Simulation numérique de l'hémodynamique de la valve aortique et de ses solutions de remplacement par l’analyse des mécanismes d’interaction fluide-structure.

Le cœur est constitué de 4 cavités distinctes séparées par des valves qui assurent un écoulement unidirectionnel d’une cavité à l’autre. De nos jours, les pathologies cardiaques sont la première cause de mortalité dans le monde avec un grand nombre de maladies pouvant affecter différentes parties de l’organe, mais parmi elles, le dysfonctionnement de la valve aortique tient une place importante. Ce dysfonctionnement se manifeste par des difficultés d’ouverture et/ou de fermeture de la valve, épuisant le cœur du patient et engendrant une mauvaise hémodynamique. Cela en fait la partie du cœur qui est la plus remplacée par des prothèses essayant de reproduire au mieux les caractéristiques d’une valve saine. Ces prothèses, principalement d’origine porcine ou bovine, ont amélioré la qualité de vie des patients mais aucune d’entre elles n’est capable de complètement restaurer une qualité/espérance de vie similaire à la population globale. Dans ce contexte, de nouvelles solutions de replacement de valve sont recherchées. La procédure d’Ozaki apparait comme une bonne candidate, mais son utilisation effective par des praticiens reste pour l’instant limitée. Cette technique évite l’utilisation d’implant extérieur en utilisant le propre tissu du patient venant du péricarde afin de reconstruire une nouvelle valve. La procédure encore récente a de nombreux avantages venant aussi bien de l’utilisation d’un tissu déjà connu par l’organisme que de par la conception en elle-même de la procédure. Néanmoins, des interrogations persistent sur les capacités de cette valve à fournir un écoulement sanguin de qualité et durable dans le temps. Cela est compréhensible en constatant que la nouvelle valve aortique obtenue après une procédure d’Ozaki dispose d’une forme fortement différente d'une valve native saine ou à toutes les prothèses disponibles sur le marché. L’objectif de cette thèse est de comparer et quantifier d’un point de vue biomécanique la différence de comportement et d’écoulement produit entre une valve de type Ozaki et une valve native dans le but de renseigner sur les propriétés fondamentales de cette solution par rapport à la référence en termes de durabilité et de performance. Afin de correspondre aussi aux attentes des chirurgiens, une bio-prothèse est ajoutée à la comparaison pour aussi identifier les avantages et inconvénients de la valve Ozaki par rapport à ce qui est actuellement la référence en termes de solution de remplacement. Pour réaliser ces comparaisons, une approche entièrement numérique et à la pointe de la littérature a été développée, basée sur la méthode de Lattice Boltzmann pour la simulation de l’écoulement sanguin accompagnée par une méthode d’éléments finis pour calculer les déformations subies par la valve. Les deux méthodes étant couplées grâce à la méthode des frontières immergées et par un couplage temporel explicite avec stabilisation. Les simulations ont été réalisées avec une orientation patient spécifique de par l’utilisation d’un processus innovant sur des géométries issues de scanners cliniques. En termes de géométrie, la procédure d’Ozaki double pratiquement (1,92 fois) la surface de coaptation des feuillets par rapport à une valve aortique saine et augmente la hauteur de coaptation par un facteur de 3.7, impactant ainsi le comportement. Les résultats des simulations d'interaction fluide-structure révèlent des dynamiques similaires entre les valves, mais avec l'apparition de flottement (« flutter ») pour la valve Ozaki et des vitesses d'écoulement et des contraintes de cisaillement à la paroi plus élevées pour la bio-prothèse. Cette thèse suggère globalement une supériorité biomécanique de la procédure d’Ozaki par rapport à la bio-prothèse, justifiant la pertinence de cette nouvelle solution