Élaboration et propriétés mécaniques de biocéramiques macroporeuses pour la substitution osseuse

par François Pecqueux

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Franck Tancret et de Jean-Michel Bouler.

Soutenue en 2009

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Les céramiques biphasées d’hydroxypatite et de phosphate tricalcique, implantées comme substituts osseux sont remplacées par un os naturel au cours du processus biologique de remodelage du squelette. Ceci n’est possible que si la microstructure du matériau comporte une porosité bimodale interconnectée. Or, la porosité est le principal facteur diminuant leurs propriétés mécaniques. Ce travail est une étude complète de l’influence de la porosité sur les propriétés de déformation et de rupture du matériau, depuis l’élaboration jusqu’à la description du comportement mécanique. Des essais de compression et de flexion ont été réalisés sur des éprouvettes balayant toute la plage de porosité fabricable. Les résultats des essais ont été décrits à l’aide de modèles analytiques dont tous les paramètres ont un sens physique. Leur pertinence ainsi que la validité de leurs hypothèses de construction ont été étudiées. Ces modèles permettent la description du comportement mécanique du matériau sur tout le domaine de porosité. Une méthode de simulation numérique a été validée pour la description du comportement élastique du matériau puis utilisée pour étudier l’influence de la modification de la morphologie des pores. Les travaux suggèrent la nécessité d’une approche combinée de mécanique de la rupture et d’étude de la concentration des contraintes par les pores pour décrire de manière complète la rupture fragile du matériau à partir de défauts dont la formation serait due à la microfissuration sous-critique pendant le chargement. Les conclusions et les outils issus des résultats de la thèse ont été utilisés pour concevoir des structures poreuses optimisées pour la substitution osseuse

  • Titre traduit

    Elaboration and mechanical properties of macroporous bioceramics for bone subtitution


  • Résumé

    Biphasic ceramics made of hydroxyapatite and tricalcium phosphate, used as bone substitutes, are replaced by natural bone during the skeleton remodeling biological process. This is possible only if the microstructure of the material presents an interconnected bimodal porosity. However, porosity is the main factor that decreases their mechanical properties. This work is a complete study of the influence of porosity on the deformation and fracture properties of the materials, from their elaboration to the description of their mechanical behaviour. Compression and bending tests have been performed on specimens covering the whole attainable range of porosity. Test results have been described using analytical models for which all parameters have a physical meaning. Their validity and the hypothesis that led to their definition have been studied. These models allow the description of the mechanical behaviour of the material over the whole range of porosity. A numerical simulation method has been validated for the description of the elastic behaviour of the material, and then to study the influence of a modification of pore morphology. This work suggests the need for an approach combining fracture mechanics and stress concentration by pores, to describe in a complete manner the brittle fracture of the material from flaws which formation would be due to sub-critical microcracking during loading. The conclusions and tools originating from the results have been used to design optimised porous structures for bone substitution

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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-194

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