Mécanique des tissus Flashcards
Ue3 (62 cards)
Force en N
Définition : Action mécanique capable de modifier l’état de mouvement ou de
déformation d’un corps.
- Unité : Newton (N)
Contrainte (stress)
Définition : Force par unité de surface. Elle représente la force interne que les
molécules d’un matériau exercent les unes sur les autres en réponse à une charge
externe.
- Formule : σ = Force (N) / Aire (m² ou mm²)
- Unités : Pascal (Pa = N/m²) ou Mégapascal (MPa = N/mm²). Le MPa est plus
couramment utilisé pour les tissus biologiques.
Déformation (Strain) (%) :
Définition : Allongement relatif d’une structure en réponse à une charge externe.
Elle quantifie le changement de forme du matériau.
- Formule : ε = Variation de longueur (ΔL) / Longueur initiale (L₀)
- Unité : Souvent exprimée en pourcentage (%).
La Loi de Hooke et le Module d’Young :
Robert Hooke (1635-1703) : A mis en évidence la relation linéaire entre la force
appliquée à un matériau élastique et sa déformation.
- Loi de Hooke : Dans le domaine élastique, la contrainte est directement
proportionnelle à la déformation.
- Thomas Young (1773-1829) : A défini le domaine linéaire de cette relation.
- Module d’Young (Module d’Élasticité) (E) : La constante de proportionnalité dans
la loi de Hooke. Il représente la rigidité d’un matériau. Plus le module d’Young est
élevé, plus le matériau est rigide (il se déforme peu sous une charge donnée).
o Formule : E = Contrainte (σ) / Déformation (ε)
Comportement Différent des Tissus Biologiques soumis à une sollicitation
Chaque tissu biologique (os, tendon, ligament, cartilage, muscle) réagit
di=éremment lorsqu’il est soumis à une sollicitation.
- Le tissu se déformera en fonction de ses propriétés intrinsèques et de la nature de
la charge.
Diff type de charge/pression
Traction : Forces qui tendent à étirer le matériau.
- Compression : Forces qui tendent à écraser ou
raccourcir le matériau.
- Cisaillement : Forces parallèles à la surface du
matériau, tendant à faire glisser les couches les unes
sur les autres.
- Flexion : Combinaison de forces de traction et de
compression, provoquant une courbure.
- Torsion : Forces qui provoquent une rotation autour
de l’axe longitudinal du matériau.
Variabilité des Propriétés Mécaniques :
Les propriétés mécaniques des tissus biologiques ne sont pas constantes et
varient en fonction de nombreux facteurs :
o Caractéristiques Individuelles : Âge, sexe, génétique, état de santé.
o Site Anatomique : Un os long aura des propriétés di=érentes d’une
vertèbre.
o Mode de Préparation : Conservation de la moelle osseuse, géométrie des
échantillons, temps écoulé avant le prélèvement, durée de conservation
peuvent influencer les résultats des tests.
Conditions d’Essai : Température, hydratation (très important pour les
tissus biologiques), type de chargement (traction, compression, etc.),
vitesse d’application de la charge.
o Forme de l’Éprouvette : La forme de l’échantillon testé doit être adaptée
au type de chargement (ex : pour la compression, la hauteur ne doit pas
être excessive par rapport à la base pour éviter le flambage).
Courbes Contrainte/Déformation:
Pour comparer les matériaux indépendamment de la
taille de l’échantillon, on utilise la courbe contrainte (σ)
en fonction de la déformation (ε).
- Conversion des unités :
o Effort (N) / allongement (m) → Caractérise la
structure.
o Contraintes (N/m²) / déformations (%) →
Caractérise le matériau.
Les Trois Zones de la Courbe Contrainte/Déformation :
- Zone 1 : Domaine Élastique (Linéaire)
- Zone 2 : Domaine Plastique (Non Linéaire)
- Zone 3 : Zone de Rupture
Module d’Élasticité Tangent :
Pour les matériaux dont la relation
contrainte/déformation n’est pas parfaitement
linéaire, on peut définir un module d’élasticité
tangent à un point donné de la courbe.
Domaine Élastique
La force de sollicitation est faible.
- Le tissu biologique reprend sa forme initiale lorsque la sollicitation cesse. La
déformation est réversible.
- Intéressant car non destructif, permettant di=érentes analyses.
- Exemples : La marche, la course, la mise en tension des ligaments lors de
mouvements normaux
Domaine Plastique
Zone de déformation permanente. Même après la suppression de la charge, le
tissu ne retrouve pas sa forme initiale.
- Exemple : Un ligament étiré au-delà de sa zone élastique subit une déchirure
(partielle ou complète).
