Fabrication et propriétés mécaniques de ciments phosphocalciques poreux pour la substitution osseuse

par Jingtao Zhang

Thèse de doctorat en Science des matériaux

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

Soutenue en 2012

à Nantes , en partenariat avec École polytechnique de l'Université de Nantes (autre partenaire) .


  • Résumé

    Cette étude traite des relations entre microstructure et propriétés mécaniques de ciments phosphocalciques (CPC) à base de phosphate tricalcique  (-TCP) pour la substitution osseuse. Des CPC aux microstructures variées ont été fabriqués et testés ; leurs propriétés mécaniques ont été modélisées en fonction de la porosité. Du  -TCP n'ayant pas réagi a été détecté, présentant une interface microfissurée avec la matrice d'apatite, ce qui abaisse le module d'Young. Plus la microstructure est grossière, plus la taille du défaut critique est grande. Dans les matériaux macroporeux, la taille du défaut critique augmente avec la macroporosité, probablement à cause d'une fissuration sous-critique lors du chargement, en compression comme en flexion. Par ailleurs, un rapport liquide/poudre élevé pendant la fabrication réduit la fiabilité mécanique (module de Weibull) des CPC microporeux, en raison de bulles d'air emprisonnées de taille variable, agissant comme défauts critiques aléatoires. La fiabilité des CPC macroporeux est moins sensible au procédé, puisqu'ils sont fabriqués en utilisant un porogène calibré et ont une microstructure plus déterministe. Finalement, des CPC composites ont été développés en utilisant différents éthers de cellulose ; leurs propriétés mécaniques et de mise en œuvre ont été étudiées. Ces additifs améliorent l'injectabilité, la cohésion, la tenacité et la tolérance à l'endommagement. Un hydrogel Si-HPMC a aussi été essayé comme agent moussant pour produire des CPC macroporeux ; ils possèdent une microstructure et des propriétés prometteuses. Les connaissances acquises devraient permettre de trouver un compromis entre comportement mécanique et biologique.

  • Titre traduit

    Fabrication and mechanical properties of macropourous calcium phosphate cements for bone substitution


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    This study deals with the relations between microstructure and mechanical properties of calcium phosphate cements (CPC) based on -tricalcium phosphate (-TCP) for bone substitution. CPC with various microstructures were prepared and their mechanical properties were investigated and modelled as a function of porosity. Unreacted -TCP particles were detected in the microstructure, exhibiting a weak and microcracked interface with the surrounding apatite matrix, which provokes a decrease in Young's modulus. The coarser the microstructure, the larger the critical flaw size causing fracture. In the case of macroporous materials, the critical flaw size increases with macroporosity, probably due to subcritical crack growth and pore linking during both compressive and flexural loading. Besides, a high liquid-to-powder ratio during processing reduces the strengh reliability (Weibull modulus) of microporous CPC, due to entrapped air bubbles of variable size, acting as random critical flaws. The strength reliability of macroporous CPC is less sensitive to processing, since they are made using a calibrated porogen, and hence have a more deterministic microstructure. Finally, composite CPC were developed using different cellulose ethers, and their handling and mechanical properties were studied. Cellulose ethers significantly improve injectability, cohesion, fracture toughness and tolerance to damage. Si-HPMC hydrogel was also tried as a foaming agent to produce macroporous CPC ; they exhibit and interesting microstructure and promising properties. The knowledge gained should allow to control the microstructure and to find a better compromise between mechanical and biological behaviors.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (258 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 239-258

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
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