Propriétés mécaniques de la peau - approfondissement

Dynamic Tensile properties of human skin

=> Une étude étendue des propriétés de la peau :

- élasticité : Relation "Module de Young - âge"
- visco-élasticité : relation "stress-strain" (tension-rappel)
- anisotropie (lignes de Langer)


Age-dependent biomechanical properties of the skin

=> Relation "propriétés mécaniques - âge"

Formation de rides chez l'homme, les méduses, et ses applications

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-08/acs-sja072016.php

Viscoélasticité de la peau

Basé sur : Viscoelastic properties of human skin and processed dermis

_

Nous nous intéressons de près au caractère viscoélastique de la peau, qui lui confère une réponse intéressante aux forces appliquées.

Nous examinons les phénomènes internes à celle-ci qui expliquent sa réponse visqueuse et élastique.

La réponse élastique de la peau lui donne sa capacité à recouvrer sa forme initiale après déformation.

La réponse visqueuse dissipe l'énergie appliquée à la peau lorsqu'une force lui est imposée.

Les propriétés mécaniques de la peau découlent principalement du réseau de fibres de collagène et de fibres élastiques qui s'y déploient et se situent dans le derme (couche située sous la couche superficielle que constitue l'épiderme). 

Les tissus élastiques de la peau consistent en de fins paquets de microfibres associées à l'élastine. On a pu montrer que ces fibres tendent à s'effilocher et se trouer avec les ans, ce qui explique la perte d'élasticité de la peau à des âges avancés.

Lors de l'application d'une force sur la peau, les fibres de collagène vont tendre à s'aligner dans la direction de celle-ci, avec dissipation visqueuse de l'énergie lors de l'alignement. Une fois alignées, les fibres de collagène commencent à s'étendre, exerçant une résistance à la force appliquée. Les fibres élastiques exercent une force de rappel qui tend à ramener la peau à sa forme initiale. 

La présence des composantes visqueuse et élastique donne alors non-linéarité de la réponse de la peau à une tension appliquée qui explique ses propriétés à plus grande échelle et donc son rôle primordial en tant qu'organe protecteur.

Le rhinocéros a la peau dure

Une question de structure et d'orientation

Basé sur l'article suivant : The Structure and Mechanical Design of Rhinoceros Dermal Armour

Résumé  

 La structure interne de la peau au niveau du réseau de fibres de collagène (dont est composé de 70 à 80% le derme) est directement liée aux propriétés mécaniques de celle-ci. Il est facile de s'en rendre compte à partir de l'exemple très particulier de la peau de rhinocéros.

Dans la peau du flanc d'un rhinocéros, les fibres de collagène sont relativement fines et arrangées en un réseau très marqué, formé par le croisement en diagonale des fibres. 

Chez d'autres mammifères, dont l'homme, le réseau de fibres de collagènes ne possède pas l'ordre de celui du flanc de rhinocéros (elles y sont plutôt arrangées aléatoirement).

Au niveau de la réaction aux forces appliquées, on peut voir la peau du rhinocéros comme étant à mi-chemin entre la structure totalement ordonnée des tendons, qui sont des fibres alignées parallèlement les unes aux autres et qui opposent immédiatement une grande résistance à une force appliquée dans la même direction, et la structure totalement désordonnée des fibres de collagène dans la peau humaine, qui tendent à s'aligner dans la direction de la force appliquée jusqu'à atteindre un régime proche de celui de forte résistance des tendons.

Conclusion :

C'est cet ordre dans le réseau de fibres de collagènes, plutôt que la seule épaisseur exceptionnelle de la couche de peau chez le rhinocéros, qui lui confère sa résistance.

La peau

Divers articles pour approfondir le sujet : 

- Une application intéressante des propriétés de la peau de méduses : http://today.uconn.edu/2016/08/novel-smart-materials-inspired-sea-creatures/

L'extension d'un matériau mis au point par des chercheurs de l'université du Connecticut (UCONN) modifie ses propriétés (opacité, phosphorescence, couleur) => application notamment dans le domaine de la cryptographie.

- Un court article traitant, entre autres, de la formation des empreintes digitales par interactions entre couches de la peau et plis :
http://www.todayifoundout.com/index.php/2014/07/fingerprints-form-can-regenerate/

Une publication de chercheurs sur le même sujet :
http://math.arizona.edu/~anewell/publications/Fingerprint_Formation.pdf

- Une publication de chercheurs sur les propriétés de la peau (viscoélasticité, etc.) :
http://www.ircobi.org/wordpress/downloads/irc12/pdf_files/59.pdf