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Matériaux > Métaux

La superélasticité du Nitinol

Publié le 30 mai 2010 par Patrick RENARD
Source : AMF

La superélasticité est la propriété de l'alliage titane-nickel qui offre le plus grand nombre d'applications dans les dispositifs médicaux. Cet article rappelle le principe de cette propriété singulière et ses applications typiques.

Par Philippe Marx, Ingénieur en matériaux, responsable du laboratoire d'essai de la société AMF.

L'élasticité est l'aptitude d'un matériau à retrouver sa forme initiale après déformation, une fois la contrainte relâchée. Les grandeurs caractéristiques qui la définissent sont la limite élastique en contrainte (en MPa), la limite élastique en déformation (en %), et le module de Young E (en MPa) qui relie les deux.

L'élasticité du Nitinol

La courbe contrainte-déformation commence comme celle d'un matériau classique. En revanche, elle présente ensuite un plateau de déformation qui se trouve toujours dans la zone élastique. Jusqu'à la fin de ce plateau, si l'on relâche la contrainte, le matériau retrouve sa forme initiale.

Les particularité de cette élasticité sont la déformation élastique réversible au minimum de 5 % et l'élasticité à contrainte constante. Cette dernière signifie qu'à partir du moment où l'on atteint la contrainte seuil, le matériau se déforme jusqu'au bout du plateau, sans augmenter la contrainte.

Origine de la superélasticité

La superélasticité est la capacité pour un matériau de se déformer de manière réversible sous l'effet d'une contrainte. Lorsque le Nitinol se trouve sur le point de se transformer thermiquement en martensite, on lui impose une déformation qui entraine le travail supplémentaire nécessaire à sa transformation.

La martensite n'étant pas stable, elle retourne à l'état austénitique si on relâche la contrainte et retrouve sa forme initiale.

Applications

Pour bien comprendre cette propriété, décrivons les principales applications médicales du Nitinol superélastique.

  • Instrument canalaire : il permet d'aller retirer le nerf de la dent afin de la dévitaliser. L'instrument étant superélastique, il peut suivre aisément les méandres du canal du nerf sans risquer de percer lui-même son propre canal.
  • Arc dentaire : il peut suivre la déformation des dents tout en appliquant une force modérée et constante quelle que soit la position de la dent. Grâce à la propriété du plateau de superélasticité qui est à contrainte constante quelle que soit la déformation, une dent très éloignée sera ramenée en douceur à sa bonne position.
  • Fils guides superélastiques pour la cardiologie, l'urologie et l'orthopédie. Ils passent par le tube du cathéter pour le guider ou effectuer des actions. A l'extrémité du fil, on peut placer un outil superélastique tel, par exemple, un panier pour l'extraction des calculs rénaux.
  • Stents : ce sont des structures que l'on place dans les artères par cathétérisme. Un stent étant un objet volumique, il faut pouvoir l'écraser sous forme filaire pour l'introduire à l'aide du cathéter. Une fois positionné, il retrouve de lui-même sa forme (sans gonflage avec un ballonnet comme c'est nécessaire pour les stents en acier inoxydable). Ces stents sont généralement des tubes ajourés par découpe laser.

Conclusion

La superélasticité est la propriété du Nitinol la plus utilisée car le Nitinol est venu remplacer l'acier inoxydable écroui. Sans changer de design, en changeant seulement de matériau, on découvre une grande élasticité et une grande souplesse.


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