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Essai bi-axial et tri-axial sur biomatériaux

Les biomatériaux naturels sont soumis à des charges multi-axiales, qui pourront également être mesurées et appliquées à l'aide de machines d'essai appropriées.

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  • Brochure sur le secteur d’activité: Industrie médicale PDF 6 MO

Essai bi-axial sur biomatériaux

Pour une modélisation adéquate, le comportement bio-mécanique et la micro-structure sous-jacente des tissus biologiques mous doivent tout d'abord être déterminés avec précision. Pour reproduire la sollicitation multi-axiale des tissus du corps humain, une machine d'essai multi-axiale sera nécessaire. 

Une machine d'essai bi-axiale, spécialement conçue pour la caractérisation mécanique des matériaux souples, naturels et artificiels, a été développée pour ce faire. Elle intègre quatre entraînements linéaires régulés, indépendamment les uns des autres, par la position, la force ou l'allongement. La mesure de la force s'effectue par capteur de force (étanches), deux dans chaque axe (X et Y). Quatre unités électroniques de pilotage et d'acquisition de même qu'un bain pour un contrôle optimal de la température du fluide viennent compléter ce système. La force d'essai maximale est de 100 N par capteur, la résolution atteint 0,6 mN. La course de déplacement pour la mesure de traction est 50 mm (résolution 0,1 μm) et la vitesse maximale 2.000 mm/min. 

 Un dispositif pivotant, équipé de crochets et cordons, permet, outre les dispositifs de serrage, de relier les éprouvettes aux capteurs de force. Une application ainsi qu'une répartition homogène de la force dans l'éprouvette sont donc assurées, grâce à ce dispositif. L'extensomètre laser-Speckle est un avantage supplémentaire de la machine d'essai bi-axiale. Il permet une mesure bi-dimensionnelle, sans contact, de l'allongement et de la déformation ni marquage de l'éprouvette. Le principe de mesure repose sur l'exploitation de motifs Speckle, produits par illumination de la surface de l'éprouvette avec un laser; ces motifs seront ensuite enregistrés par une caméra. 

 L'éprouvette en biomatériaux naturels est d'abord testée en laboratoire; les données sont ensuite représentées dans un modèle mathématique, puis transférées vers un modèle informatique. Grâce aux caractéristiques déterminées avec la machine bi-axiale, la reconstruction virtuelle de la paroi cardiaque peut être suivie, rendant les pathologies du cœur plus ou moins prévisibles.

Autre solution d'essai

Une machine d'essai bi-axiale se compose de 4 vérins d'essai électromécaniques avec une capacité de 1 kN et une course de 200 mm chacun. La déformation de l'éprouvette est enregistrée au moyen de l'extensomètre laserXtens/videoXtens. Un contrôle de température pour le bain de fluide est également intégré. 

Essai tri-axial sur biomatériaux et tissus

Pour déterminer les propriétés de cisaillement des tissus biologiques mous (orthotropes), un système d'essai pour applications tri-axiales a été développé. Cette machine d'essai comprend principalement deux composants: 

Une plateforme supérieure à déplacement vertical (en direction Z) ainsi qu'une plateforme inférieure à déplacement horizontal - dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre - (en directions X et Y). Pendant l'essai, l'éprouvette est reliée par une fine couche de colle super-glu aux plateformes supérieures et inférieures, puis immergée dans une solution physiologique appropriée à température contrôlée. La plateforme inférieure se déplace par rapport à la plateforme supérieure fixée horizontalement, permettant ainsi le cisaillement de l'éprouvette. Un capteur de force, spécial, monté sur la plateforme supérieure assure une mesure simultanée des forces résultantes dans les trois directions orthogonales (direction X, Y et Z). 

La course de déplacement des entraînements linéaires X et Y - disposés perpendiculairement l'un à l'autre - est de ±14 mm (résolution de course 0,25 μm) avec une vitesse maximale de 3000 mm/min. La force d'essai maximale du capteur de force 3 axes dans les trois directions est de 2 N chacun et la précision de mesure est déterminée avec 0,5 % de la valeur mesurée. Le comportement de diaphonie du capteur de force est spécifié à plus de 0,5 % de la valeur maximale entre les directions X et Y et à plus de 1 % de la valeur maximale entre les directions X / Y et Z.

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