Modélisation de la déchirure du complexe musculo-tendineux

Modélisation de la déchirure du complexe musculo-tendineux

 Cette étude a pour but de combiner les deux conditions précédentes (étirement jusqu’à rupture avec activation musculaire) afin de modéliser la déchirure du MTC se produisant lors d’une contraction excentrique. Cette étude sera réalisée sur l’ensemble {triceps sural + tendon d’Achille} et aura pour finalité d’expérimenter la faisabilité de la modélisation de la déchirure du MTC en DEM, en utilisant les résultats validés dans les précédentes parties (Figure 130). Figure 130 : Schématisation des différentes étapes à la modélisation de la déchirure du complexe musculo-tendineux Partie V – Modélisation de la déchirure du complexe musculo-tendineux. Etude de faisabilité 151 5 Matériels et Méthodes 5.1 Essais d’activation musculaire lors d’un essai de traction Le but de cette étude est de combiner l’activation musculaire du MTC à l’étirement de ce dernier, jusqu’à rupture, afin de simuler les caractéristiques d’une déchirure du MTC. L’essai de traction est réalisé par un pilotage en déplacement, dans les conditions évoquées précédemment (Partie II et III). La partie inférieure du MTC est fixée et sa partie supérieure est soumise à un déplacement linéaire. La vitesse de sollicitation est de 1 mm/s, ceci correspond à un essai en quasi-statique. Lors de cet essai de traction, la contraction musculaire sera activée avec les paramètres déterminés dans la partie précédente, et ceci pour deux configurations différentes (Figure 131) :  Soit la contraction a lieu au début de l’essai : la traction s’effectue alors sur un muscle contracté (configuration 1).  Soit la contraction a lieu tout au long de la traction : l’activation musculaire, dans ce deuxième cas, s’intensifie au cours de l’essai (configuration 2). Figure 131 : Deux types de configurations (activation rapide ou lente) pour les essais de traction avec activation musculaire 

