Introduction

Cette étude propose une méthodologie de modélisation de la déformation d'un état de surface sous sollicitations mécaniques. La méthodologie permettra d'analyser la topographie de surface d'un matériau déformable, en prenant en compte les contraintes externes provenant d'un environnement mécanique complexe, telle que la biomécanique du corps humain. In fine, dans le cas de surfaces fortement déformables, cet outil pourrait aider à la modélisation du comportement à la friction de surfaces rugueuses in-situ.

Matériaux et méthodes

L'exemple pris dans cette étude est caractéristique d'une surface fortement structurée et à faible module d'Young: l'enveloppe texturée en silicone d'un implant mammaire. Ces surfaces présentent des cavités cuboïdes de 200µm de profondeur, délimitées par de fines structures en silicone d'une épaisseur d'une dizaine de micromètres. L'intégrité de ses pores, et par conséquence le coefficient de friction qu'ils génèrent au contact des tissus, sont essentiels pour l'intégration biologique de l'implant dans le sein.

Des essais interrompus de compression et de cisaillement ont été conduits sous micro-tomographe. Un montage a permis d'induire un cisaillement à 45° de la surface.

Par reconstruction des scans, un modèle 3D de la surface a été développé. Le modèle 3D a été traité, notamment les artefacts de reconstruction à la surface ainsi que les auto-contacts, pour pouvoir être implémenté dans des logiciels d'éléments finis. Une taille d'élément adaptée a été choisie. Des essais de traction sur éprouvettes ont permis de déduire les caractéristiques du matériau.

Résultats

Les simulations numériques ont été analysées aux conditions de sollicitation des essais in-situ.

Sous compression unixiale, aucun flambage des cavités des pores de surface a été constaté sur les résultats des essais interrompus.

Des simulations sous différents cisaillements ont permis d'affiner le comportement au flambage des structures de surface.

Des cartographies des contraintes et des déplacements au sein de la texture ont permis de corroborer les déformations constatées.

Conclusion

La surface présente des repliements de ses structures en silicone sur eux même, uniquement pour certaines conditions de cisaillement. Sous compression unixiale, la surface ne présente donc plus de niches cellulaires à l'intérieur des pores, qui sont des pièges potentiels pour les cellules du sein et source de complications.