Comportement tribologique des implants de genou : Des normes fabricant à la réalité in vivo

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Comportement tribologique des implants de genou : Des

normes fabricant à la réalité in vivo

Mirela Maria Sava

To cite this version:

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2020LYSEI029

THESE de DOCTORAT

opérée au sein de

(Laboratoire de Mécanique et des Structures)

Ecole Doctorale

N° accréditation

(MEGA Lyon)

Biomécanique

:

Soutenue publiquement le 29/04/2020, par :

(Mirela Maria SAVA)

COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE DES IMPLANTS DE

GENOU :

DES NORMES FABRICANT A LA REALITE IN VIVO

Devant le jury composé de :

Gloriant, Thierry, Professeur Insa Rennes

Président

Denape, Jean, Professeur, ENI de Tarbes

Rapporteur

Rubin, Anne, HDR MdC ICS Strasbourg

Rapporteur

Rieu, Jean-Paul, Professeur UCBL

Examinateur

Berthier, Yves

DR CNRS

Directeur de thèse

Trunfio-Sfarghiu, Ana-Maria CR CNRS

Co-directrice de thèse

Renault, Eric, CORIN

Invité

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FOLIO ADMINISTRATIF

THESE DE L’UNIVERSITE DE LYON OPEREE AU SEIN DE L’INSA LYON

NOM :

SAVA DATE de SOUTENANCE : 29/04/2020 (avec précision du nom de jeune fille, le cas échéant)

Prénoms :

Mirela Maria

TITRE :

COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE DES IMPLANTS DE GENOU : DES NORMES FABRICANT A LA REALITE

IN VIVO

NATURE : Doctorat Numéro d'ordre :

2020LYSEI029

Ecole doctorale :

MEGA

Spécialité : Biomécanique RESUME :

L’arthrose, maladie asymptomatique jusqu’à un stade avancé, pose un problème de santé majeur, le seul traitement efficace est la pose d'un implant; ce qui n’est qu’un pis-aller car malgré de nombreuses études d’optimisation, la durée de vie in-vivo de ces implants reste encore très décevante par rapport aux extrapolations issues de simulations ex-vivo.

Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est d’identifier les mécanismes d’usure des implants de genou (débits source de troisième corps, couple de frottement CrCo/UHMWPE) et de comprendre leur fonctionnement in-vivo par rapport aux simulations ex-vivo afin de trouver des solutions pour optimiser leur fabrication.

Les premiers résultats issus d’expertises tribologiques in-vivo ont révélé deux mécanismes d’usure conduisant à des débits d’usure variant dans un rapport dix. Les faibles débits d’usure ont été corrélés avec la présence d’une couche de troisième corps, composée par un mélange de grosses particules d’UHMWPE et de liquide synovial qui «restent en contact». Les forts débits d’usure ont été corrélés au débit d’éjection de petites particules.

Pour expliquer l’origine de ces débits, deux tribomètres ont été adaptés: l’un pour reproduire plus précisément les mouvements du genou et l’autre pour analyser in-situ les différents débits activés. Pour cela, un lubrifiant biomimétique a dû être mis au point en reproduisant la structure et la composition du liquide synovial. Le comportement de ce liquide a été validé par comparaison avec celui du lubrifiant standard ISO14243-1. Des mesures du coefficient de frottement corrélées avec le suivi in-situ des débits de troisièmes corps ont permis de reconstituer les mécanismes de frottement in-vivo. Cette reconstitution a révélé le rôle de deux paramètres d’optimisation: l’un lié à l’usinage de la surface en UHMWPE pour qu’elle piège du lubrifiant tout en favorisant une bio-lubrification la plus hydrodynamique possible; l’autre lié à l’accroissement de la portance du troisième corps par des vésicules lipidiques.

MOTS-CLÉS :

bio-tribologie, implant genou, liquide synovial biomimétique, usure ex vivo / in vivo

Laboratoire (s) de recherche :

Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures Directeur de thèse: Yves Berthier

Président de jury : Thierry Gloriant, professeur INSA Rennes

Composition du jury : Denape, Jean, Professeur, ENI de Tarbes Rapporteur ; Rubin, Anne, HDR MdC ICS Strasbourg

Rapporteure, Rieu, Jean-Paul, Professeur UCBL, Examinateur, Berthier, Yves, DR CNRS Directeur de thèse, Trunfio-Sfarghiu, Ana-Maria, CR CNRS Co-directrice de thèse ; Renault, Eric, CORIN Invité