Comportement mécanique

Les essais ont été réalisés sur des éprouvettes 16 x 4 x 4 mm. La Figure III.22. regroupe les

résultats de ces essais. Les valeurs de résistance sont comprises entre 50 et 30 MPa. L’augmentation

du taux de magnésium diminue globalement les résistances en flexion. La résistance en flexion

obtenue avec des céramiques d’hydroxyapatite pure est supérieure à celle obtenue avec des

céramiques en hydroxyapatite substituée en magnésium [23]. La nature de l’agent dopant doit modifier la compacité du matériau. Le magnésium seul, augmente les valeurs de porosité accessible

à l’eau et diminue ensuite le taux de densification (Figure III.20.) Cet effet peut être attribué à une

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 10 20 30 40 50 60 Te n e u r e n m a g n é s iu m (x m o l) R és is ta n ce e n f le xi o n ( M P a)

Figure III.22. Résistance en flexion à 3 points pour les céramiques avec différentes teneur en magnésium,

éprouvettes 16 x 4 x 4 mm

Cet effet peut être attribué à une diminution de la densité relative et peut expliquer la faible résistance en flexion obtenue pour les échantillons étudiés ; ce qui s'accorde bien avec le modèle Duckworth-Knudsen. Il existe une corrélation étroite entre la densité des céramiques frittées et leurs propriétés mécaniques. La résistance mécanique de la céramique peut être estimée par le Duckworth - modèle Knudsen [24].

Il existe quelques travaux similaires qui démontrent que la carence en calcium entraîne une réduction spectaculaire du comportement mécanique liée à une diminution du module, la dureté et

la ténacité de l’HA. Pour Mgx-HA, le calcium est remplacé par le magnésium dans la structure

d'apatite. Cela affecte de manière significative les propriétés mécaniques par une réduction très importante ; ce qui prouve les résultats obtenus dans le présent travail [25].

Le magnésium diminue les résistances en flexion lorsqu’il est ajouté à la matrice apatitique.

Cela est probablement dû à la diminution du taux de densification suite au dopage et la substitution

de l’ion calcium par le magnésium. Sachant que le rayon atomique du magnésium (0,65 Å) est

inférieur à celui du calcium (0,99 Å), ce qui introduit des défauts et des vides dans la structure de

l’apatite [26]. Quand le taux de magnésium augmente dans l’apatite substituée, ce défaut cristallin

devient de plus en plus important, favorisant la diminution notable du taux de la densification (Figure III.20). Un matériau moins dense signifie un matériau fragile et des propriétés mécaniques médiocres (Figure III.22.).

En addition, lors du frittage, une partie de l’énergie fournie pour la consolidation des

biocéramiques et leur densification, est transférée au matériau, lui-même, qui affecte la formation du TCP par conversion de phase de l’hydroxyapatite. Au cours du frittage, une compétition se

produit entre le phénomène de densification et le phénomène de conversion de phase de

l’hydroxyapatite en phosphate tricalcique. Cette compétition affaibli d’avantage les matériaux

produits [27].

II.7. Conclusion

En conclusion, les céramiques fabriquées à base de poudres d’hydroxyapatite et d’hydroxyapatite substituée en magnésium possèdent des résistances mécaniques en flexion à

configuration 3 points, très modestes en comparaison avec celle de l’os, surtout après l’introduction

de l’ion magnésium dans la structure apatite. Ces céramiques ont été destinées à des applications biomédicales comme substitut osseux par exemple. De ce fait, il est recommandé d’avoir des

céramiques ayant des propriétés mécaniques similaires à celle de l’os. En ce qui concerne la composition chimique, les résultats du 2ème chapitre confirment l’obtention des cristaux

d’hydroxyapatite similaires à celle de l’os. L’amélioration des propriétés mécaniques fera l’objectif des deux chapitres suivants, par l’introduction de renforts et le passage des biocéramiques aux

nanocomposites – biocéramiques.

En résumé :

Étude de la bioactivité in vitro

 Croissance, en fluide biologique simulé (SBF), d’une couche d’apatite via un mécanisme et

des cycles de dissolution/ précipitation à la surface des céramiques à base

d’hydroxyapatite et d’hydroxyapatite substituée en magnésium.

 Croissance d’apatite sur la surface des céramiques en hydroxyapatite dopée au magnésium est plus significative par rapport à celles composées de l’hydroxyapatite pure.

 La composition en magnésium de 0,6 (% molaire) en pourcentage molaire réside la

concentration minimale en magnésium qui donne une croissance maximale de la couche apatitique.

Étude des propriétés mécaniques en flexion à configuration trois points

 Les céramiques possèdent une résistance en flexion très modeste.

 L’introduction du magnésium dans la structure apatitique engendre des matériaux moins

denses.

 Le magnésium diminue les résistances en flexion des biocéramiques produites à base de

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Chapitre IV :