Cardiovascular pathologies specifically valvular heart diseases remain the biggest cause of deaths worldwide with a mortality rate of 4% in industrialized countries and up to 42% in developing countries. Aortic valve and coronary arteries have in particular been the focus of many studies during the recent years. This is due to the prevalence of pathologies in these regions and the subsequent critical consequences. In certain pathological conditions such as aortic sclerosis, the micro-structure of the aortic root and the aortic valve leaflets are altered in response to stress resulting in changes in tissue thickness, stiffness or both. Such pathologies are thought to affect coronary blood flow which could be life threatening.

Numerical studies have greatly assisted in understanding the biomechanics of the aortic valve, its function as well as the impact of pathologies on cardiac tissue mechanics and local hemodynamic. The interaction between the blood and the cardiac tissue is critical in properly studying the response of the system to its physiological conditions. However, due to the inherent complexity of fluid-structure interaction modeling of aortic leaflets, there is a clear lack of a global representation of the aortic valve region which would aid in understanding the overall behaviour of this structure in pathological conditions. Recently, there have been clinical investigations that have observed simultaneous structural and hemodynamic variations in the aortic valve and coronary arteries due to regional pathologies.

The main objective of this work is to elucidate this observed and yet unexplained phenomenon where, a regional pathology could lead to global variations in the structure and hemodynamic of the aortic valve region as well as in the coronary arteries. Therefore this thesis concentrates on three aspects:​ physiological heart valve modeling, investigating coronary hemodynamic variables in presence of valvular pathologies, and the possible impact of coronary stenosis on valvular dynamics. This model can aid in explaining the underlying behaviour that leads to the observed inter-relation between the aortic valve and coronary flow. Moreover, within the clinical practice our model has the potential to serve as a possible diagnostic tool;​ as the cardiac surgeons and interventional cardiologists can benefit from the additional input provided by this model for choosing the time of surgical intervention in the diseased aortic valve region.

Les pathologies cardiovasculaires, en particulier les maladies des valves cardiaques, restent toujours les causes prédominantes de mortalité, à un taux de 4% dans les pays développés et à 42% dans les pays en développement. La valve aortique et les artères coronariennes sont l‘emphase de nombreux articles récents. Cela est surtout attribuable à l‘occurrence élevée de ses maladies dans ces régions et les conséquences critiques qui suivent. Avec certaines pathologies cardiovasculaires, comme la sclérose aortique, les microstructures de la racine et des feuillets aortiques peuvent être modifié avec des contraintes résultantes des changements de l‘épaisseur ou de l‘élasticité du tissu, ou des deux. Ces pathologies sont reliées à l‘altération du débit sanguin, ce qui peut être mortel.

Des études numériques ont assisté considérablement à la compréhension des biomécaniques de la fonctionnalité et des pathologies des feuillets, leur effet sur les tissus cardiaques et l‘hémodynamie locale. Par contre, ces investigations ont plutôt analysé la structure des valves que les interactions entre le sang et le tissu cardiaque. Ce facteur simple mais sophistiqué est critique pour suffisamment étudier la réponse du système face aux conditions physiologiques. Par ailleurs, à cause de la complexité inhérente de l‘analyse d‘interaction fluide-structure des feuillets aortiques, il y a un manque évident d‘une représentation globale de la région des valves aortiques, ce qui pourrait avancer la connaissance du comportement global de cette structure sous les conditions physiologiques.

L‘objectif primaire de cette thèse est d‘expliquer ce phénomène inconnu dans lequel une pathologie régionale conduit à des variations globales structurelles et hémodynamiques au niveau de la région aortique ainsi que sur les artères coronaires. Ces dernières ont été ajoutées dans le modèle global pour explorer la possibilité d‘une interrelation entre ces structures et la valve aortique. Par conséquent, cette thèse est concernée par trois aspects en particulier :​ la modélisation physiologique de la valve cardiaque, l‘investigation des variables hémodynamiques des coronaires par rapport aux pathologies valvulaire, et l‘impact possible d‘une sténose coronarienne sur la dynamique valvulaire. Ce modèle peut aider à explorer et confirmer le comportement de base de l‘interaction entre la valve aortique et le débit coronarien. En plus, au point de vue de la pratique clinique, notre modèle a le potentiel d‘être un outil diagnostique ;​ considérant que les chirurgiens cardiaques et les cardiologues interventionnels pourraient profiter des données additionnelles fournies par ce modèle pour mieux planifier le moment idéal pour l‘intervention chirurgicale dans la région de la valve aortique pathologique.