Séance Séminaire

Soutenances de thèses

Utilisation de simulations aux grandes échelles à partir d'images médicales pour l'étude de l'écoulement intracardiaque et de sa nature turbulente

Jury : F. Nicoud, Directeur de Thèse J.F. Gerbeau, INRIA Rocquencourt P. Verdonck, Ghent University D. Coisne, CHU Poitier P. Sagaut, Institut Jean le Rond d'Alembert S. Mendez, UM2 Résumé : Le premier objectif de cette thèse est de générer et d'analyser une base de données pour l'écoulement intracardiaque dans des géométries réalistes. Dans ce but, une stratégie couplant simulation numérique et imagerie médicale est appliquée à un c?ur gauche pathologique et à un c?ur gauche sain. Le second objectif est d'illustrer comment cette base de données peut être analysée afin de mieux comprendre l'écoulement intracardiaque, en portant une attention particulière aux caractéristiques instationnaires de l'écoulement et à sa nature turbulente. Une chaîne numérique pour simuler l'écoulement dans des géométries spécifiques au patient est tout d'abord présentée. La cavité cardiaque et ses mouvements sont extraits à partir d'images médicales à l'aide d'un algorithme de recalage d'image afin d'obtenir le domaine de calcul. Les équations qui régissent l'écoulement sont écrites dans le cadre d'un maillage se déformant au cours du temps (approche arbitrairement Lagrangienne ou Eulérienne). Les valves cardiaques sont modélisées à l'aide de frontières immergées. L'application de cette chaîne numérique à deux c?urs gauches, l'un pathologique, l'autre sain est ensuite détaillée. L'écoulement sanguin est caractérisé par sa nature transitoire, donnant un écoulement complexe et cyclique. Il est montré que l?écoulement n'est ni laminaire, ni pleinement turbulent, justifiant a posteriori l'utilisation de simulation aux grandes échelles. Le développement instationnaire de la turbulence est analysé à l'aide de l?écoulement moyenné sur un nombre suffisant de cycles cardiaques. Les statistiques de l?écoulement, l?énergie turbulente, la production de turbulence et une analyse spectrale sont notamment présentées. Une étude Lagrangienne est aussi effectuée en utilisant des statistiques calculées à l'aide de particules ensemencées dans l?écoulement. En plus des caractéristiques habituellement rapportées, ce travail met en évidence le caractère perturbé et transitoire de l'écoulement, tout en identifiant les mécanismes de production de la turbulence.