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Tribométrie accélérée des prothèses en laboratoire

Publié le 14 mai 2013 par Evelyne Gisselbrecht
Source : (Source : Hepia)

Evaluer rapidement l’usure des prothèses de hanches est nécessaire pour accélérer la mise en œuvre de nouveaux matériaux ou pour prédire dans le long terme les relargages spécialement critiques dans le cas de matériaux métalliques.

Dans le cadre de son laboratoire de tribologie systémique, Hepia a développé un tribomètre reproduisant les composantes fondamentales du fonctionnement in vivo des prothèses de hanche (c.f. DeviceMed France Mai/Juin 2010). Un double mouvement alterné de translation et de rotation permet aux deux surfaces d’être exposées alternativement au contact tribologique et à l’environnement aqueux. Les organes de déplacement sans frottement à paliers élastiques associés à des moteurs linéaires de type voice-coils reproduisent au mieux les fonctionnalités des organes du corps humain.

Accélérer l’évaluation expérimentale peut s’accomplir en durcissant les conditions d’essai ou en améliorant la détection des endommagements. La première voie est souvent sujette à caution, car augmenter la pression de contact ou la fréquence des déplacements peut potentiellement changer les modes de dégradation et fausser les prédictions.

La deuxième voie nécessite plus de moyens, puisqu’il s’agit d’améliorer la prise de signaux significatifs pendant et après l’essai que l’on désirera le plus bref possible.

La corrosion est un phénomène électrochimique. Les travaux fondamentaux initiés à l’EPFL sur la tribocorrosion des films passifs ont démontré que l’enregistrement des courants de corrosion pendant le frottement est relié à l’enlèvement de matière et aux modes de dégradation dans le contact. Au niveau électrochimique, Le tribomètre Hepia a été équipé d’une électrode de référence dans le liquide et d’une contre électrode inerte. Les transitoires de courant obtenus dans cette configuration informent en temps réel de l’état de la dégradation. Avec des matériaux métalliques multicouches ou à gradients fonctionnels, il est possible de localiser l’endommagement sans interrompre l’essai.

Lors de l’essai tribologique, des prélèvements du liquide sont régulièrement effectués. La détection de traces de relargage est faite par ICP-MS (Inductively coupled plasma mass spectrometry). Cette technique de détection permet de distinguer les isotopes. Cette astuce est parfois utilisée en tribologie pour identifier l’antagoniste qui est à l’origine de l’usure. Le relevé des pistes d’usure permet de compléter l’analyse des endommagements. Une instrumentation développée par Hepia permet de réaliser ces mesures à l’échelle nanométrique au travers de surfaces d’usure larges, situation correspondant aux pistes d’usure des prothèses. Pour généraliser l’emploi des techniques électrochimiques, Hepia est impliqué dans les développements en tribocorrosion des tribomètres multifonctionnels Rtec.

Contact : Hepia, CH-1202 Genève, hepia.hesge.ch

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