Echauffement d’implants médicaux passifs soumis à un champ électromagnétique : caractérisation numérique et expérimentale

L’Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) conduit des études et recherche à finalité applicative dans l’objectif d’acquérir des connaissances scientifiques et techniques validées et publiées pour faire progresser la prévention des risques professionnels. Près de 400 chercheurs, ingénieurs, techniciens, doctorants et stagiaires travaillent au sein de 21 laboratoires couvrant l’ensemble des risques professionnels, du risque toxique, aux risques physiques, psychologique ou organisationnel.

Au sein du département Ingénierie des Equipements de Travail (IET), le laboratoire Electromagnétisme, Vibration, Optique (EVO) s’intéresse à la prévention des risques associés à l’exposition professionnelle aux nuisances physiques. L’équipe CEM améliore des techniques de mesures, développe des moyens de modélisation numérique (simulation) et met en œuvre des bancs d’essais permettant de confronter théorie et expériences.
 

Contexte

Aujourd'hui, un nombre croissant de personnes est équipé d'implants médicaux métalliques tels que des broches, des plaques ou encore des vis. Lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique variable, ces implants peuvent s’échauffer par induction et provoquer des lésions des tissus environnants. Une personne est susceptible d'être davantage exposée sur son lieu de travail qu’en dehors, car les limites d’exposition concernant les travailleurs sont supérieures à celles définies pour le public. De plus, le respect des limites professionnelles protège les salariés considérés comme « sans risque particulier », mais pas nécessairement ceux porteurs d’implants médicaux.

Conformément au Code du Travail, il est nécessaire de mener une évaluation des risques spécifique à cette catégorie de travailleurs. Toutefois, les données disponibles à ce sujet dans la littérature restent trop limitées pour protéger correctement les salariés.

Sujet

Ce stage a pour objectif d’étudier l’échauffement d’implants médicaux métalliques soumis à un champ magnétique basse fréquence.  Il s’inscrit dans la continuité de travaux menés au sein du laboratoire qui ont permis de développer des modèles de conduction thermique avec source de chaleur interne. Ces modèles ont été confronté à des mesures d'échauffement par induction des implants monitorés par des sondes de température.

Pour valider la méthode de modélisation et les hypothèses associées, des modèles simplifiés d’implants médicaux seront réalisés sous forme de disques composés de matériaux conducteurs aux propriétés thermiques variées. Ces disques seront soumis à un champ magnétique généré par des bobines , provoquant leur échauffement par induction. La température sera mesurée à l’aide d’un système optique non perturbé par les champs magnétiques, puis comparée aux résultats issus de calculs analytiques et de simulations numériques. L’approche combinera ainsi modélisation analytique, simulations par éléments finis et essais expérimentaux. Une attention particulière sera portée à l'isolation thermique des échantillons afin de garantir un régime purement conductif. Un travail expérimental spécifique visera à identifier, tester et caractériser différents matériaux isolants en vue de déterminer celui qui sera le plus adapté au dispositif expérimental.

Dernière année d’école d’ingénieur en physique ou équivalent M2. 
Ce stage mobilise des compétences en thermique, électromagnétisme, simulation et instrumentation.

Le stage pourra se prolonger par une thèse de doctorat au sein d’une équipe dynamique et motivée dans un environnement de recherche appliquée.