Etude multi-échelles d’hydrogels à base de gélatine, microstructurés par lyophilisation : comportement cyclique et mécanismes d’endommagement

Description synthétique et date de fin prévisionnelle du projet :

Les hydrogels sont des réseaux 3D de polymères capables d’absorber et de retenir une grande quantité d’eau tout en conservant un comportement mécanique similaire à celui des solides. Leurs similitudes mécaniques et structurelles avec les tissus mous humains en font des matériaux de choix pour les applications biomédicales. En particulier, des recherches sont en cours pour développer des hydrogels à base de gélatine mimant les performances vibratoires des plis vocaux, pour la restauration chirurgicale de la voix des patients. Si le développement de nouveaux hydrogels à base de gélatine microstructurés par lyophilisation semble une option très prometteuse pour relever ce défi, les connaissances scientifiques acquises sur la mécanique multiéchelles de ces gels doivent d’abord être renforcées. Ce projet de 3 ans (2025-2028) vise donc à faire progresser les connaissances scientifiques acquises sur de ces hydrogels microstructurés, des candidats prometteurs pour imiter la structure complexe, la nature multiphasique et la mécanique des tissus mous
du vivant, mais dont la physique est encore mal comprise à ce jour.

Missions / fonctions assurées :

Dans ce contexte, la mission du(de la) candidat(e) retenu(e) est double :
(i) concevoir et réaliser de nouveaux hydrogels à base de gélatine, microstructurés par lyophilisation, et adaptés pour mimer la mécanique des tissus mous vivants (tels que les pli vocaux);
(ii) proposer et valider un modèle théorique capable de prédire leurs propriétés mécaniques multiéchelles dépendantes du temps. Une attention particulière sera accordée à la prédiction de leur comportement viscoélastique non linéaire, de leurs propriétés d’amortissement révélées après une perturbation, et des mécanismes d’endommagement susceptibles de se produire après des charges répétées.

Activités principales :

Pour atteindre cet objectif, les activités du(de la) candidat(e) retenu(e) seront divisées en quatre grandes étapes expérimentales et théoriques/numériques :

• L’étape 1 visera à élaborer de nouveaux hydrogels microstructurés à base de gélatine en utilisant des techniques récentes de lyophilisation (« freeze-drying »).
• L’étape 2 visera à caractériser expérimentalement les différentes architectures 3D générées dans la phase solide de chaque matériau élaboré à l’étape 1, en utilisant des techniques avancées de micro-imagerie et des analyses structurales quantitatives.
• L’étape 3 visera à caractériser les propriétés mécaniques des matériaux élaborés à l’étape 1 en réponse à des chemins cycliques complexes, à différentes échelles spatiales (macro/micro) et fréquences de chargement (faible/élevée).
• L’étape 4 sera consacrée à la proposition d’un modèle mécanique micro-macro capable de prédire le comportement mécanique global des hydrogels réalisés (propriétés viscoélastiques, d’amortissement et d’endommagement).

Evènement – Résultat(s) objectif(s) fixant la fin de la mission de l’agent :

La mission de l’agent(e) sera achevée lorsque ces 4 étapes auront abouti à la proposition d’un nouveau modèle micromécanique des hydrogels, construit à l’échelle des pores de leur squelette solide, validé expérimentalement, et tenant compte des propriétés mécaniques non linéaires, anisotropes et viscoélastiques du gel jusqu’à son endommagement. Modalités d’évaluation et de contrôle de l’atteinte des résultat(s) :
Des réunions régulières seront mises en place entre le/la candidat(e) et son équipe d’encadrement, afin de l’aider dans la progression de ses travaux et l’atteinte des objectifs. Des présentations en conférences nationales et internationales permettront également de jalonner les différents livrables attendus.