Mécanisme multiphysique de dégradation des zircones orthopédiques : couplage entre vieillissement hydrothermal et frottement en simulateur de hanche Multi-physics degradation mechanisms of orthoaedic zirconia: Coupling hydrothermal ageing and wear on a hip simulator

Abstract

Malgré les nombreuses recherches menées sur la dégradation des composants de prothèses de hanches à base de zircone (tête et cupule), on constate toujours une corrélation assez faible entre les observations in vivo et les simulations in vitro (sur simulateurs de marche par exemple), principalement due à un manque de représentativité des conditions de test. Lors de ce travail, nous examinons les effets combinés du vieillissement hydrothermal et du frottement sur les composants en zircone et composites alumine-zircone. Nous montrons que le vieillissement hydrothermal augmente la rugosité des têtes en zircone, ce qui pourrait augmenter le taux d'usure des cupules en polyéthylène frottant contre ces têtes. De plus, le frottement occasionné par les tests en simulateur de marche accélère le vieillissement des têtes en zircone. Ces mécanismes de dégradation auto-accélérés pourraient expliquer quelques-uns des mauvais résultats in vivo à long terme des prothèses de hanche en zircone. Pour finir, nous montrons que les composites alumine-zircone peuvent ne pas être affectés par ce mécanisme. The degradation of zirconia-based ceramic components for total hip arthroplasty (head and cup) has been the topic of many works. However, the correlation between what is measured in vivo and what is expected from in vitro simulations on hip simulators may be sometimes feeble, especially where zirconia component are concerned, mainly due to a lack of representativeness of in-vitro experiments. We seek here to explore the combined effects of hydrothermal ageing and wear on zirconia components. We will show that hydrothermal ageing increases the roughness of zirconia components, which in turns might increase the wear rate of the polyethylene counterparts. Moreover, the friction during hip simulation increases the ageing rate of the zirconia components. This auto-accelerating degradation may explain some of the poor long-term in-vivo results of zirconia hip prostheses reported in the literature. Finally, we will show that zirconia-toughened alumina components may be free from this combined degradation.