Caractérisation mécanique à rupture et modélisation par éléments finis du foie humain

In road accidents, even if there are few lesions of the abdomen compared to the lesions of the head or the thorax segment, those lesions are severe, life-threatening, and require a delicate, long and expensive medical treatment. In this context, it seems important to offer a better protection by better prevention of traumatic abdominal lesions. Numerical models of the human body have increasingly been developed to better understand the mechanisms of injury and assess this risk of injury. Models of the whole body such as HUMOS, THUMS or GHBMC can reproduce different impact configurations found in road accidents. The validation of these models requires experimental data complementary to those obtained from whole body tests. Thus, the aim of this thesis is to contribute to the development of a numerical model of the human liver for the prediction of liver lesions by focusing on the frontal shock, which causes a deceleration of the liver and lacerations on the right lobe.First, a morphological characterization of the liver was performed on seventyeight healthy patient scanners. The database thus constituted includes the characteristics of the external anatomy of the liver include its volume, antero-posterior, medio-lateral or cranio-caudal lengths; internal characteristics, namely the volumes of the different segments of Couinaud; characteristics on the hepatic vessels, such as the diameter of the vena cava and the portal vein; information on its position within the thoracic cavity. A statistical study allowed us to highlight the existence of fourmorphotypes that may be related to the morphology of the individual.In order to validate digital models of the livers, isolated organs tests are useful for completing full body tests. They make it possible to better control the boundary conditions and offer the possibility of observing the organ more easily. Moreover, the reliability of numerical models requires to understand the behavior until rupture of the tissues in a most physiological state as possible. However, most of the experimental testsproposed in the literature were performed on samples of liver tissue or on nonpressurized livers. Two test protocols were thus conducted. The objective of the first one was to evaluate the strain state of the Glisson capsule by 3D digital image correlation according to different levels of pressurization. It allowed us to highlight the significant influence of the pressurization of the vessels on the initial strain state of the capsule. The second was to identify the local ultimate strain during a frontal impact through deceleration tests. The strain field measurements then made it possible to identify the mechanism of rupture of the capsule.Finally, a generic numerical model of the liver was constructed and used to simulate the deceleration tests performed in the experimental part. The fourth identified morphotypes were implemented in the generic model showing the importance of morphology in the response of numerical models.Lors des accidents de la voie publique, même si peu de lésions sont dénombrées à l'abdomen en comparaison avec les lésions au niveau de la tête et du thorax, celles-ci sont sévères, mettent la vie du blessé en danger et nécessitent un traitement médical délicat, long et coûteux. Dans ce contexte, il semble important d'offrir une meilleure protection, et ce par une meilleure prévention des lésions abdominales traumatiques. Des modèles numériques de corps humain de plus en plus raffinés ont été développés afin de mieux comprendre les mécanismes de blessure et d'évaluer le risque lésionnel. Les modèles du corps entier tel que HUMOS, THUMS ou GHBMC peuvent reproduire différentes configurations d'impact constatées lors des accidents de la voie publique. La validation de ces modèles nécessite des données expérimentales complémentaires à celles issues d'essais sur corps complets. Ainsi l'objectif de cette thèse est de contribuer au développement d'un modèle numérique de foie humain pour la prédiction de lésions hépatiques en se focalisant sur le choc frontal qui provoque une décélération du foie et des lacérations sur le lobe droit.Dans un premier temps, une caractérisation morphologique du foie a été réalisée sur soixante-dix-huit scanners de patient sain. La base de données ainsi constituée comprend les caractéristiques de l'anatomie externe du foie comme son volume, sa longueur antéro-postérieure, médio-latérale ou cranio-caudale, des caractéristiques internes, à savoir les volumes des différents segments de Couinaud, des caractéristiques sur les vaisseaux hépatiques, comme le diamètre de la veine cave et de la veine porte, ou encore des caractéristiques sur sa position au sein de la cage thoracique. Une étude statistique nous a permis de mettre à jour l'existence de quatre morphotypes qui peuvent être liés à la morphologie de l'individu. En vue de valider les modèles numériques du foie, des essais sur organes isolés sont utiles pour compléter les essais sur corps complet. Ils permettent de mieux maitriser les conditions aux limites et offrent la possibilité d'observer plus facilement l'organe. De plus, la fiabilité des modèles numériques demande de connaitre le comportement jusqu'à la rupture des tissus dans un état le plus physiologique possible. Or l'essentiel des essais expérimentaux proposés dans la littérature ont été réalisés sur échantillons de tissu hépatique ou sur foies non pressurisés. Deux campagnes d'essais ont été ainsi menées. L'objectif de la première était d'évaluer les déformations de la capsule de Glisson par corrélation d'image 3D en fonction de différents niveaux de pressurisation. Elle nous a permis de mettre en évidence l'influence non négligeable de la pressurisation des vaisseaux sur la déformation initiale de capsule. La seconde avait pour but d'identifier la déformation à rupture locale lors d'un choc frontal grâce à des tests de décélération. Les mesures de champ de déformation ont alors permis d'identifier le mécanisme de rupture de la capsule.Enfin, un modèle numérique générique de foie a été construit et utilisé pour simuler les essais de décélération réalisés dans la partie expérimentale. Les quatre morphotypes identifiés ont été implémentés dans le modèle générique montrant l'importance de la morphologie dans la réponse des modèles numériques