Pour aller plus loin – Et si nos os inspiraient les matériaux du futur ?

Points à retenir

Les travaux de Jean-François Ganghoffer s’inscrivent dans une approche fondamentale de la mécanique des matériaux, appliquée aux matériaux biologiques comme l’os.

Ils visent à comprendre comment un matériau peut croître, se remodeler ou s’endommager sous l’effet de sollicitations mécaniques, et non seulement se déformer.

Ses modèles intègrent la microstructure, les gradients de déformation et les interactions multi-physiques (mécaniques et électriques).

Un point central de ses recherches est la cohérence mathématique des modèles de croissance, indispensable pour garantir leur validité physique

Méthodologies et technologies utilisées

Développement de modèles de croissance volumique et de croissance par accrétion de surface, capables de décrire l’ajout ou la résorption de matière dans un solide.

Utilisation de modèles à second gradient, qui prennent en compte les variations spatiales fines des déformations, nécessaires pour décrire la diffusion de masse et les effets de microstructure.

Modélisation du remodelage osseux à différentes échelles, depuis les travées osseuses jusqu’à l’échantillon macroscopique.

Études numériques de l’endommagement et de la propagation de microfissures, notamment par confrontation avec des mesures expérimentales sur des échantillons osseux.

Conception et utilisation de bioréacteurs permettant de soumettre des matériaux ou des tissus à des sollicitations mécaniques contrôlées, en traction, torsion ou compression cyclique.

Exploration de matériaux piézoélectriques et flexo-électriques, capables de transformer une contrainte mécanique en signal électrique, pour étudier l’influence de ces signaux sur les cellules osseuses.

Collaborations interdisciplinaires

Collaboration de longue date avec des équipes de biologie et de biomécanique, notamment autour de la cicatrisation osseuse et de l’ingénierie tissulaire.

Travail conjoint avec des laboratoires spécialisés en imagerie, essais mécaniques et instrumentation, pour confronter les modèles numériques aux observations expérimentales.

Projets menés avec des équipes en physique des matériaux, notamment sur l’homogénéisation, les composites et les matériaux à propriétés électromécaniques.

Développement de dispositifs expérimentaux en lien avec des plateformes technologiques (bioréacteurs, dispositifs multi-chambres, organes-sur-puce).

Publications et implications scientifiques

Publications dans des revues internationales de référence en mécanique et en mathématiques appliquées, portant sur la croissance des matériaux, la non-convexité des énergies, et l’existence de solutions mathématiques aux modèles proposés.

Apports théoriques majeurs sur le rôle du tenseur d’Eshelby, utilisé pour décrire les forces internes qui pilotent la croissance et le remodelage des matériaux.

Ces travaux fournissent un cadre robuste pour relier modélisation mathématique, simulation numérique et observations expérimentales, notamment dans le domaine de la biomécanique osseuse.

Ils ouvrent des perspectives pour la conception future de matériaux capables de s’adapter à leur environnement mécanique.

Anecdotes et vision pour l’avenir

Le parcours de Jean-François Ganghoffer, initialement éloigné de la biomécanique, lui a permis d’aborder l’os avec les outils du mécanicien, offrant un regard différent sur des problématiques biologiques complexes.

Il a déjà participé à des actions de vulgarisation scientifique, notamment à travers des publications destinées au grand public, avec une exigence forte de clarté et de rigueur.

À l’avenir, ses travaux visent à renforcer les ponts entre mécanique fondamentale, biologie et ingénierie, en développant des modèles toujours plus proches des conditions du vivant, sans perdre la solidité théorique qui en garantit la pertinence scientifique.