Etude de l’essai d’adhérence par choc laser (LASAT) sur dépôts plasma d’hydroxyapatite : influence des effets de bord sur les contraintes et la fissuration à l'interface

Study of the LAser Shock Adhesion Test (LASAT) applied to plasma sprayed hydroxyapatite coatings : contribution of edge effects on interfacial stress and damaging

• Auteur / Autrice : Alexandre Cottin
• Direction : Vincent Guipont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 07/05/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Chicot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Guipont, Michel Boustie, Vincent Maurel, Clémence Demangel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ghislaine Bertrand, Michel Arrigoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoindentation

Projection au plasma

Hydroxyapatite

Biomatériaux

Mots clés libres

Revêtement biocompatible

Projection plasma

Matériaux poreux

LASAT

Choc laser

Hydroxyapatite

Adhérence

Contrôles non destructifs

LASAT

Biocompatible coatings

Laser shock

Porous materials

Plasma spraying

Hydroxyapatite

Adherence

Non destructive techniques

Résumé

Du fait de ses caractéristiques originales (méthode sans contact et locale, répétabilité et reproductibilité avérées des tirs lasers sur dépôts projetés), LASAT (LAser Shock Adhesion Test) représente une méthode alternative prometteuse pour soutenir les fabricants de prothèses biomédicales dans leurs développements procédés/produits puis la mise sur le marché. Une méthode LASAT a été développée sur des dépôts biocompatibles pour répondre au mieux à la problématique liée à la mise en œuvre d’un essai d’adhérence rapide et robuste dont on envisage à terme la normalisation. L’étude approfondie des dépôts biocompatibles soumis à la décohésion au choc laser a permis d’optimiser les protocoles d’essais et la caractérisation des phénomènes impactant la tenue mécanique des interfaces (effets tridimensionnels) en relation avec la fissuration identifiée par des contrôles non destructifs. L’étude de la faisabilité de la technique sur différents biomatériaux industriels, le choix d’un protocole d’essai complet et transférable a été étayée par la réalisation d’évaluations croisées par diverses méthodes de mesure (plots collés et essais de micro/nano-indentation) ou de calculs de la tenue mécanique interfaciale. L’étude de la robustesse (répétabilité et reproductibilité) et de la fiabilité du LASAT sont les indicateurs principaux de cette étude.

The LASAT (Laser Shock Adhesion Test) represents a promising alternative method to support manufacturers of biomedical prostheses in their process / product developments, entering market. A LASAT method has been developed on biocompatible deposits in order to respond to the problems associated with the implementation of a fast and robust adhesion test that is expected to be standardized in a near future. The thorough study of biocompatible deposits submitted to laser shock debonding has allowed the optimization of a LASAT protocols and the characterization of phenomena impacting the mechanical strength of interfaces (two-dimensional effects) in relation to the debonding analyzed with non-destructive techniques. The study of the feasibility of the technique on various industrial biomaterials, the choice of a complete and transferable test protocol has been supported by the carrying out of cross-evaluations by various methods of measurement (pull-out and scratch tests) or calculations of interfacial mechanical strength. The study of the robustness (repeatability and reproducibility) and the reliability of LASAT have been the main indicators of this study.