse est ensuite injectée dans un moule qui subit des cycles de 
congélation/décongélation (cycles de 10 heures à -20˚C suivies d’un retour à 20˚C pendant 2h). Une 
fois les cycles terminés, le matériau est rincé abondamment avec de l’eau distillée. Le but de cette 
étude est de mettre en évidence l’influence des différents paramètres d’élaboration sur les propriétés 
mécaniques du polymère. Quinze préparations ont été testées. 
 
2.2 Caractérisation mécanique 
Le matériau étant hydrophile, il doit rester immergé sous peine de voir ses propriétés mécaniques 
modifiées. Pour cela, un bain permettant de contrôler la température de la solution, et donc de 
l’échantillon, tout au long de l’essai a été conçu et adapté à la machine de traction GABO EPLEXOR 
500N. Une solution d’eau ultra pure à 37˚C a été utilisée pour tous les tests.  
Les essais ont été effectués en traction plane. Différents types d’essais ont été réalisés, des essais à 
rupture et des essais cycliques mettant en évidence des boucles d’hystérésis, un assouplissement à 
l’effet Mullins lors du premier cycle et une déformation résiduelle après un cycle de sollicitation.  Une 
analyse mécanique dynamique (DMA) est également effectuée afin de distinguer les 
comportements élastiques et visqueux du matériau. Cette DMA consiste à appliquer un niveau de 
déformation et appliquer une sollicitation dynamique autour de cette déformation, ceci permet de 
quantifier les modules de conservation (E’) et de perte (E’’) pour tous les niveaux de déformation. Une 
étude comparative est réalisée pour les différentes compositions de matériaux. 
 
2.3 Modélisation 
Dans un premier temps, on s’intéresse au comportement stabilisé du matériau, i.e. après un premier 
cycle de déformation, ainsi l’effet Mullins ne sera pas pris en compte. Seul le comportement 
viscoélastique en grandes déformation sera modélisé. Dans ce but, un modèle visco-hyperélastique est 
utilisé pour représenter le comportement d’un mélange de référence. Différents modèles ont été testés 
pour déterminer le modèle le plus adapté à la modélisation. Pour la partie élastique, différents modèles 
hyperélastiques de la littérature ont été choisis : Néo-Hookéen, Mooney-Rivlin et Yeoh, ont ainsi été 
étudiés et appliqués pour reproduire le comportement élastique du matériau. La partie visqueuse a été 
modélisée par une formulation classique à partir de séries de Prony. Les qualités et défauts de la 
modélisation sont mis en évidence par comparaison avec les différents essais réalisés. 
 
Références  
[1] C. M. Hassan and N. A. Peppas, “Structure and Applications of Poly ( vinyl alcohol ) 
Hydrogels Produced by Conventional Crosslinking or by Freezing / Thawing Methods,” vol. 
153, 2000. 
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 Congrès Français de Mécanique                                               Lyon, 24 au 28 Août 2015 
 
[2] H. Trieu and S. Qutubuddin, “Poly(vinyl alcohol) hydrogels: 2. Effects of processing 
parameters on structure and properties,” Polymer (Guildf)., vol. 36, no. 13, pp. 2531–2539, Jan. 
1995. 
[3] J. S. Gonzalez and V. a Alvarez, “Mechanical properties of polyvinylalcohol/hydroxyapatite 
cryogel as potential artificial cartilage.,” J. Mech. Behav. Biomed. Mater., vol. 34, pp. 47–56, 
Jun. 2014. 
[4] M. O. Culjat, D. Goldenberg, P. Tewari, and R. S. Singh, “A review of tissue substitutes for 
ultrasound imaging.,” Ultrasound Med. Biol., vol. 36, no. 6, pp. 861–73, Jun. 2010. 
[5] S. Jiang, Z. Su, X. Wang, S. Liu, and Y. Yu, “Development of a new tissue-equivalent material 
applied to optimizing surgical accuracy,” Mater. Sci. Eng. C, vol. 33, no. 7, pp. 3768–3774, 
2013.  
 


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