Thèse soutenue

Magnésium pour application biomédicale comme implant dégradable : procédés thermomécaniques et fonctionnalisation de surface d'un alliage Mg-Ca

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Auteur / Autrice : Olivier Jay
Direction : Patricia DonnadieuShahrzad Esmaeili
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
Date : Soutenance le 14/12/2015
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec University of Waterloo (Canada)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Guy Dirras
Examinateurs / Examinatrices : Patricia Donnadieu, Shahrzad Esmaeili, David Fraboulet
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Prima, Anna Fraczkiewicz

Mots clés

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Résumé

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Depuis la dernière décennie, les implants dégradables pour fixation de fracture connaissent un intérêt grandissant. Parmi tous les matériaux, le magnésium apparait comme un candidat prometteur dû à une combinaison unique de propriétés. Le magnésium est très bien toléré par le corps, il a une tendance naturelle à la dégradation et son faible module élastique peut aider à réduire le stress-shielding durant la reconstitution de l'os. Cependant, une combinaison optimale entre les propriétés mécaniques et la vitesse de dégradation doit être obtenue. Le calcium étant biocompatible et procurant différents effets bénéfiques, l'alliage sélectionné pour ce projet est le Mg-2wt.%Ca. Afin d'optimiser cet alliage, nous proposons une stratégie volume/surface : modifier la microstructure interne par des traitements thermomécaniques et fonctionnaliser la surface à l'aide d'une technique additive.Du laminage et de l'extrusion à chaud ainsi que de l'extrusion coudée à aires égales (ECAE), ont été utilisé afin de modifier la microstructure. La déformation plastique sévère induite par l'ECAE produit la plus fine microstructure (taille de grain et particules de seconde phase). Alors que différentes caractéristiques microstructurales (dislocations, macles, taille de grain) peuvent justifier l'augmentation de la résistance mécanique, l'évolution de la résistance à la corrosion semble principalement affectée par la microstructure de la seconde phase et la taille de grain. Cette influence résulte de la combinaison d'un effet micro-galvanique et de la dispersion des particules de Mg2Ca et possiblement d'une couche d'oxide plus stable. L'ECAP apparait comme le traitement le plus efficace pour augmenter les propriétés mécaniques et le comportement à la corrosion.La fonctionnalisation de surface a été réalisée par un dépôt à motif réguliers à l'aide d'une technique de microdéposition de nanoparticules d'argent afin d'apporter un effet antibactérien à la surface. La déposition est suivie d'un procédé de frittage par laser. Une série de déposition a été conduite afin d'optimiser les conditions du dépôt de nanoparticules d'argent. La topographie de la couche déposée, la qualité du frittage ainsi que l'impact thermique du traitement laser sur la microstructure du substrat a été caractérisée par profilommétrie, SEM et TEM. Une modélisation par éléments finis a été réalisé afin de décrire l'impact thermique du traitement laser. Cette simulation pourra être utilisée à des fins d'optimisation du procédé de dépôt.Combiner une approche sur la microstructure interne et la surface du matériau a permis d'obtenir un alliage de magnésium fonctionnalisé ayant des propriétés améliorées qui peut être considéré dans de futurs tests biomédicaux.