Etude du comportement non-uniforme de l'interface entre implant fémoral et liant polymérique dans le cas de prothèses totales de hanche cimentées

par René Leroy

Thèse de doctorat en Génie mécanique et productique

Sous la direction de Danielle Sigli.

Soutenue en 1997

à Tours .


  • Résumé

    La fixation des implants en chirurgie orthopédique et en particulier dans l'arthroplastie totale de hanche, s'effectue généralement au moyen d'un ciment chirurgical constitué essentiellement de polymère (PMMA). Les fractures et des descellements apparaissent à l'extrêmité distale de l'implant fémoral, leur foyer débutant systématiquement à l'interface implant/ciment. Nous avons conçu une maquette d'étude de ces phénomènes. L'éprouvette est moulée dans les mêmes conditions que pour les implantations en bloc opératorie. Le ciment est placé entre l'implant : modèle en titane (TA6V) et un fourreau en aluminium (AU4G). Au cours des essais de chargement en compression, l'existence de sur-contraintes locales pourraient expliquer la fracture du ciment polymérique qui se comporte comme un matériau fragile. Nous modélisons nos expériences par une méthode d'éléments finis. Seul le ciment est discrétisé en éléments triangulaires linéaires. Le chargement est modélisé par une répartition de pression de type Coulomb en bout de tige fémorale, comme l'a montré nos expériences. Le contact ciment/implant est simulé par des caractéristiques mécaniques aux noeuds frontières, analogues à celles de poutres, qui seraient normales par rapport à la paroi. Le programme permet de faire varier la raideur des poutres pour simuler un collage fort pour des poutres à fortes rigidité et un collage faible comme le PMMA par des poutres de faible rigidité. Si nous faisons varier localemnet la rigidité d'une poutre pour modéliser un défaut de collage, nous avons montré une ouverture de défaut, assimilable à une fissure par exemple. Nos travaux permettent de montrer que la superposition d'un défaut de collage et d'un défaut assimilable à une fissure peuvent provoquer la rupture du ciment à partir de l'interface implant/ciment.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    ˜A œStudy of a no uniform contact between prosthesis and bone cement in total HIP arthroplasty


  • Résumé

    In orthopedic surgery, and in particular in total hip arthroplasty, the fixing of implants is generally carried out using a bone cement made up of PMMA polymer. Cracks appear at the end of the femur prosthesis, starting systematically at the implant/cement interface. We have designed a mehanical test specimen to study these phenomena. The test specimen is cast in the same conditions as in the operating block. The cement is placed between the the titanium (TA6V) implant model and an aluminium (AU4G) sheath. During the load compression tests, the presence of localised substresses could explain the breaking of the polymer cement which behaves in the same way as a brittle material, the strains in the polymer, being visualized by a reflective photoelastic technology. We used a finite element method (FEM) in order to simulate our experiments. To modelise the cement we used a 2D mesh model structure with triangular elements, in place stress and axisymmetric problems. The load is modelised by a Coulomb type spread of pressure at the end of the implant, as our experiments show. The cement/implant contact is simulated by the mechanical characteristics at the boundary nodes similar to these of beams which are normal or at an angle to the normal of the boundary. The programme enables us to vary the stiffness and the angle of the beams. In this way, we can notice that a local increase in elasticity of the contact produces an elongation in the contact surface and a rise in the normal stress. The model therefore shows that the heterogeneity of the contact results in a discontinuity of the stress and a local elongation which is the cause of the break. Such heterogeneity of contact is likely to take place experimentally during the polymerisation phase of the cement because the thickness and the temperature gradient are varying in the bone cement.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (121 f.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 113-118

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  • Bibliothèque : Université François Rabelais. Service commun de la documentation. Section Sciences-Pharmacie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS-1997-TOUR-4023
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