Mesures et visualisation .1. Mesures de frottement

a) 3^ème corps A

c) 3^ème corps C d) 3^ème corps D

Fig. C.2. Modèles de troisième corps et interfaces. a)sérum physiologique b) petites vésicules lipidiques (quelques centaines de nm de diamètre) c) deux bicouches lipidiques déposées sur les

surfaces des 1ers corps et séparées par une couche de sérum physiologique d) deux bicouches lipidiques déposées sur les surfaces des 1ers corps et séparées par des poches lipidiques

remplies de gel synovial obtenues selon la procédure décrite en § B.1.2.2.

C.2 Mesures et visualisation

Les mesures de frottement sont réalisées en respectant la même méthodologie que celle décrite dans le paragraphe B.2.4. L'allure de la variation du coefficient de frottement au cours d'un essai reste linéaire, c'est pourquoi dans la suite, les valeurs du coefficient de frottement enregistrées au début et à la fin de chaque essai de frottement sont uniquement présentées.

Dans le cas du contact modèle de cartilage articulaire, les essais de frottement ont été répétés cinq fois, la dispersion sur la force de frottement étant de 4 % de la valeur moyenne. Pour les modèles d'implants, chacun des essais a été réalisé deux fois, donnant un écart de 7% maximum sur la mesure du frottement.

L’ensemble des valeurs moyennes de coefficient de frottement, ainsi obtenues pour les 12 configurations d'essais correspondant à 3 contacts modèles et 4 troisièmes corps, en début et fin d'essai, est regroupé dans la figure C.3.

0.07 0.06 0.07 0.05 0.03 0.07 0.07 0.05 0.03 0.07 0.1 0.05 0.12 0.1 0.035 0.035 0.015 0.005 0.0015 0.0015 0.12 0.12 0.12 0.12 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14

modèle de cartilage acier polyethylene

coefficient de frottement

3eme corps A, début d'essai 3eme corps A, fin d'essai 3eme corps B, début d'essai 3eme corps B, fin d'essai 3eme corps C, début d'essai 3eme corps C, fin d'essai 3eme corps D, début d'essai 3eme corps D, fin d'essai

Fig. C.3. Coefficients de frottement au début et à la fin de chaque essai. «début d'essai» : mesure en début de frottement, «fin d'essai» : mesure après une heure de frottement.

On note que l’association des lipides avec l’acide hyaluronique et les albumines (3^ème corps D) donne un coefficient de frottement plus élevé (0.12) que le 3^ème corps A, quel que soit le contact modèle étudié.

En revanche, la comparaison des 3^èmes corps B et C, où les lipides sont seuls présents, sans acide hyaluronique ou albumine, avec le 3^ème corps A donne des résultats dépendants du contact modèle et du temps de fonctionnement. On observe que le rajout des lipides (3^eme corps B et C) provoque :

• une baisse significative du coefficient de frottement pour le contact modèle de cartilage articulaire (0.035 pour le 3^ème corps A, 0.005 pour le 3^ème corps B après 1h et 0.0015 pour le 3^ème corps C),

• une baisse initiale du coefficient de frottement pour le contact modèle d’implant en acier (0.07 pour le 3^ème corps A, 0.03 pour les 3èmes corps B et C), mais un retour à la valeur initiale après 1h de frottement,

• une augmentation initiale du coefficient de frottement pour le contact modèle d’implant en polyéthylène (0.06 pour le 3^ème corps A, 0.07 pour les 3èmes corps B et C), suivie d'une diminution jusqu'à la valeur de 0.05 après 1h de frottement. Par contre, cette baisse n’est probablement pas directement corrélée à la présence de lipides dans le troisième corps, car elle est également observée avec le 3^ème corps A.

C.2.2. Visualisation

Les images en microscopie des premiers corps avant frottement sont présentées dans le tableau C.1. On observe que :

• les surfaces en HEMA mou hydraté et en HEMA rigide non hydraté, ainsi qu'en acier ou en verre, permettent l’accrochage physico chimique d'une bicouche lipidique uniforme fluorescente avec un maximum d’intensité pour l’HEMA hydraté reflétant probablement une plus grande densité d’accrochage des lipides.

• par contre, la surface en polyéthylène n'adsorbe pas de bicouche lipidique, ce qui parait logique étant donné que cette surface est hydrophobe et que les bicouches ne se forment que sur des surfaces hydrophiles.

Les visualisations in-situ au cours du frottement sont présentées respectivement dans les deux premières colonnes des tableaux C 2, 3, et 4. Les images concernent :

• une zone incluant la frontière du contact, pour le contact modèle de cartilage (tableau C.2).

• la zone centrale du contact pour les contacts modèles d’implants (tableaux C.3 et C.4), le dispositif expérimental et la configuration des contacts (fig. C.3) ne permet pas d’accéder à la frontière du contact.

Elles permettent de suivre l'évolution de la distribution de fluorescence dans le contact et éventuellement à l'extérieur, au cours du frottement.

Les deux dernières colonnes de ces tableaux concernent des images des premiers corps à l’issue des essais, après ouverture du contact et rinçage à l’eau distillée.

On précise que pour la visualisation en lumière bleue, les mêmes paramètres de la caméra ont été choisis pour l’acquisition d’image (gain, exposition, minimum et maximum d’intensité), les niveaux d’intensité reflètent donc la quantité de lipides sur les surfaces pour un même grossissement. Par contre en changeant de grossissement (échelle 80µm Vs. 400 µm), les niveaux d’intensité ne sont plus comparables.

Nous proposons dans le paragraphe suivant une analyse du rôle tribologique des composants des différents troisièmes corps testés, dans chacun des contacts modèles, s'appuyant sur des corrélations entre les valeurs et évolutions des coefficients de frottement et les évolutions des images de microscopie en lumière bleue et blanche.

Modèle de cartilage Modèle d'implant en acier Modèle d'implant en polyéthylène

HEMA hydraté 48h Contre face verre Acier 316L Contre face HEMA non

hydraté

UHMWPE Contre face verre

Visualisation en lumière blanche (mêmes images avec ou sans bicouche lipidique)

Visualisation en lumière bleue de surfaces sans bicouche lipidique

Visualisation en lumière bleue de surfaces avec bicouche lipidique DPPC

Tableau C.1 Visualisation des surfaces de premiers corps avant contact. Pour la visualisation en lumière bleue, les mêmes paramètres de la caméra ont été choisis pour l’acquisition d’image (gain, exposition, minimum et maximum d’intensité), les niveaux d’intensité reflètent donc la quantité de lipides sur les surfaces.

1a _2a 3a 4a 5a 6a

1b _2b 3b 4b 5b 6b

C.3. Interprétation