Modélisation de la croissance de défauts dans des cupules de prothèses de hanche en zircone soumises au phénomène de décoaptation

Flaws growth modelling in zirconia acetabular cups of hip prostheses under microseparation

¹ École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Centre Ingénierie et Santé, UMR CNRS 5146, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France
² École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Centre Science des Matériaux et des Structures, LTDS, UMR CNRS 5513, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France
³ École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Centre Science des Matériaux et de Structures, UMR CNRS 5146, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France

Auteur de correspondance : hausselle@emse.fr

Reçu : 25 Mai 2007
Accepté : 24 Janvier 2008

Résumé

Les prothèses de hanche en biocéramique sont résistantes à l'usure mais, du fait de leur fragilité intrinsèque, sont susceptibles de se rompre. Le phénomène de décoaptation, séparation de faible amplitude de la tête et de la cupule, a été mis en évidence lors de la marche, et le choc mécanique en résultant peut fortement augmenter les risques de rupture. Un modèle par éléments-finis a été développé et les résultats ont été exploités afin de simuler l'évolution de la probabilité de rupture de cupules en zircone au cours du temps. Les résultats s'accordent bien avec l'expérience, même si des améliorations sont nécessaires afin de prendre en compte l'érosion des surfaces de contact.

Abstract

Ceramic hip prostheses are very reliable with respect to wear, however, there has been evidence of brittleness problems. Microseparation is likely to occur between the head and the cup during human gait and the mechanical shocks transmitted to these elements are believed to enhance the risk of potential failure of the prosthesis. A finite-element model has been developed and, based on its results, fracture probabilities for zirconia cups have been simulated over time. The results show good agreement with experimental work, nevertheless, additional work is needed to take into account the wear occuring at the surface of the elements.