Thèse H/F : Amélioration des surfaces de prothèses métalliques de nouvelle génération par grenaillage u

Sujet de thèse :
Contexte et Problématique :
L’intérêt principal du projet Icarus Fall concerne les problèmes de vieillissement de la population et les surcoûts liés aux infections post-opératoires lors de la pose de prothèse. Les infections du site opératoire en chirurgie traumatologique sont peu fréquentes (1-2 % pour la chirurgie programmée) mais pourvoyeuses de complications sévères (nécrose osseuse, infection généralisée…) dans 33 % des cas en moyenne et un taux de mortalité de près de 5 %. Ces problématiques représentent des coûts économiques très importants qui atteindront, aux Etats-Unis, près de deux milliards de dollars d’ici 2030. La recherche de nouvelles technologies permettant de palier à ces infections est donc primordiale. En France, bien que la Haute Autorité de Santé n’avance aucun chiffre dans son rapport, la chute du taux d’infection ostéoarticulaires périprothétiques sous le seuil des 0,5 % induirait un gain financier considérable pour l’Etat et pour les assurances, se chiffrant en millions d’euros par an.

Dans certaines prothèses, (I) une enveloppe métallique plus ou moins fine vient englober l’extérieur de la prothèse et sert de frontière infranchissable entre les tissus vivants et les lattices afin de pouvoir facilement réaliser son remplacement chirurgical en cas de besoin. À l’opposé, (II) d’autres prothèses vont volontairement conserver la structure poreuse au contact du tissu afin de favoriser l’ostéointégration. Dans les deux cas, les lattices permettent de proposer des modules apparents d’élasticité contrôlés en fonction de la densité et du motif. L’objectif étant d’adapter le module d’élasticité de l’implant à celui de l’os afin de diminuer le « stress shielding ».
Dans le premier cas (lattices avec enveloppe), les enveloppes constituent la partie fragile car leur finesse permet la propagation rapide des fissures de fatigue, sièges d’infection en site osseux. Il existe un traitement de surface permettant de retarder la fissuration appelé SMAT (Severe Mechanical Attrition Treatment) et qui consiste à grenailler la surface d’une pièce placée dans une chambre fermée. Cette chambre est posée sur une sonotrode mettant en mouvement les billes par vibrations ultrasoniques. Les chocs répétés à la surface vont d’une part engendrer une nano-structuration de la microstructure de surface par écrouissage sévère et d’autre part créer un gradient de contraintes de compression en sous-surface. Le couplage de ces deux aspects permet d’augmenter la résistance en fatigue en empêchant l’amorce et la propagation des fissures. Les premiers résultats de la thèse de Tania Sola Saiz montrent qu’il est possible de grenailler des couches minces de 0,4 mm d’épaisseur sans les endommager, ce qui permet d’alléger les prothèses tout en augmentant leur résistance. Les essais de flexion rotative ont également montré une augmentation importante de la tenue en fatigue (jusqu’à 400 % dans certains ca
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