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Selon un article publié dans le site de l'université de Cornell, une nouvelle découverte peut améliorer le traitement de l’ostéoporose ainsi que la durabilité des composants des avions.
Les rayons X servant à identifier les points forts et faibles ainsi qu'à détecter les fractures. Et par suite on pouvait prédire que la densité est le point de référence de la résistance osseuse.
Le problème proposé dans cette étude est la durabilité au fil du temps qui est moins bien comprise. Au contraire, la charge qu'un os peut supporter soit en grande partie déterminée par la densité.
La durée de vie en fatigue à long terme correspond au nombre de cycles de charge qu'un os peut supporter avant de se rompre.
Des chercheurs de l'Université Cornell ont exploré l'architecture interne des os pour déterminer quels facteurs ont influencé la fatigue à long terme par le chargement cyclique. Cette étude a été faite par de nouveaux logiciels de simulation de structures.
L'os est constitué de structures verticales qui assurent l'intégrité structurale sous la charge, ainsi que de structures horizontales qui, jusqu'à présent, étaient considérées comme ayant peu d'influence sur la force. Mais l'analyse de Cornell a montré que loin d'être superflue, ces structures horizontales étaient en fait la clé de la longévité osseuse au fil du temps. L'oeuvre est publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Si vous ne chargez l’os qu’une seule fois, c’est à peu près à quel point il est dense, et la densité est principalement déterminée par les structures de type plaque", a déclaré l’auteur principal Christopher Hernandez, professeur associé à l’école de génie mécanique et aérospatial de Cornell’s Sibley et à l’école de génie biomédical de Meinig.
"Mais si vous réfléchissez au nombre de cycles de charge faible que quelque chose peut prendre, ces petites poignées latérales sont ce qui compte vraiment. Quand les gens vieillissent, ils perdent d'abord ces structures horizontales, ce qui augmente la probabilité que l'os se brise de multiples charges cycliques."
L'équipe Cornell a imprimé en 3D du matériau osseux à partir d'un polymère méthacrylate d'uréthane. En modifiant l’épaisseur des bâtonnets horizontaux dans le treillis du matériau, ils ont pu augmenter sa durée de vie en fatigue jusqu’à 100 fois.
Cette découverte présente des avantages potentiels majeurs en matière d'ingénierie, en particulier pour les structures comme les ailes d'aéronef. En plus des implications évidentes pour le traitement des maladies comme l'ostéoporose.
"Chaque rafale de vent qu'un avion heurte provoque un cycle de chargement sur celui-ci, de sorte qu'une aile d'avion est chargée des milliers de fois à chaque vol", a déclaré Hernandez.
"Si vous voulez fabriquer un appareil durable ou un véhicule léger et qui durera longtemps, alors il est vraiment important de savoir combien de cycles de chargement la pièce peut prendre avant qu'elle ne se casse.
Et la relation mathématique que nous avons établie dans cette étude permet à quelqu’un qui conçoit une de ces structures de treillis d’équilibrer les besoins de rigidité et de force sous une seule charge avec les besoins de tolérance de nombreux cycles de charge de bas niveau.
