Maëva Lamant

Centre de Recherche sur l'Éducation, les Apprentissages et la Didactique (CREAD), Université de Bretagne Occidentale (UBO), Brest
Dir. Pierre-Yves Rohan - co-dir. Xavier Bonnet

Résumé. Les prothèses permettent aux personnes souffrant de handicaps physiques ou de limitations fonctionnelles de mener une vie saine, productive, indépendante et digne, et de participer à l'éducation, au marché du travail et à la vie sociale. La conception et la fabrication actuelle des prothèses sont principalement réalisés manuellement à partir de matériaux thermoplastiques sur le plâtre afin de permettre l'adaptation de la géométrie à chaque utilisateur. Ce processus manuel et itératif est nécessaire pour obtenir un transfert mécanique optimal et pour assurer un bon ajustement de l'emboîture. En même temps, le processus dépend fortement de la compétence et de l'expérience de l’orthoprothésiste, ainsi que du retour d'information du patient, sans aucune prédiction quantitative de l'adaptation préalable à la fabrication de l'emboîture.
Les processus de fabrication additive sont désormais suffisamment mûrs pour être utilisés afin de créer des dispositifs orthopédiques/médicaux fonctionnels et dans leur état final d'utilisation. Cependant, il reste des défis à relever pour les intégrer dans une procédure entièrement numérisée qui puisse prendre en compte une conception personnalisée et optimisée. La modélisation biomécanique a été identifiée comme un outil potentiel pour aider les orthoprothésistes dans leur processus de conception. L'intégration d'une telle modélisation dans le processus de fabrication constituerait donc une innovation majeure. Cependant, la validation des modèles est difficile en raison de la grande variabilité anatomique et des chargements inter et intra-individuelle, y compris la description précise des propriétés des matériaux, des données géométriques, des caractéristiques de chargement et des conditions d'interaction aux interfaces.
Le projet poursuivra trois objectifs de recherche : 1/ Développer et évaluer un cadre de modélisation- simulation combinant analyse de la marche, simulations musculo-squelettiques et analyse par éléments finis afin d'étudier l'interaction entre le moignon et l'emboîture et de quantifier l'impact de rectifications virtuelles sur les mesures biomécaniques, 2/ Collecter des données expérimentales sur la variabilité inter et intra-individuelle, 3/ Réaliser une analyse paramétrique mixte expérimentale/numérique pour déterminer quels paramètres d'entrée du modèle sont responsables de la variabilité de la sortie du modèle (pression d'interface). En sortie, ce projet vise le développement d'un cadre de conception virtuel permettant d'assister l’orthoprothésiste dans son processus de conception, en fournissant une prédiction de l’ajustement avant fabrication.


Motivation

"Souhaitant devenir professeure de Sciences Industrielles de l’ingénieur en CPGE, j’ai passé l’agrégation. Mais, plus qu’enseigner, je souhaite faire aimer les Sciences de l’ingénieur aux élèves. La réalisation d’une thèse me permettra de comprendre le fonctionnement du monde de la recherche et ainsi suivre, tout au long de ma carrière, les innovations en temps réel. 
J’ai commencé à m’intéresser à la biomécanique par le sport, notamment le patinage artistique (que je pratique en loisir). En 4e année, j'ai poursuivi en ingénierie biomédicale en intégrant le M2 Biomedical Engineering de l’Institut Polytechnique de Paris, afin d’approfondir mes connaissances en biologie et en médecine. J’ai envie de comprendre le fonctionnement du corps humain en articulant biologie et mécanique. 
Ainsi, j’ai recherché un sujet de thèse faisant interagir ces deux domaines, la biomécanique par l’étude du mouvement du patient et l’ingénierie biomédicale par l’étude des pressions appliquées sur les tissus humains et leurs réactions. 
Pendant mon master, j’ai choisi le module "Biophysics and Biomechanics" avec notamment les cours "Solid mechanics applied to biology", "Cellular and subcellular mechanics" et "Biomechanics in health and disease". J’ai ainsi pu tester les propriétés mécaniques de matériaux biologiques à l’échelle macroscopique (test de traction) et à l’échelle microscopique (micro-aspiration de cellule). Ces expérimentations ont confirmé mon souhait de contribuer à la recherche sur des matériaux biologiques. 
J’ai ensuite fait un stage avec Pierre-Yves Rohan sur la caractérisation du comportement mécanique des tissus adipeux (protocole, tests mécaniques et étude histologique). Les travaux réalisés me seront utiles pour comprendre les propriétés mécaniques des tissus et pourront être réutilisés dans la conception du modèle moignon durant ma thèse. 
J'ai également travaillé avec Maialen Matray à l’IBHGC sur des expérimentations avec un patient amputé. L’objectif était de capturer des déplacements avec la prothèse, de réaliser une radiographie et une échographie de son moignon pour mesurer les dimensions de ses différents tissus. Ce sont ces travaux que je vais poursuivre en thèse dans l’objectif d’améliorer la santé et le confort des patients."