Comportement mécanique du foie en contexte traumatique : Rupture et endommagement des tissus

Every year in France, about 2000 cases of abdominal injuries are due to car crashes. These injuries are often severe and 20% of them are lethal. They require long and expensive treatments because half of cases needs surgery. Among abdominal organs, liver is one of the most frequently and severely injured: haemorrhage and infectious risks are real. To improve hepatic injuries prevention, the definition of efficient safety devices should be based on a comprehensive knowledge of liver structures behaviour and injury mechanisms. Thus the aim of this thesis was to build a predictive tool for hepatic injuries in crash situation. To achieve this point, we performed experimental uniaxial compressions of human livers with various loading velocities. We then observed the visco-hyperelastic behaviour of the liver and its failure modes at the global scale and also at the cells scale. After that, we chose a theoretical framework which was adapted both to the observed behaviour and to the damage and rupture description. We finally built a finite element model which integrate a precise description of liver structures (parenchyma, capsule and vascular trees), the theoretical behaviours deduced from the experimental phase, the failure of the different tissues and the fluid action within the vascular structures. After the model calibration and validation with experimental observations, this FEM makes up the wanted predictive tool for hepatic injuries. This tool can be used both with slow and rapid loading velocities. When integrated into a more complete model of the human body, this predictive tool will allow a better understanding of liver injuries mechanisms and then an improvement in their prevention and treatment.
Chaque année en France, on dénombre environ 2000 cas de lésions de la région abdominale lors d'accidents de la route. Ces lésions sont très souvent sévères, mortelles dans 20% des cas, et nécessitent un traitement médical délicat, long et coûteux car il fait appel à la chirurgie dans un cas sur deux. Parmi ces lésions, celles du foie font partie des plus fréquentes mais aussi des plus graves à cause de leur risque hémorragique et sceptique élevé. Une voie d'amélioration de leur prévention passe alors par la conception de systèmes de protection plus efficaces basée sur une connaissance détaillée du comportement de ces structures et des mécanismes lésionnels mis en jeu lors d'un choc. L'objectif de ce travail a donc été de construire un outil numérique de prédiction des lésions hépatiques en situation d ' impact. Pour cela, nous avons tout d'abord réalisé une étude expérimentale de compression uniaxiale de foies humains à différentes vitesses pour observer le compot1ement visco-hyperélastique du foie et comprendre ses modes de rupture tant à l'échelle globale qu'à l'échelle cellulaire. Ensuite, nous avons fixé un cadre théorique adapté à la fois au comportement observé et à la description de l'endommagement et de la rupture. Enfin, nous avons construit un modèle éléments finis intégrant une description fine des sous-structures du foie (parenchyme, capsule et arbres vasculaires), les comportements théoriques déduits de la phase expérimentale, la rupture des différents tissus et la présence de fluide dans les structures vasculaires. Une fois calibré et validé par rapport aux observations expérimentales, ce modèle constitue l'outil de prédiction lésionnelle voulu, applicable à la fois pour des vitesses lentes et pour des vitesses rapides. Intégré clans des modèles plus complets du corps humain, cet outil permettra de mieux comprendre les mécanismes lésionnels du foie et ainsi d'améliorer leur prévention mais aussi leur traitement.