Contribution à l'étude de la fatigue du tissu musculaire : Approche expérimentale, modélisation et applications en traumatologie du sport // Contribution to the study of muscle tissue fatigue: experimental approach, modelling, and applications in sports t

Le tissu musculaire, essentiel au mouvement et à la stabilité du corps humain, est soumis à de multiples contraintes mécaniques dans divers contextes, notamment lors des activités sportives intenses pourvoyeuses d'altération et de remodelage des tissus musculaires actifs. Comprendre les mécanismes de fatigue [1], d'endommagement et de rupture du tissu musculaire est crucial, en particulier pour la prévention et la prise en charge des lésions traumatiques. Il a été montré que les propriétés mécaniques du tissu musculaire, telles que la viscoélasticité, l'anisotropie, l'adoucissement et l'endommagement, jouent un rôle fondamental dans la réponse aux déformations imposées, influençant ainsi leur comportement en conditions extrêmes [2,3].
Le rôle de la structure des fibres musculaires et de la matrice extracellulaire dans la fatigue des muscles squelettiques est de plus en plus reconnu. Des études récentes ont mis en évidence l'importance des composants intramusculaires, notamment le collagène et la matrice non fibrillaire, dans la transmission des efforts suite à une sollicitation [4,5]. En parallèle, les avancées en imagerie et les modèles micromécaniques offrent de nouvelles perspectives pour analyser la géométrie complexe des fibres musculaires et leur rôle dans les phénomènes de déformation, d'endommagement et de rupture [6,7,8].
Les travaux s'articulent autour de trois axes :
1- Caractérisation expérimentale : Analyse fine des propriétés mécaniques et de la microstructure des tissus musculaires (essais mécaniques, histologie, imagerie avancée [9])
2- Modélisation numérique : Développement de modèles hyperviscoélastiques intégrant l'effet Mullins [10] et l'effet Payne pour simuler les réponses des tissus sous des sollicitations intensives et répétées
3- Applications cliniques : Validation des modèles grâce à un démonstrateur (indenteur [11]) permettant une évaluation pratique de l'état de fatigue et d'endommagement musculaire en contexte sportif ou clinique.

Ce projet offre une approche interdisciplinaire combinant biomécanique, modélisation numérique et outils diagnostiques innovants pour répondre aux enjeux de la prévention et de la prise en charge des traumatismes musculaires.
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Muscle tissue, essential for movement and stability of the human body, is subjected to various mechanical stresses in different contexts, particularly during intense sports activities that induce alterations and remodelling of active muscle tissues. Understanding the mechanisms of fatigue [1], damage, and rupture in muscle tissue is crucial, especially for the prevention and management of traumatic injuries. It has been demonstrated that the mechanical properties of muscle tissue, such as viscoelasticity, anisotropy, softening, and damage, play a fundamental role in their response to imposed deformations, thus
influencing their behaviour under extreme conditions [2,3].
The role of muscle fibre structure and the extracellular matrix in skeletal muscle fatigue is increasingly recognized. Recent studies highlight the importance of intramuscular components, particularly collagen and non-fibrillar matrix, in load transmission under stress [4,5]. In parallel, advances in imaging and micromechanical modelling offer new perspectives to analyse the complex geometry of muscle fibres and their role in deformation, damage, and rupture phenomena [6,7,8].

The project is structured around three key areas:
1- Experimental characterization: In-depth analysis of the mechanical properties and
microstructure of muscle tissues (mechanical testing, histology, advanced imaging [9])
2- Numerical modelling: Development of hyperviscoelastic models integrating the Mullins effect [10] and the Payne effect to simulate tissue responses under intensive and repetitive stress
3- Clinical applications: Validation of the models through a demonstrator (indentation device [11]) enabling practical assessment of muscle fatigue and damage in sports or clinical contexts.
This project offers an interdisciplinary approach combining biomechanics, numerical modelling, and innovative diagnostic tools to address the challenges of preventing and managing muscle injuries.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

IMT MINES ALES

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Le candidat devra posséder une solide formation en mécanique des matériaux, idéalement complétée par une expérience ou un fort intérêt pour la biomécanique des tissus biologiques. Des compétences en modélisation numérique (éléments finis, programmation) sont essentielles, ainsi qu'une aptitude à mener des expérimentations en laboratoire. Une expérience ou un intérêt pour les sciences du sport et la physiologie musculaire sera un atout. Le candidat devra démontrer une capacité à travailler en équipe et à contribuer activement aux échanges interdisciplinaires nécessaires à la réussite de ce projet.
The candidate should have a strong background in material mechanics, ideally complemented by experience or a strong interest in the biomechanics of biological tissues. Skills in numerical modeling (finite elements, programming) are essential, as well as the ability to conduct laboratory experiments. Experience or interest in sports science and muscle physiology would be a valuable asset. The candidate must demonstrate the ability to work in a team and actively contribute to the interdisciplinary exchanges required for the success of this project.