L’ostéoporose, pathologie liée à une fragilité du squelette pouvant entraîner des fractures ou tassements de certains sites osseux (vertèbres, col du fémur, poignet) est un vrai problème de santé publique. Depuis plus de 30 ans, des méthodes d’investigation (rayons X, ultrasons) ont été développées pour son diagnostic. Elles renseignent essentiellement sur la masse osseuse, alors que de multiples facteurs caractérisent cette pathologie ; parmi eux, le micro-endommagement. Les techniques d’acoustique non-linéaire ont déjà prouvé leur efficacité à quantifier la présence de fissures dans des matériaux. Nous présentons dans ce papier une méthode d’acousto-élasticité dynamique (interaction d’un train d’ondes très basse-fréquence et d’impulsions haute-fréquence), permettant de quantifier les non-linéarités viscoélastiques et dissipatives d’un matériau. Appliquée à des calcanéums humains dégraissés, elle a mis en évidence la présence de microfissures dans des régions de forte densité osseuse. Cependant, cette méthode est souvent en limite de détection de l’endommagement natif dans le calcanéum. Pour mieux évaluer la sensibilité de la méthode d’acousto-élasticité à l’endommagement présent, nous avons effectué des mesures avant et après avoir induit un endommagement par fatigue (cycles en compression). Les non-linéarités mesurées se sont révélées plus importantes après l’endommagement. En outre, les niveaux de non-linéarités observés ont été correctement corrélés à un endommagement effectif observé en microscopie confocale. Ces résultats sont nuancés par leur reproductibilité qui n’est pas satisfaisante lorsque le niveau des non-linéarités est élevé.

Osteoporosis affects the whole skeleton strength leading to an actual fracture risk. Associated to a high level of morbidity, it is a critical public health issue. During the last decades, several X-rays and ultrasound devices have been developed to help the clinicians in their diagnosis. They are essentially related to bone mass while several factors are responsible for this pathology. Among them, microdamage has an interesting place. Nonlinear acoustic methods have already shown their ability to detect microcracks in different geophysical and industrial materials. We present a dynamic acousto-elastic testing (interaction of a very low frequency tone burst and high frequency pulses) to measure viscoelastic and dissipative nonlinearities. Applied to trabecular bone samples (human defatted calcanei), this method has shown a high level of nonlinearity in very dense regions of the calcanei. However, native microdamage is often at the limit of the method sensibility. To better evaluate this parameter, we have performed acousto-elastic measurements before and after inducing microdamage thanks to a compression fatigue test. We observed higher nonlinearity after induced damage. Moreover, the level of acoustic nonlinearity has been correlated to actual damage accumulation thanks to confocal microscopy analysis. However, acousto-elasticity measurements repeatability is weak. Correct reproducibility is observed for low level of nonlinearity (low level of microcracks). For high level of nonlinearity, quite different nonlinear behaviors are usually observed from one measurement to the next one.