Grandeurs étudiées

Les grandeurs étudiées sont identiques à celles de la Partie III. La courbe force/déplacement du MTC est calculée tout au long de la simulation numérique, pour les deux configurations étudiées. Une visualisation numérique est effectuée lors de ce test. Les contraintes dans chaque élément discret sont également analysées lors de la sollicitation, afin de détecter des zones de concentration de contrainte. La répartition du nombre de ressorts rompus en fonction du déplacement et de la zone du MTC étudié est également examinée. La localisation de la déchirure, les mécanismes lésionnels en jeux et les structures impliquées sont observés. Partie V – Modélisation de la déchirure du complexe musculo-tendineux. Etude de faisabilité 152 6 Résultats et Discussion Le comportement non-linéaire hyper-élastique du MTC lors de la simulation d’étirement actif est en accord avec la littérature (Weiis et al., 1996, Bosboom et al., 2001, Grasa et al., 2011, Gras et al., 2012, HernandezGascon et al., 2013, Webb et al., 2014), comme démontré dans les parties précédentes (Figure 101). Nous observons que les allures des courbes force/déplacement sont quasi-identiques ; les pics de force et les reprises d’efforts sont globalement identiques. Cependant, le pied de courbe est différent entre les deux configurations. Pour la configuration 1 (activation musculaire rapide), l’activation musculaire a un effet direct sur le pied de courbe, augmentant localement la force dans le MTC. Cet accroissement de force est beaucoup plus progressif pour la configuration 2 et n’est visible qu’en fin d’essai, pour un déplacement supérieur à 60 mm. Nous remarquons également que la force, lors de la déchirure musculaire (pour les deux configurations), est plus importante que celle mesurée lors de la rupture passive ; ceci s’explique par l’effet de l’activation musculaire, laquelle accroît la force générée par les fibres musculaires et par conséquent la force globale transmise par la structure globale. De plus, le déplacement à rupture est légèrement plus élevé car l’activation musculaire provoque un raccourcissement des fibres musculaires. Leur étirement jusqu’à leur rupture requiert donc un effort plus important et un allongement plus important de la structure globale. Figure 132 : Courbes force/déplacement pour un essai de traction jusqu’à rupture avec activation musculaire sur l’ensemble {triceps sural + tendon d’Achille} pour les deux configurations (configuration 1 : activation musculaire rapide ; configuration 2 : activation musculaire lente) et pour un essai de traction à rupture passive La visualisation de la déformation et de la rupture du MTC semble être en accord avec les données expérimentales de (Law et Lightner, 1993, Brickson et al., 2001, Bianchi et al., 2006, Song et al., 2007, Pratt et al., 2012). En effet, un allongement et une diminution de section du MTC se produit à l’occasion de la sollicitation. La rupture se localise au niveau des JMT, et apparaît lors de la délamination des fibres musculaires de la JMT distale et lors de la désinsertion de la partie tendineuse proximale. La carte des contraintes au cours de l’essai met en évidence une zone de concentration de contrainte au niveau de la JMT, identiquement aux résultats de la Partie III. Ceci montre que lors d’une contraction excentrique, la zone de faiblesse se situe au niveau des JMT, conformément à ce qui a été montré par de nombreuses études (Petilon et al., 2005, Bianchi et al., 2006, Ilaslan et al., 2007). Ceci témoigne que ces zones sont soumises à des forces importantes lesquelles conduisent à sa rupture car ces zones sont à la transition entre un matériau souple (muscle) et un matériau raide (tendon). La rupture apparaît lors d’une délamination des fibres musculaires à proximité de la JMT distale et une désinsertion de la JMT proximale (Figure 133). Sur les courbes force/déplacement, certains pics de force sont décalés entre eux, résultant d’une délamination différente de la JMT selon la configuration étudiée. L’activation musculaire rapide semble augmenter la valeur des pics à rupture, ceci étant occasionné par la traction de fibres déjà totalement contractées lors de la délamination. Ce type de rupture par délamination est en accord avec les études faites sur la déchirure musculaire (Brickson et al., 2001, Song et al., 2007, Pratt et al., 2012) et sa localisation correspond aux données disponibles dans la littérature (Law et Lightner, 1993, Bianchi et al., 2006). De plus, Ilaslan et al., (2007) ont montré que 80 % des déchirures musculaires se situent au niveau de la JMT, les 20 % restants correspondent à des déchirures situées dans le corps tendineux ou dans le corps musculaire, tel que le montre nos simulations numériques. Les mécanismes de rupture (délamination et désinsertion) sont identiques pour les deux configurations. Cependant, une différence est à noter au niveau de la délamination de la JMT distale (Figure 134-B). Cette dernière est plus prononcée (différence pouvant atteindre 5 % du nombre total de ressorts rompus au niveau des fibres musculaires) pour une activation musculaire rapide car les fibres sont déjà contractées et la force nécessaire à leur rupture étant plus importante, la déformation locale de la structure sera donc elle aussi plus importante. Par comparaison aux essais de rupture passive de la Partie III, la délamination est beaucoup moins prononcée (37 % de fibres musculaires rompus en passif contre 17 % lors des essais de déchirure pour les deux configurations). En effet, la contraction musculaire va créer un raccourcissement des fibres, limitant leur allongement avant de pouvoir s’étirer jusqu’à leur rupture. La désinsertion proximale au niveau des fibres tendineuses est identique pour une rupture passive ou active car les fibres tendineuses n’interviennent pas dans le processus d’activation musculaire. Visuellement, la différence entre les deux configurations réside dans le volume extérieur du MTC qui est plus important pour l’activation rapide que pour la lente. Effectivement, l’activation lente provoque une diminution de l’épaisseur du MTC au cours de la sollicitation du fait que la contraction musculaire n’est pas iso-volumique pour nos essais numériques, comme il a été vu dans la Partie IV.