Ductilité et Fragilité :
Ductilité : Capacité d’un matériau à se
déformer de manière permanente
(plastiquement) avant de se rompre.
- Fragilité : Lorsque la déformation
permanente est faible ou nulle avant la
rupture.
Diaérences Os/Matériaux (Ductilité/Fragilité):
L’os d’un enfant est plus ductile que celui d’une personne âgée, qui est plus fragile.
- L’aspect de la courbe contrainte/déformation di=ère entre les matériaux ductiles
et fragiles.
FONCTIONS DE L’OS
Protection des organes internes (crâne, cage thoracique).
- Fournit des leviers pour le mouvement (en association avec les muscles) et des
zones d’insertion musculaire.
- Réservoir de minéraux (calcium, phosphore).
- Lieu de formation des cellules sanguines (moelle
osseuse).
- Capacité d’adapter sa configuration en fonction
des sollicitations mécaniques (remodelage
osseux).
- Squelette solide, élastique et léger, essentiel
pour la locomotion.
Cellule qui compose l’os
Cellules souches : Précurseurs des autres cellules osseuses.
o Ostéoblastes : Responsables de la sécrétion de la matrice osseuse et de
sa minéralisation (formation de l’os).
o Ostéocytes : Cellules osseuses matures, moins actives, mais impliquées
dans la maintenance de la matrice et agissent comme des “jauges de
contraintes” (mécanotransduction).
o Ostéoclastes : Responsables de la résorption osseuse (destruction de
l’os).
o Le remodelage osseux (équilibre entre formation et résorption) varie avec
l’âge.
Matrice Extracellulaire qui compose l os :
Phase Organique (20-30%) : Principalement du collagène (à 90%, de type 1), qui
confère à l’os sa résistance à la traction et sa flexibilité, ainsi que d’autres
protéines.
- Phase Minérale (60-70%) : Principalement du calcium et du phosphate sous
forme de cristaux d’hydroxyapatite, qui donnent à l’os sa dureté et sa résistance à
la compression. L’hydroxyapatite est parfois utilisée pour recouvrir certains
implants pour favoriser l’ostéo-intégration.
§ Arrangements en petites unités pour une meilleure protection.
§ La rigidité de l’os augmente avec le degré de minéralisation.
o Eau (10%) : Joue un rôle dans les propriétés mécaniques.
La densité minérale osseuse de l os
Peut être mesurée par ostéodensitométrie, généralement au niveau de l’extrémité
supérieure du fémur (ESF) et des vertèbres.La fiabilité des mesures dépend de la qualité de l’appareil et de la compétence de
l’utilisateur.
- Les scores Z et T sont utilisés pour interpréter les résultats (comparaison à une
population de référence).
L os est plus résistants quand …. par rapport à….
L’os est plus résistant en compression qu’en traction et au cisaillement.
- Sa forme cylindrique contribue à sa résistance.
Os compact ou cortical (80%)
- Forme l’enveloppe externe de tous
les os. - Constitue la diaphyse (partie
centrale) des os longs. - Structure dense et organisée en
ostéons (systèmes de Havers).
Os spongieux ou trabéculaire (20%)
Présent dans les os courts, plats,
irréguliers et aux épiphyses
(extrémités) des os longs.
Structure en réseau tridimensionnel de
fines lamelles osseuses appelées
trabécules, orientées selon les lignes
de contrainte.
Apparence en “nid d’abeille”.
Les espaces entre les trabécules contiennent la moelle osseuse
rouge (hématopoïèse).
Anisotropie
L’os est un matériau anisotrope, ce qui signifie que ses propriétés mécaniques sont
di=érentes selon la direction dans laquelle la force est appliquée. Il est également hétérogène, sa composition et sa structure varient au sein même de l’os.
L os est considéré quand pour etre isotopes ou anisotrope
L’os compact peut être considéré comme isotrope (propriétés similaires dans toutes les
directions) à une échelle macroscopique, car sa structure est relativement homogène.
L’os spongieux est clairement anisotrope en raison de l’orientation préférentielle de ses
trabécules selon les lignes de contrainte.
Viscoélastique de l’os
L’os est un matériau viscoélastique, ce qui signifie que
ses propriétés mécaniques dépendent de la vitesse
d’application de la charge.
Sa résistance est plus importante lorsque la charge est
appliquée rapidement.
Le parcours de la décharge (retour à la forme initiale) est différent de celui de la charge ( hystérésis).
Une charge rapide sur l’os normal et celui avec fracture provoque :
Une charge rapide provoque une accumulation d’énergie dans l’os qui n’a pas le temps
de se dissiper.
Conséquences sur les fractures : Une charge lente peut entraîner une fracture
incomplète, tandis qu’une charge rapide peut provoquer une fracture complète avec des
éclats.
