Imprimer
PDF

Comprendre la nature à l’aide des sciences de l’ingénieur :

décrypter les plans de construction universels des tissus osseux

Conférence
Christian Hellmich

Lundi 22 juin 2015, 19h
Salon rouge, Institut français

En allemand, sans traduction

pdfDernière conférence du cycle « Bionique – La nature inspire la technologie »

Le zoologue austro-américain Rupert Riedel (1925-2005), l’un des éminents spécialistes de la biologie évolutive, écrivait que le monde du vivant semblait être rempli de modèles organisationnels universels.
Tandis que Riedel décrivait ces modèles à la façon d’un biologiste, les sciences de l’ingénieur ont permis depuis une quinzaine d’années de mettre en place une approche mathématique visant à identifier  ces règles et modèles universels à la fois dans les structures biologiques et dans leurs implications mécaniques.

 


L’étude des tissus minéraux comme les os (de la jambe en particulier) a permis d’établir les règles suivantes :

  1. Les composants de base du tissu osseux, cristaux de phosphate de calcium, collagène et un gel aqueux rassemblant divers éléments organiques, ne sont pas présents dans des quantités aléatoires mais en suivant une règle bilinéaire précise, ainsi que le montrent les analyses chimiques faites pendant près de cent années (déshydratation, déminéralisation, carbonisation).
  2. Les molécules de collagènes forment des structures fibreuses organisées, appelées « fibrilles », et les cristaux des minéraux se répartissent équitablement entre les espaces à l’intérieur et autour de ces fibrilles, ainsi que l’ont montré les analyses évoquées ci-dessus combinées aux observations par microscope électronique
  3. Des mesures de densité et des analyses faites à l’aide de faisceaux de neutrons permettent de prouver que lors de l’hydrogénation des fibres de collagène, l’espace inter-fibrille s’agrandit de façon proportionnelle aux fibrilles
  4. La minéralisation de tissus collagènes se fait localement sans apport de masse, ce qui, compte-tenu des règles précédentes, permet de déterminer les volumes des éléments de base d’un morceau d’os uniquement à partir de sa densité.

Conf Hellmich 22 06 15 photos
Toutes ces règles de structure et de combinaisons fournissent les données de base pour l’établissement de modèles multi-échelles capables de quantifier l’élasticité, la robustesse et la viscosité des divers constituants des os. Ils sont l’expression mathématique des plans de constructions universels dans le monde des vertébrés. La combinaison de ces règles avec les images obtenues par tomographie, permettent d’envisager de nouvelles perspectives de diagnostic et de traitement.
Les interactions mécaniques ainsi identifiées sont également très utiles pour l’étude et l’amélioration de matériaux de construction classiques tels le béton ou le bois.

 

Conf Hellmich 22 06 15Christian Hellmich est professeur en résistance des matériaux et mécanique numérique au département d’ingénierie civile de l’Université technologique de Vienne (TU Wien). C’est de cette université qu’il a été diplômé en ingénierie (1995). Il y a également présenté sa thèse de doctorat (1999) et son habilitation à diriger des recherches en 2004. Entre 2000 et 2002 il a été post-doctorant dans le cadre du programme Max Kade au sein du département d’ingénierie civile et environnementale du Massachusetts Institute of Technology aux Etats-Unis.
Christian Hellmich, étudie les matériaux validés et leurs modèles de (micro)structures. Ses recherches portent sur des matières telles que le béton, la terre, la pierre ou l’os aussi bien que des biomatériaux produits par l’homme ou des structures comme les tunnels, pipelines, ponts ou des squelettes de vertébrés comprenant des implants et des supports en ingénierie tissulaire.
Il a occupé plusieurs positions clés dans des projets en lien avec l’industrie des tunnels et pipelines aussi bien que dans des activités de recherche interdisciplinaires et internationales autour des matériaux et financées par la Commission européenne, notamment comme coordinateur du consortium industriel et universitaire « BIO-CT-EXPLOIT » faisant intervenir tomographie par ordinateur et la micromécanique des milieux continus.
Il a publié près de 96 articles dans des revues scientifiques internationales dans les domaines de l’ingénierie  mécanique, la science des matériaux et la biologie théorique. Il a également écrit 22 chapitres de livres et plus de 100 contributions dans le cadre d’actes de colloques scientifiques.
Il a également été président à la fois du Comité pour les matériaux de la division d’ingénierie mécanique de la Société américaine d’ingénieurs civils (American Society of Civil Engineers – ASCE) et du Comité pour la Poroélasticitéde l’Institut de mécanique du génie (Engeneering Mechanics Institute – EMI) en tant qu’éditeur associé de la revue pour l’ingénierie mécanique (ASCE) et la revue de nano et micromécaniques (ASCE). Dans ses services à la communauté, il a (co)présidé ou soutenu plus d’une cinquantaine de conférences internationales (comprenant la présidence de la bio-conférence sur la poroélasticité de 2013 soutenue par l’EMI-ASCE) et été membre de comités de lecture pour 92 revues scientifiques et 12 fondations scientifiques.
En 2004, il a remporté le prix Kardinal Innitzer pour la science de l’archevêché de Vienne pour sa thèse d’habilitation, le prix scientifique du Land de Basse Autriche en 2005 pour ses recherches sur les micromécaniques des composites hiérarchiques et a également reçu le prix Zienkiewicz pour les jeunes scientifiques en sciences de l’ingénierie informatique  soutenu par la communauté européenne des méthodes computationnelles dans les sciences appliquées (ECCOMAS).
Pour d’autres activités dans le domaine de la micro-poroélasticité à plusieurs niveaux des matières osseuses, il a reçu l’un des prix les plus prestigieux des Bourses ERC du conseil européen de la recherche en 2010 et a été élu membre de l’académie « jeune » de l’académie autrichienne des sciences en 2011. En 2012, il a été récompensé par le prestigieux prix pour la recherche Walter L. Huber de l’ASCE pour ses contributions à la micro-poroélasticité de géomatériaux et biomatériaux hiérarchiques et a été élu membre de l’EMI en 2014.

Lettre d'information accès direct

lettre novembre 2016

En savoir +

Cours accès direct

fascination pour le français

En savoir +

Médiathèque accès direct


culturtheque cap

Bannière google ads 300x250

 

En savoir +

CampusFrance accès direct

campusfrance

 

En savoir +