Prothèse biomimétique architecturée à base de structures lattices pour une reproduction fidèle de la mécanique multiaxiale du disque intervertébral

Contexte scientifique

Les pathologies des disques intervertébraux représentent l’une des principales causes de douleurs lombaires chroniques. Dans les cas les plus sévères, comme les hernies discales, plusieurs options thérapeutiques sont envisagées, allant des traitements conservateurs aux interventions chirurgicales, incluant le recours à des prothèses discales pour restaurer la mobilité. Malgré l’émergence de plusieurs générations de ces dispositifs, les approches actuelles ne parviennent pas à reproduire fidèlement la complexité mécanique du disque naturel. Des propriétés clefs telles que l’hétérogénéité, l’auxéticité ou la capacité d’absorption d’énergie sont rarement prises en compte. Le projet ANR BIOPRIME propose de combler ces lacunes en développant des prothèses biomimétiques architecturées, basées sur des structures lattices capables de reproduire de manière réaliste le comportement mécanique régional et global du disque intervertébral.

Objectifs de la thèse

Dans le cadre du projet ANR - BIOPRIME, cette thèse vise à concevoir une prothèse biomimétique du disque intervertébral, capable de reproduire ses propriétés mécaniques complexes. Le travail s’articule autour de trois phases complémentaires. La première phase consiste en une revue approfondie du comportement mécanique des tissus naturels, complétée par l’analyse de structures auxétiques compatibles avec l’impression 3D, et accompagnée d’une montée en compétences en modélisation numérique et fabrication additive. La deuxième phase est dédiée à la conception de structures architecturées bio-inspirées, capables de mimer les propriétés mécaniques spécifiques des différentes régions du disque, validées par des simulations et des essais expérimentaux. Enfin, la troisième phase vise à intégrer ces structures dans des prothèses complètes, évaluées numériquement sous conditions physiologiques réalistes, puis fabriquées, optimisées et préparées pour des validations expérimentales. Les concepts les plus prometteurs seront retenus pour les tests finaux.

Le/la doctorant(e) intégrera une équipe pluridisciplinaire composée de chercheurs en mécanique, en matériaux, en impression 3D, ainsi que de cliniciens experts en chirurgie du rachis. Il/elle bénéficiera d’un environnement de recherche stimulant et collaboratif, avec un accès à des plateformes de simulation, de fabrication additive et d’expérimentation mécanique avancées.

La thèse sera acceuillie principalement par l'Icam de Lille ainsi que le laboratoire LGCgE de l'Université de Lille.

L’Icam (Institut Catholique d’Arts et Métiers) est un établissement d’enseignement supérieur privé d’intérêt général (EESPIG), formant des ingénieurs généralistes et engagés. Présent en France et à l’international, il mène une recherche scientifique appliquée, centrée sur les grands enjeux industriels et sociétaux (transition énergétique, industrie du futur, matériaux, numérique). L’Icam allie excellence académique, innovation et proximité avec les entreprises.

Le LGCgE est un laboratoire de recherches pluridisciplinaires en Région Nord Pas de Calais qui regroupe des équipes de chercheurs de plusieurs établissements du PRES « Lille Nord de France ». Organisé en 5 équipes de recherche, le laboratoire compte plus de 200 membres. 

Le/La candidat·es doivent être titulaires d’un master ou d’un diplôme d’ingénieur en mécanique, biomécanique ou génie mécanique. Une bonne maîtrise de la mécanique des matériaux, des milieux continus, de la modélisation par éléments finis et de l’analyse expérimentale est requise. Un intérêt pour la biomécanique, les polymères et les structures bio-inspirées est fortement souhaité. Rigueur, capacités rédactionnelles et bon niveau d’anglais sont indispensables. Une première expérience en impression 3D, simulation ou programmation (Python, Matlab) serait un plus.