Caractérisation expérimentale et modélisation des bas de compression sur une géométrie réaliste de jambe // experimental characterization and modeling of compression stockings on realistic leg geometry

Topic description

Les bas de compression médicale (BCM) sont largement utilisés pour le traitement des pathologies veineuses et lymphatiques. Ils exercent une pression contrôlée sur le membre inférieur afin d'améliorer le retour veineux, réduire l'œdème et stabiliser les affections chroniques. Leur efficacité thérapeutique dépend de l'intensité et de la répartition de la pression d'interface, générée par la tension du bas sous déformation circonférentielle. Les BCM sont constitués de structures tricotées renforcées par des fils élastiques, dont la densité locale définit des zones de compression graduée. Comprendre l'influence de la microstructure textile sur la réponse mécanique est essentiel pour prédire la pression locale.

Les approches existantes comprennent les mesures expérimentales, les modèles analytiques et les simulations numériques. Les expérimentations nécessitent un prototype physique et ne permettent pas une généralisation facile à différentes morphologies de jambe. Les modèles analytiques reposent sur des formulations simplifiées, telles que la loi de Laplace. Les simulations numériques permettent d'estimer la pression sur des géométries complexes et soutiennent la conception personnalisée, mais supposent souvent des matériaux homogènes et des structures simplifiées, ne capturant pas l'anisotropie et l'hétérogénéité des tricots renforcés.
Dans le cadre du programme SYMPHONIES (–), un modèle hybride discret de la structure tricotée a été développé, intégrant l'architecture des fils de renfort et leur densité locale. Ce modèle permet une paramétrisation indépendante des composants et capture les variations locales de tension et de rigidité. La validation sur des géométries cylindriques a montré sa précision et identifié les paramètres sensibles.
La thèse visera à étendre le modèle hybride à une géométrie complète de jambe avec des zones de densité différenciée. Les objectifs incluent l'étude des interactions entre zones, la sensibilité à la courbure locale et la généralisation à différents taillages. Les comportements dépendant du temps et hystérétiques du tricot et des tissus mous seront également intégrés. Enfin, le modèle sera adapté à d'autres dispositifs de compression, comme les orthèses de membre supérieur ou la contention abdominale, en identifiant les structures clés, en caractérisant leurs lois mécaniques et en adaptant la géométrie et le comportement du modèle.
Le projet combine modélisation numérique, simulation par éléments finis et caractérisation expérimentale pour soutenir la conception personnalisée de dispositifs de compression médicale
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Medical compression stockings (MCS) are widely used to treat venous and lymphatic disorders. They apply controlled pressure on the lower limb to improve venous return, reduce edema, and manage chronic conditions. Their therapeutic efficiency depends on the magnitude and distribution of interface pressure, generated by tension in the stocking under circumferential deformation. MCS are made of knitted structures reinforced with elastic yarns, where local reinforcement density defines graded compression zones. Understanding the influence of textile microstructure on mechanical response is critical to predict local pressure.
Current approaches include experimental measurements, analytical models, and numerical simulations. Experiments require physical prototypes and cannot easily generalize to different leg morphologies. Analytical models rely on simplified formulations such as Laplace's law. Numerical simulations estimate pressure on complex geometries and support patient-specific design but often assume homogeneous materials and simplified structures, failing to capture the anisotropy and heterogeneity of reinforced knits.
Within the SYMPHONIES program (–), a hybrid discrete model of the knit structure has been developed, integrating reinforcement yarn architecture and local density. This model allows independent parameterization of components, capturing local variations in tension and stiffness. Validation on cylindrical geometries demonstrated its accuracy and identified key parameter sensitivities.
This doctoral project will extend the hybrid model to full-leg geometries with heterogeneous reinforcement zones. Objectives include evaluating interactions between zones, assessing sensitivity to local curvature, and generalizing the model to different sizes. Time-dependent and hysteretic behaviors of the knit and soft tissues will also be incorporated. Finally, the model will be adapted to other compression devices, such as upper-limb orthoses or abdominal garments, by identifying key textile structures, characterizing mechanical laws, and adapting geometry and behavior accordingly.
The project combines computational modeling, finite element simulation, and experimental characterization to support patient-specific design of compression devices.
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Début de la thèse : 01/10/

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Enseignement supérieur