v1.16.1

PA - C9 - MEC593 : Matière molle, fluides complexes, biomécanique et MEMS

Domaine > Mécanique.

Descriptif

Les objectifs du stage sont multiples
  • initiation à la démarche scientifique prospective,
  • apprentissage de techniques expérimentales de pointe ou participation au développement de modélisations complexes,
  • apprentissage des contraintes éventuelles liées à la recherche sur le vivant,
  • compréhension de certains enjeux scientifiques, économiques, médicaux ou éthiques de la recherche,
  • participation à la vie et au fonctionnement d'une équipe de recherche.

Dans le cadre du stage, vous serez intégré à une équipe de recherche dans un organisme de recherche (ou un hôpital), en France ou à l'étranger.

Description générale du stage
Le développement actuel de techniques de mesures performantes (imagerie, microcapteurs, micromanipulations), ainsi que d'outils d'analyse et de modélisation de plus en plus puissants, ont permis des progrès considérables dans différents domaines de la technologie. Ces progrès ne sont possibles que grâce à la formation d'équipes pluridisciplinaires où l'ingénieur a un rôle important à jouer.

La Biomécanique se situe ainsi à l'interface entre les Sciences de l'Ingénieur (mécanique, physique …) et les Sciences de la Vie (médecine, physiologie, biologie). Les problématiques abordées se situent à différents niveaux: cellule (adhésion de cellules sur un biomatériau, caractérisation, ...), organe (écoulements dans les vaisseaux, mécanique des articulations, biomatériaux ...) ou global (mécanique du mouvement, accidentologie, ...).

La matière molle est l'étude du comportement des matériaux spéciaux comme les fluides physiologiques ou agroalimentaires, les peintures, le pétrole, les polymères fondus, les cristaux liquides, les cosmétiques, les mousses, les boues ou les milieux granulaires. Tous ces matériaux sont tous des fluides complexes qui posent des questions de stabilité et de rhéologie (ils coulent souvent bizarrement). Leur comportement macroscopique est fortement influencé par leur microstructure et leurs propriétés interfaciales. Leur étude implique un couplage entre mécanique, chimie et physique, ainsi que des modes de raisonnement spéciaux (lois d’échelle, analyse dimensionnelle).

Les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sont des systèmes miniaturisés, de taille micrométrique, que les nouvelles technologies permettent aujourd'hui de fabriquer massivement. Ces systèmes permettent d'effectuer toutes sortes de fonctions, comme la circulation de fluides dans une puce ADN, la thermalisation d'une réaction chimique dans un micro échangeur, ou la mise en mouvement d'un micro levier stabilisant une couche limite d'aile d'avion. Les MEMS, domaine fortement pluridisciplinaire, sont en très forte expansion économique aujourd'hui.

Dans le cadre du stage, vous serez intégré à une équipe de recherche dans un organisme de recherche (ou un hôpital), en France ou à l'étranger.

Themes
Les thèmes d'étude peuvent couvrir divers aspects de la mécanique des fluides, de la mécanique des solides, de la physique statistique et de la science des matériaux.
  • Ecoulements physiologiques : grande circulation artérielle ou veineuse (modélisation et mesure), propriétés mécaniques des cellules, adhésion entre cellules, adhésion de cellules sur un biomatériau, organes artificiels: cœur, valves cardiaques, rein artificiel, ...

  • Biomécanique du système musculo-squelettique : articulations, prothèses osseuses ou articulaires, effet des chocs, biomécanique musculaire, adaptation fonctionnelle.

  • Fluides complexes : écoulement de polymères (rhéologie, injection dans un moule, …), effet de fibres (composites), comportement de fluides pâteux et d’émulsions, milieux granulaires, dynamique des suspensions(modèles statistiques ou macroscopiques, mesure, relations de fermeture ...).

  • MEMS : la problématique des MEMS porte notamment sur l'étude des écoulements de fluides, mono ou polyphasiques, à l'échelle du micron, dans des situations inhabituelles pour la mécanique des fluides.

Les stages
Les sujets de stage peuvent avoir un caractère expérimental avec ou non expérimentation in vivo. Des sujets de modélisation numérique sont également proposés. Le stage se déroule en France ou à l’étranger. Le stage est organisé sur mesure en fonction du type de sujet qui intéresse l’élève et en fonction du pays où il souhaite effectuer son stage.

Exemples de stages effectuÈs dans les annÈes prÈcÈdentes :
  • Biomécanique
  • UTC (Compiègne): Filtration du sang / encapsulation d'hépatocytes./ modélisation de l’intéraction entre deux cellules
  • IGR (Paris) Elecroperméabilisation de membranes cellulaires
  • LAB (Renault-PSA) : propriétés biomécaniques d’un os.
  • Université de Berlin: Modélisation d'un système d'assistance ventriculaire.
  • Université de la Rhur (Bochum): Analyse des performances d'un hémodialyseur.
  • Université d’Aix-la-Chapelle : hémolyse du sang dans un champ de cisaillement
  • Imperial College (Londres): structure trabéculaire des os, disque intervertébral.
  • University of Southern California (San Diego): Réponse de leucocytes à un cisaillement fluide.
  • Georgia Tech (Atlanta): Etude du comportement cellulaire par analyse d'images.
  • Washington University (Saint Louis): Modèle de contraction du muscle squelettique
  • Mac Gill University (Québec) : Interactions entre des globules blancs en suspension dans un conduit capillaire
  • Université de Montréal (Québec) : Analyse cinématique 3D de l’articulation du genou
  • MIT : Mécanique cellulaire
  • Fluides complexes
  • Harvard : Dépôt de la peinture.
  • Göttingen : Ecoulement des boues.
  • Université de Twente : singularités aux interfaces.
  • Stanford University : Stabilité d’un écoulement coaxial.
  • Institut Français du Pétrole (Rueil-Malmaison) : Modèles de décolmatage progressif d’un puits à la mise en production.
  • Cambridge University : Mécanique du tas de sable.
  • MEMS
  • UCLA (Los Angeles) : Traitement de parois pour un micro mélangeur
  • ENS (Paris) : Effet de glissement liquide solide dans un micro canal / Ecoulement diphasique dans une micro conduite.


Modalités d'évaluation : Rapport écrit de 20 à 30 pages
Soutenance orale

Langue du cours : Français

Credits ECTS : 20

Format des notes

Numérique sur 20

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

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