Thèse Vers un Jumeau Numérique de la Paroi Abdominale Implantée Expérimentation et Modélisation Mécanique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Centrale Lille Institut École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes Laboratoire de recherche : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle Direction de la thèse : Pauline LECOMTE ORCID 0000000219952090 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-20T23:59:59 La hernie abdominale constitue l'une des pathologies les plus fréquentes de la paroi abdominale. Elle se manifeste par une protrusion des tissus à travers une zone de faiblesse congénitale ou acquise de la paroi. Cette défaillance résulte d'une altération des propriétés mécaniques et structurelles des tissus et représente un enjeu majeur de santé publique. Son traitement est exclusivement chirurgical et repose généralement sur l'implantation d'une prothèse textile destinée à renforcer durablement la zone fragilisée.
Si l'utilisation des prothèses a permis de réduire significativement les taux de récidive, les complications post-opératoires demeurent fréquentes. De nombreuses études ont montré que la réussite clinique dépend fortement des interactions mécaniques et biologiques à l'interface entre l'implant et les tissus environnants. Pourtant, l'influence des propriétés mécaniques des prothèses, rigidité, anisotropie ou architecture textile, sur la réponse de la paroi réparée reste encore insuffisamment comprise. En pratique, le choix d'un implant repose encore largement sur l'expérience du chirurgien, faute d'outils objectifs permettant de relier les caractéristiques mécaniques des dispositifs à leurs performances cliniques.
Cette problématique est d'autant plus complexe que la paroi abdominale constitue un système biologique hétérogène, anisotrope et soumis à des sollicitations mécaniques multiaxiales liées aux variations de pression intra-abdominale. Dans ce contexte, cette thèse vise à développer une approche intégrée combinant expérimentation mécanique et modélisation numérique afin de mieux comprendre et prédire le comportement biomécanique de la paroi abdominale implantée.
Le travail expérimental reposera sur des essais de gonflement reproduisant des états de chargement proches de ceux rencontrés in vivo. Ces essais seront réalisés sur des structures modèles constituées de prothèses intégrées dans une matrice silicone jouant le rôle de substitut tissulaire. Cette approche biomimétique permet de reproduire de manière contrôlée les interactions mécaniques entre l'implant et son environnement tout en garantissant une excellente reproductibilité expérimentale. Elle constitue également une alternative pertinente aux modèles animaux pour l'évaluation préclinique des dispositifs médicaux implantables.
Les essais fourniront des données mécaniques riches, notamment des champs de déplacement et de déformation mesurés à l'échelle de la structure. Ces données seront utilisées pour identifier et calibrer des modèles de comportement adaptés aux matériaux constitutifs du système prothèse-tissu. Les lois de comportement ainsi obtenues seront ensuite intégrées dans des modèles numériques tridimensionnels permettant de simuler la réponse mécanique de la paroi réparée et d'évaluer l'influence de paramètres tels que l'architecture des prothèses, leur orientation ou leurs propriétés mécaniques.
L'ambition finale de la thèse est de contribuer au développement d'un jumeau numérique de la paroi abdominale implantée. Cet outil permettra de reproduire virtuellement différentes situations physiologiques et pathologiques, d'évaluer le comportement mécanique de configurations de réparation variées et, à terme, de réaliser des simulations patient-spécifiques. Une telle approche ouvrirait la voie à une meilleure compréhension des mécanismes de défaillance, à l'optimisation du choix des implants et à la conception de prothèses de nouvelle génération mieux adaptées aux caractéristiques mécaniques des tissus des patients.
À plus long terme, les connaissances et outils développés dans cette thèse pourraient contribuer à l'émergence d'une médecine plus personnalisée en chirurgie pariétale, fondée sur des critères biomécaniques objectifs pour le choix et le dimensionnement des solutions implantables. La réparation des hernies abdominales repose majoritairement sur l'implantation de prothèses textiles destinées à renforcer la paroi abdominale. Malgré les progrès réalisés, les complications post-opératoires et les récidives demeurent fréquentes. Ces échecs sont en partie liés à une compréhension encore limitée des interactions mécaniques entre les tissus biologiques et les implants. La paroi abdominale constitue un système complexe, anisotrope et hétérogène, soumis à des sollicitations multiaxiales liées aux variations de pression intra-abdominale. Dans ce contexte, le développement d'approches expérimentales et numériques permettant de caractériser et de prédire le comportement biomécanique du système tissu-implant apparaît comme un enjeu majeur pour améliorer l'évaluation des dispositifs médicaux implantables, optimiser leur conception et progresser vers des stratégies de réparation personnalisées fondées sur des jumeaux numériques. Développer une approche combinant expérimentation mécanique et modélisation numérique pour caractériser le comportement biomécanique de la paroi abdominale réparée par prothèse. Les travaux viseront à reproduire des sollicitations physiologiques représentatives, identifier les propriétés mécaniques du système tissu-implant, développer des modèles numériques prédictifs et contribuer à la construction d'un jumeau numérique de la paroi abdominale implantée afin d'améliorer l'évaluation, le choix et la conception des dispositifs médicaux implantables. La thèse s'appuiera sur une approche combinant expérimentation mécanique et modélisation numérique. Des essais de gonflement seront réalisés sur des structures biomimétiques constituées de prothèses intégrées dans une matrice silicone simulant les tissus biologiques. Les champs de déplacement et de déformation seront mesurés par techniques optiques afin de caractériser la réponse mécanique du système tissu-implant. Les données expérimentales serviront à identifier et construire des modèles de comportement intégrés dans des simulations numériques. Ces modèles permettront d'étudier l'influence des propriétés des prothèses sur la réponse mécanique de la paroi abdominale et de développer, à terme, un jumeau numérique de la paroi abdominale implantée.

Le candidat devra être titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un master en mécanique, biomécanique, génie biomédical ou discipline connexe. Il devra posséder de solides bases en mécanique des matériaux et des structures ainsi qu'un intérêt marqué pour les applications en santé. Des compétences en expérimentation mécanique, traitement de données et modélisation numérique (éléments finis) seront appréciées. Une expérience en programmation scientifique (Python, Matlab ou équivalent) constituera un atout. Le candidat devra faire preuve d'autonomie, de rigueur scientifique, de curiosité et d'une capacité à travailler dans un environnement pluridisciplinaire associant chercheurs, cliniciens et partenaires industriels.