Flaws growth modelling in zirconia acetabular cups of hip prostheses under microseparation. Modélisation de la croissance de défauts dans des cupules de prothèses de hanche en zircone soumises au phénomène de décoaptation

Jérôme Hausselle (1, 2, 3, 4) , Sylvain Drapier (5, 6) , Jean Geringer (1, 2, 3, 4) , Michel Dursapt (7, 5) , Jacques Stolarz (1, 8) , Bernard Forest (1, 2, 3, 4)

1 PECM-ENSMSE - Plasticité, Endommagement et Corrosion des Matériaux
2 CIS-ENSMSE - Centre Ingénierie et Santé
3 DBM-ENSMSE - Département Biomatériaux et Mécanique
4 IFRESIS - Institut Fédératif de Recherche en Sciences et Ingénierie de la Santé
5 LTDS - Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes
6 MPE-ENSMSE - Département Mécanique et Procédés d'Elaboration
7 ENISE - Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne
8 MPI-ENSMSE - Département Mécanique physique et interfaces

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 Oil 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. Les prothèses de hanche en biocéramiques 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.

Mots clés: bioceramics; biomechanics; shocks; modelization; hip prostheses; fracture; stochastic

Domaines: Matériaux

Jérôme Hausselle, Sylvain Drapier, Jean Geringer, Michel Dursapt, Jacques Stolarz, et al.. Flaws growth modelling in zirconia acetabular cups of hip prostheses under microseparation. Modélisation de la croissance de défauts dans des cupules de prothèses de hanche en zircone soumises au phénomène de décoaptation. Mechanics & Industry, 2008, 9 (2), pp.153-158. ⟨10.1051/meca:2008020⟩. ⟨hal-00410116⟩