Durées de vie de prothèses de hanche en biocéramiques soumises à des dégradations par chocs

Juliana Uribe (1) , Jean Geringer (1) , Bernard Forest (1) , Laurent Gremillard (2) , Jérome Chevalier (2)

1 CIS-ENSMSE - Centre Ingénierie et Santé
2 MATEIS - Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne]

Les prothèses de hanche visent à remplacer l'articulation coxo-fémorale. Les céramiques, notamment l'alumine, sont très utilisées pour la réalisation des têtes fémorales et des cupules cotyloïdiennes. Grâce à une machine unique en Europe, on peut tester dans des conditions sévères, le comportement des prothèses de hanche soumises aux chocs, afin d'estimer leur durée de vie. Le cycle de force appliqué est un pic de force de 9 kN pendant 30 ms à une fréquence de 2 Hz. Les essais ont été menés à sec, articulation non lubrifiée, ou en solution (sérum bovin). L'ensemble tête-cupule est incliné à 45° pour respecter la position anatomique. Les prothèses étudiées sont en alumine. Les essais, doublés ou triplés selon le milieu, sont conduits jusqu'à 800000 cycles ou jusqu'à la rupture de la cupule. A sec, la rupture est intervenue pour 254000 ± 43000 cycles. En solution, aucune rupture n'a été observée après 800000 cycles. Des ruptures intergranulaire et intragranulaire ont été observées au Microscope Electronique à Balayage (MEB). Pour tous les essais, on met en évidence des bandes d'usure sur la tête, analogues à celles observées ex vivo. Cette dégradation est plus rapide pour les essais à sec qu'en solution. La rupture de la cupule se produit lorsque la bande d'usure supérieure est voisine de 4 mm. Les analyses de rugosité par Microscopie à Force Atomique (AFM) ont montré que, pour les zones non usées, Ra-3D (rugosité 3D) = 9,1 ± 5,1 nm et pour les zones usées Ra-3D = 277,9 ± 29,4 nm ; ces valeurs sont comparables avec celles mesurées ex vivo. Ces résultats valident la machine de chocs comme un dispositif qui permet de reproduire et de comprendre les mécanismes d'endommagement des prothèses de hanche en biocéramique. Enfin, ces travaux expérimentaux nous permettront d'obtenir des résultats de référence et de les comparer à ceux qui découleront d'investigations autour de la modélisation multi-échelles.

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Juliana Uribe, Jean Geringer, Bernard Forest, Laurent Gremillard, Jérome Chevalier. Durées de vie de prothèses de hanche en biocéramiques soumises à des dégradations par chocs. GFC 2010, Mar 2010, Saint-Etienne, France. ⟨hal-01080617⟩