Comptes Rendus
Modèle multi-échelle du transport de fluide dans un milieu poreux chargé avec échanges cationiques : application aux tissus osseux
[Multiscale modelling of fluid flow in charged porous media including cationic exchanges: application to bone tissues]
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 337 (2009) no. 11-12, pp. 768-775.

To better understand the bone diseases, many models of porous cortical bone have been developed to simulate its in vivo behaviour. Thus we proposed multiscale models including multiphysical phenomena governing the hydraulic response of bone. However, all these models neglected the possible ionic exchanges at the cellular level. Since such chemical reactions directly change the physico-chemical properties of the tissue, the interstitial flow is also modified. The aim of this study is so to include these ionic exchanges in the bone fluid transport description by deriving their consequences at the macroscale.

La compréhension des mécanismes qui régissent le comportement de l'os cortical est un enjeu capital puisqu'associée à la compréhension des pathologies osseuses. Ainsi avons-nous déjà développé des modèles multi-échelles tenant compte des phénomènes multiphysiques à l'œuvre dans le comportement hydraulique in vivo des tissus ostéo-articulaires. Toutefois, aucun de ces modèles ne tient compte des possibles échanges ioniques entre la cellule et son environnement. Ces phénomènes agissant directement sur les propriétés physico-chimiques du milieu, et donc sur l'écoulement interstitiel, le but de cette étude est de proposer un moyen de tenir compte des échanges cellulaires et de transposer leurs conséquences au niveau du transport à l'échelle macroscopique.

Received:
Accepted:
Published online:
DOI: 10.1016/j.crme.2009.09.011
Mot clés : Biomécanique, Modélisation multi-échelle, Milieux poreux chargés, Echanges cationiques, Nernst–Planck
Keywords: Biomechanics, Multiscale modelling, Charged porous media, Cationic exchanges, Nernst–Planck

Joanna Kaiser 1; Thibault Lemaire 1; Salah Naili 1; Vittorio Sansalone 1

1 Laboratoire de Mécanique Physique, Université Paris 12 – Val de Marne, 61, avenue du Général de Gaulle, 94010 Créteil, France
@article{CRMECA_2009__337_11-12_768_0,
     author = {Joanna Kaiser and Thibault Lemaire and Salah Naili and Vittorio Sansalone},
     title = {Mod\`ele multi-\'echelle du transport de fluide dans un milieu poreux charg\'e avec \'echanges cationiques : application aux tissus osseux},
     journal = {Comptes Rendus. M\'ecanique},
     pages = {768--775},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {337},
     number = {11-12},
     year = {2009},
     doi = {10.1016/j.crme.2009.09.011},
     language = {fr},
}
TY  - JOUR
AU  - Joanna Kaiser
AU  - Thibault Lemaire
AU  - Salah Naili
AU  - Vittorio Sansalone
TI  - Modèle multi-échelle du transport de fluide dans un milieu poreux chargé avec échanges cationiques : application aux tissus osseux
JO  - Comptes Rendus. Mécanique
PY  - 2009
SP  - 768
EP  - 775
VL  - 337
IS  - 11-12
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crme.2009.09.011
LA  - fr
ID  - CRMECA_2009__337_11-12_768_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Joanna Kaiser
%A Thibault Lemaire
%A Salah Naili
%A Vittorio Sansalone
%T Modèle multi-échelle du transport de fluide dans un milieu poreux chargé avec échanges cationiques : application aux tissus osseux
%J Comptes Rendus. Mécanique
%D 2009
%P 768-775
%V 337
%N 11-12
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crme.2009.09.011
%G fr
%F CRMECA_2009__337_11-12_768_0
Joanna Kaiser; Thibault Lemaire; Salah Naili; Vittorio Sansalone. Modèle multi-échelle du transport de fluide dans un milieu poreux chargé avec échanges cationiques : application aux tissus osseux. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 337 (2009) no. 11-12, pp. 768-775. doi : 10.1016/j.crme.2009.09.011. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/j.crme.2009.09.011/

[1] T. Lemaire; S. Naili; A. Rémond Multi-scale analysis of the coupled effects governing the movement of interstitial fluid in cortical bone, Biomechan. Model. Mechanobiol., Volume 5 (2006), pp. 39-52

[2] T. Lemaire; S. Naili; A. Rémond Study of the influence of fibrous pericellular matrix in the cortical interstitial fluid movement, J. Biomech. Eng., Volume 130 (2008), pp. 11001-11011

[3] T. Lemaire, V. Sansalone, S. Naili, Multiphysical modelling of fluid transport through osteo-articular media, Annals of the Brazilian Academy of Sciences (2009), in press

[4] J.L. Auriault Heterogeneous medium. Is an equivalent macroscopic desription possible?, Int. J. Eng. Sci., Volume 29 (1991), pp. 785-795

[5] D.A. Laird Influence of layer charge on swelling of smectites, Applied Clay Science, Volume 34 (2006), pp. 74-87

[6] M.L. Knothe Tate “Whither flows the fluid in bone” ? An osteocyte's perspective, J. Biomech., Volume 36 (2003) no. 10, pp. 1409-1424

[7] T. Lemaire; S. Naili Stimuli physiques du remodelage osseux, Reconstruction osseuse et cutanée : Biomécanique et Techniques de l'Ingénieur, Sauramps Medical, 2008, pp. 57-71

[8] B.V. Derjaguin; N. Churaev; V. Muller Surface Forces, Plenum Press, 1987

[9] T. Lemaire; C. Moyne; D. Stemmelen Modelling of electro-osmosis in clayey materials including ph effects, Phys. Chem. Earth, Volume 32 (2007), pp. 441-452

[10] S.A. Lima, Modelagem Multiescala do Acoplamento Eletro-Quimico em um Meio Poroso Argiloso com Dependencia do pH, PhD thesis, Laboratorio Nacional de Computaçao Cientifica, Petropolis, Brasil, 2007

[11] C. Moyne; M.A. Murad Electro-chemo-mechanical couplings in swelling clays derived from a micro/macro-homogenization procedure, Int. J. Sol. Struct., Volume 39 (2002) no. 25, pp. 6159-6190

[12] T. Lemaire; C. Moyne; D. Stemmelen; M.A. Murad Modèles à deux et trois échelles pour l'étude des phénomènes électro-chimio-mécaniques dans les milieux poreux gonflants, Microstructure et propriétés des matériaux, presses de l'ENPC, 2005, pp. 195-202

Cited by Sources:

Comments - Policy