Type de stage
- Stage de Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur
Contexte
Le stage se déroulera au sein de l’équipe « Determinant of Bone Mechanical Status (DMBS) » qui s’intéresse principalement à la caractérisation du tissu osseux à l’aide de méthodes ultrasonores. La principale application visée est l’évaluation du risque de fracture osseuse. Nous tirons parti de l’étendue de la gamme de longueurs d’ondes ultrasonores pour sonder les propriétés mécaniques de l’os, depuis l’échelle microscopique (in vitro) jusqu’à l’échelle millimétrique (in vivo). Un des axes de recherche de l’équipe DMBS concerne l’évaluation des propriétés élastiques non linéaires de l’os cortical. Nous avons ainsi récemment adapté la spectroscopie ultrasonore non linéaire (NRUS) à la mesure de l’os cortical. Cette technique nous a permis d’évaluation l’élasticité non linéaire non classique (aussi appelée hystérétique) de l’os cortical. Pour compléter la caractérisation des propriétés élastiques non linéaires de l’os cortical, il est nécessaire d’évaluer aussi les constantes élastiques non linéaires, dites classiques (constantes élastiques du troisième ordre). Pour réaliser cet objectif, nous proposons d’utiliser une méthode basée sur l’effet acousto-‐élastique. En général ces mesures sont réalisées sur des échantillons de taille bien supérieure à celle d’un échantillon osseux. Il convient donc d’adapter la méthode à la petite taille des échantillons osseux. De plus ces mesures doivent être réalisées sans endommager l’échantillon en appliquant une déformation mécanique de l’ordre de 10-‐4. Compte tenu de la petite taille de l’échantillon, l’effort de traction (quelques dizaines de Newtons) et l’allongement de l’échantillon (quelques micromètres) sont très faibles, ce qui constitue un challenge expérimental supplémentaire. Enfin l’os cortical présente une anisotropie élastique qu’il faudra prendre en compte.
Objectif
Mise au point d’une expérience d’acousto-‐élasticité quasi-‐statique permettant la mesure des constantes élastiques du troisième ordre de l’os cortical.
Mission
- Etude bibliographique des méthodes de mesure basées sur l’effet acousto-‐élastique quasi-‐statique. Déterminer les différentes configurations de mesures acousto-‐élastiques nécessaires à l’extraction des constantes élastiques du troisième ordre d’un matériau présentant une anisotropie élastique de type isotropie transverse, adaptées à un petit échantillon (5 x 5 x 50 mm) et à l’application d’une très faible déformation (10-‐4).
- Mise au point du dispositif expérimental comprenant, d’une part, une machine de test mécanique qui applique une déformation mécanique à l’échantillon et d’autre part, une mesure de la variation de la vitesse de propagation ultrasonore dans le matériau induite par la déformation mécanique (par exemple en mesurant le temps de vol d’une impulsion ultrasonore traversant le matériau). Les mesures seront d’abord réalisées sur un matériau composite qui possède des propriétés élastiques proches de celles de l’os cortical, puis sur des échantillons d’os cortical bovin.
Compétences
- Le stagiaire doit avoir un goût prononcé pour l’expérimentation car ce type de mesure requiert des précautions expérimentales particulières.
- Une expérience significative dans le domaine de la mesure acoustique et/ou des tests mécaniques (ex: essais de compression/traction quasi-‐statique) est requise.
- Des connaissances théoriques en mécanique des milieux continus et/ou en acoustique sont vivement recommandées.
- Maitrise obligatoire du logiciel Matlab.
- Une connaissance du logiciel Labview ou équivalent est un plus.
Rémunération
- Gratifications de stage