Course info

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 effectués dans les années précédentes :

• 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

 

---

The actual development of techniques (imaging, microsensors, micromanitpulaitons), as well as analysis and modeling tools increasingly powerful, have enabled significative progresses in different fields of technology. These progresses are only possibly thanks to the formation of pluridisciplinary teams where the engineer play a key role.

Biomechanics is therefore between Engineer Science (mechanics, physics, ...) and Life Science (medicine, physiology, biology). The issues addressed are at different level: cell (cell adhesion on a biomaterial, characterization, ...), organ (flows in vessels, mechanics of articulations, biomaterials) or global (mechanics of the movement, accidentology, ...).

Soft matter is the study of the behavior of specific materials such as physiologic or agribusiness fluids, paint, oil, molten polymers, liquid crystals, cosmetics, moss, muds or granular environment. All of these materials are complex fluids raising questions of stability or rheology (they often flow oddly). Their behavior is highly influenced by their microstructure and their interfacial propoerties. Their study implied a coupling between mechancs, chemistry and physics, and specific reasonning (scaling law, dimensional analysis).

The MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) are miniaturized systems - micrometric size - that new technologies allow to manufacture massively today. These systems enable realizing functions, like fluid circumlation in a DNA puce, thermalization of a chemical reaction in a micro exchanger, or moving a micro lever stabilizing a aircraft wing boundary layer. The MEMS, a highly pluridisciplinary field, are now experiencing very strong economic growth.

As part of your internship, you will join a research team in a research organization (or hospital), in France or abroad.

 

Topics

Topics of study can cover various aspects of fluid mechanics, solid mechanics, statistic physics and material science.

• Physiologic flow: large arterial or venous circulation (modeling and measure), mechanical properties of cells, adhesion between cells, cell adhesion on a miomaterial, artificial organ: heart, cardiac valves, artificial kidney, ...
• Biomechanics of the musculoskeletal system: articulations, bone or joint prosthetics, shock effect, muscular biomechanics, functional adaptation.
• Complex fluids: polymer flow (rheology, injection in a mold, ...), fiber effect (composites), behavior of paste and emulsion fluids, granular environment, suspension dynamics (statistical or macroscopic models, measure, closure relation ...).
• MEMS: their issue cover notably the study of mono or multiphase fluid flows, at the micron scale, in inhabitual situations for fluid mechanics

 

Internships

The subjects of internship may be experimental, with or without experiment in vivo. Subjects of digital modeling are also proposed. The internship takes place in France or abroad. It is organized depending on the type of subject of interest to the student and on the country where they wish to do their internship.

Examples of internships done in the earlier years:

• Biomechanics
• UTC (Compiègne): Blood filtering / hepatocytes encapsulating./ modeling interaction between two cells
• IGR (Paris) Elecropermeabilizing cell membrane
• LAB (Renault-PSA) : biomechanics properties of a bone.
• Université de Berlin: Modelising ventricular assist system.
• Université de la Rhur (Bochum): Analysis hemodialysis machine performances.
• Université d’Aix-la-Chapelle : blood hemolysis in a shear field
• Imperial College (Londres): trabecular structure of bones, intervertebral disk.
• University of Southern California (San Diego): Leucocytes response to a shear fluid.
• Georgia Tech (Atlanta): Study of the cell behavior through image analysis.
• Washington University (Saint Louis): Model of skeletal muscle contraction
• Mac Gill University (Québec) : Interactions between suspended whites cells in a capillary tube
• Université de Montréal (Québec) : 3D-cinematic analysis of the knee joint
• MIT : Cell mechanique
• Complex fluids
• Harvard : paint deposit.
• Göttingen : Muds flow.
• Université de Twente : singularities at interfaces.
• Stanford University : Stability of a coaxial flow.
• Institut Français du Pétrole (Rueil-Malmaison) : Models of gradual unclogging of a well at production launch..
• Cambridge University : Mechanics of the sandpile.
• MEMS
• UCLA (Los Angeles) : Wall treatment for a micro mixer
• ENS (Paris) : Liquid-solid sliding effect in a micro channel / Two-phase flow in a micropipe.

 

Evaluation modalities: Written report of 20-30 pages

Course language: French