Étude des propriétés plastiques et tribologiques de polyéthylènes à très haute masse moléculaire : optimisation de la longévité de cotyles pour prothèses de hanche

par Béatrice Lagathu

Thèse de doctorat en Sciences médicales

Sous la direction de Christian G'Sell.

Soutenue en 2000

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

mots clés

• Polyéthylène
• Polymères en chirurgie
• Biomatériaux
• Hanches artificielles

Résumé

L'objectif est de déterminer les mécanismes qui donnent d'une part une bonne résistance mécanique et tribologique aux Polyéthylènes à très Haute Masse moléculaire (PEHM), entrant dans la confection des prothèses de hanche et, d'autre part, d'analyser l'incidence de la stérilisation par faisceau d'électrons sur leurs propriétés microstructurales, mécaniques et tribologiques. L'étude est effectuée en deux étapes sur cinq types de matériaux : polyéthylène haute densité, PEHM moulé par compression, PEHM extrudé, PEHM extrudé et recristallisé sous pression, et PEHM moulé par compression et irradié. La première étape recherche les paramètres microstructuraux, mécaniques et tribologiques pertinents à l'aide de méthodes complémentaires : microscopie électronique, analyse enthalpique différentielle , diffraction des rayons X, essais de traction à pilotage vidéométrique, mesures de rugosité, essais pion-disque et sclérométrie. La deuxième étape examine l'influence des procédés de transformation des matériaux sur leurs paramètres microstructuraux (dimensions de lamelles, formes et dtsposition des lamelles, taux de cristallinité) et leurs propriétés mécaniques (comportement aux grandes déformations, module d'Young) et tribologiques (zone de plasticité, taille de sillon). On montre en particulier que l'irradiation réduit les propriétés mécaniques et tribologiques en surface des cotyles et les augmente à coeur. D'autre part, le travail met en évidence des relations nouvelles entre les paramètres microstructuraux (épaisseur des lamelles, longue période, taux de cristallinité, fréquence des molécules de liaison) et, les propriétés mécaniques (module d'Young, écoulement plastique, coefficient de durcissement) et tribologiques (zone plastique, volume de sillon, dureté Vickers).

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