Implants biomimétiques, exosquelette cardiaque ou encore hôpital virtuel : voici quelques projets en lien avec la santé sur lesquels peuvent travailler les chercheurs du Laboratoire d’Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3) du campus Arts et Métiers de Metz, spécialisés dans la caractérisation expérimentale et la modélisation mécanique des matériaux et des structures.
Implants biomimétiques en impression 3D métallique
Les implants, trop rigides, peuvent affaiblir ou densifier les os adjacents. Afin de diminuer les risques de fractures sur des zones déjà fragilisées, les chercheurs du LEM3 travaillent depuis plusieurs années à la conception d’implants en alliage métallique à bas module (c’est-à-dire plus souples) en impression 3D. Cette dernière donnant une plus grande souplesse dans l’architecture des pièces.
Après l’étude du matériau et du processus de fabrication rapide, les travaux actuels, menés notamment par Chrysoula Chatzigeorgiou, s’attachent à améliorer la structure des implants dans l’objectif de les rendre similaires au comportement des os (biomimétisme) du patient. Grâce à des simulations numériques, la doctorante a étudié différentes architectures puis fabriqué et testé des échantillons. Des travaux menés en collaboration avec le laboratoire I2M de Bordeaux.
Les résultats sont encourageants et devraient mener d’ici quelques années au démarrage d’essais cliniques sur des implants.
Exosquelette cardiaque et dépôt de brevet
En partenariat avec l’INSERM, un institut dédié à la recherche biologique, les travaux de chercheurs du LEM3 ont permis de mettre au point un dispositif d’assistance de battements qui pourrait éviter des greffes de cœur.
Les équipes ont travaillé sur la simulation des tissus biologiques : modèles numériques et essais de traction sur des morceaux de cœur de cochon ; sur la conception et l’optimisation du dispositif : intensité et localisation des pressions ; mais aussi sur son contrôle, pilotage et son alimentation.
Ces études menées à la demande de l’école de chirurgie de Nancy, ont abouti au dépôt d’un brevet, dans lequel figure notamment Boris Piotrowski, ingénieur de recherche au LEM3. Des travaux de développement du dispositif sont encore en cours dans d’autres laboratoires comme l’Institut Jean Lamour.
Mécanique et hôpital virtuel
À l’école de chirurgie de Nancy, les étudiants s’entraînent grâce à de la réalité virtuelle. Pour le lancement de cet hôpital virtuel, les équipes du LEM3 ont travaillé durant trois ans sur l’alimentation des simulateurs avec des critères mécaniques : quelle résistance en touchant tel ou tel organe. Elles ont aussi travaillé à la réalisation de pièces d’entrainement réelles et virtuelles.
Résistance d’un pancréas bio artificiel
Dernier exemple de la mise en œuvre des compétences du LEM3 dans le domaine de la santé avec la caractérisation mécanique du comportement d'un pancréas bio-artificiel en vue de son implantation sur l'homme.
Essais mécaniques macroscopiques et microscopiques in situ, étude avant/après vieillissement du dispositif dans l'organisme, création d'un modèle numérique, corrélation modèle/expérience : les études ont permis de donner aux porteurs du projet les éléments indispensables préalables à une implantation chez l’humain.
Le Laboratoire d’Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3)
Le LEM3 est un centre d'expertises en caractérisation expérimentale et en modélisation du comportement mécanique des matériaux. Ces expertises s'appuient sur des études à différentes échelles : de la microstructure jusqu'au calcul des structures et la simulation des procédés de mise en forme.Ses compétences couvrent une vaste gamme de matériaux (métaux et alliages, matériaux intelligents, composites, géo-matériaux...) et d’applications (automobile, aéronautique, énergie, génie civil, santé...).
Le LEM3 est un laboratoire multi-tutelles Université de Lorraine, CNRS et Arts et Métiers.
