Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse doctorat : Génie des Matériaux : Villeurbanne, INSA : 2000. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 129-142.

Thèse de doctorat : Physique et Chimie de la Matière et des Matériaux : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Th. doct.--Sci.--Paris 11, 1995. N°: 3994. / Bibliogr. p. 226-230. Résumé en français et en anglais.

Ce travail de thèse concerne l’étude et la modélisation de la fatigue à grand nombre de cycles des instruments endodontiques en Alliage à Mémoire de Forme (AMF) de type Nickel-Titane (NiTi). Ces outils sont plus souples et épousent mieux la forme plus ou moins complexe des racines. Ces deux avantages sont dus à un aspect tout à fait particulier du comportement mécanique de l’alliage NiTi : la super-élasticité qui permet au matériau de se déformer jusqu’à des niveaux de déformation pouvant atteindre 8% à 10%. En service, parfois, des cas de rupture d’outils dentaires arrivent, soit par déformation excessive, soit par fatigue ce qui complexifie la tâche du praticien. L’étude et la prévision de la rupture des outils en Nickel-Titane, que ce soit par déformation excessive ou par fatigue, sont des problèmes complexes. Nous nous sommes donc intéressés dans ce travail à l’étude de la fatigue à grand nombre de cycles des instruments dentaires en Nickel-Titane. Pour cela, nous avons mis en place trois blocs de travail. Le premier bloc concerne l’étude et la modélisation des propriétés en fatigue à grand nombre de cycles des fils en NiTi utilisés pour la fabrication des instruments dentaires. Nous proposons de caractériser les propriétés HCF (high cycle fatigue) du NiTi à partir de mesures d’auto-échauffement sous sollicitation cyclique. Ces mesures vont alimenter un modèle probabiliste à deux échelles qui permet de modéliser les courbes de Wöhler du matériau. Ce modèle est ensuite validé par comparaison avec des résultats d’essais classiques de fatigue. Le deuxième bloc est dédié à la mise en place de la chaîne numérique pour la prévision de la tenue à la fatigue d’instruments dentaires en NiTi. Elle repose sur l’utilisation du modèle de fatigue développé en post-traitement d’un calcul éléments finis sur instrument. Enfin, dans le troisième bloc, les prévisions de cette chaine numérique sont validées par comparaison avec des résultats expérimentaux de fatigue sur différents instruments endodontiques pour des cas de chargement en flexion rotative. / No

Thèse de doctorat : Sciences physiques pour l'ingénieur. Mécanique et ingénierie : Bordeaux 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les tubes à paroi mince en alliage à mémoire de forme Nickel-Titane (AMF NiTi) sont largement utilisés dans la fabrication de stents auto-expansibles. Leur fonctionnement repose sur la superélasticité (SE), comme de nombreuses autres applications des AMF NiTi dans le domaine biomédical. Le SE est un phénomène cristallographique réversible qui donne aux AMF la capacité de récupérer de grandes déformations par simple déchargement mécanique. En raison de la nature cristallographique du SE, les propriétés mécaniques liées à cet effet devraient être affectées par l'anisotropie inhérente du tube, qui émerge de son processus de fabrication. Cependant, le NiTi est encore souvent considéré comme isotrope dans la conception et l'optimisation de tels dispositifs. L'une des difficultés empêchant l'utilisation de modèles anisotropes est l'absence de caractérisations mécanique de l'anisotropie du tube NiTi. Le présent travail vise à effectuer une telle caractérisation pour un tube superélastique NiTi à paroi mince. Dans une campagne expérimentale, le comportement en traction du tube est analysé à différentes orientations et températures. La technique de corrélation d'image numérique (digital image correlation - DIC) est utilisée pour surveiller la distribution des déformations pendant les essais de traction. Les résultats montrent que toutes les propriétés analysées liées à la SE sont anisotropes. Toutes les dépendances d'orientation sont presque symétriques à 45° de l'axe du tube. Certaines propriétés dépendent également de la température, dépendance qui est également anisotrope. Une approche thermodynamique basée sur l'énergie libre de Gibbs est utilisée pour analyser ces dépendances d'orientation et de température. Avec cette analyse, il a été possible de relier l'hystérésis mécanique de la SE et les contributions irréversibles présentes dans le système. Enfin, l'influence de l'anisotropie sur la distribution des déformations est vérifiée. L'accent est mis sur l'analyse du phénomène de localisation de la déformation tout au long du chargement et du déchargement. L'inclinaison de la bande de localisation est caractérisée et évaluée avec une approche de plasticité. L'angle de la bande avant observé avec DIC est prédit en utilisant des données de vitesse de déformation globale. / Thin walled tubes of Nickel-Titanium shape memory alloys (NiTi SMA) are widely used in the fabrication of self-expandable stents. The operation of stents relies on the superelastic effect (SE), as many other applications of NiTi SMA in the biomedical field. The SE is a reversible crystallographic phenomenon that gives SMA the ability to recover large strains through simple unload. Due to the crystallographic nature of the SE, the mechanical properties related to this effect are expected to be affected by the inherent anisotropy of the tube, which emerges from its fabrication process. However, NiTi is still often treated as isotropic in the design and optimization of such devices. One of the difficulties preventing the use of anisotropic models is a lack of mechanical characterizations about the NiTi tube's anisotropy. The present work aims to perform such characterization for a thin walled NiTi superelastic tube. In an experimental campaign, the tensile behaviour of the tube is analysed at different orientations and temperatures. Digital Image Correlation (DIC) technique is used to monitor the strain distribution during tensile tests. Results show that all the analysed properties related with SE are anisotropic. All the orientation dependencies are nearly symmetrical to 45° from the tube's axis. Some properties are also dependent on temperature, a dependence that is also anisotropic. A thermodynamic approach based on the Gibbs free energy is used to analyse these orientation and temperature dependencies. With this analysis it was possible to relate the SE stress hysteresis and thermodynamic irreversible energy contributions. Finally, the influence of anisotropy on the strain distribution of tensile samples is verified. Focus is given to the analysis of the strain localization phenomenon throughout loading and unloading. The inclination of the localization front band is characterized and evaluated with a plasticity approach. The front angle observed with DIC is predicted using global strain rate data.

Cette étude nous a permis d'apporter une contribution à la recherche sur l'oxydation des alliages. On a pu voir, au cours de ces quelques chapitres, combien les moyens d'investigation mis è la disposition du chercheur sont variés, et aussi combien leur limite est vite atteinte. Nous avons, dans un premier temps, étudié la solution solide de substitution du titane dans le nickel, pour avoir plus de précisions sur sa structure, afin de pouvoir éliminer des facteurs très perturbants comme l'écrouissage. Les problèmes posés, à ce stade, sont d'ordre technologique et nous avons pu, à notre avis, les résoudre de manière satisfaisante. En ce qui concerne l'oxydation elle-même, nous avons pu nous rendre compte à la fois de difficultés soulevées par les problèmes expérimentaux comme la reproductibilité des thermogrammes et de difficultés liées à l'interprétation de nos résultats. Nous avons essayé, à partir de données théoriques générales, de dégager des prévisions relatives à la thermodynamique du système O-Ni-Ti, illustrant les conditions de formation des divers oxydes simples et doubles, NiO, TiO₂ et NiTiO₃. La cinétique régie par la diffusion de lacunes de nickel vers l'interface gaz-oxyde, apporte de nombreux renseignements, notamment par l'influence de la pression en P^1/2 qui laisse penser que de nombreuses lacunes ne sont pas ionisées. Il est alors possible d'avancer une série de mécanismes prédominants étant bien entendu que ceci ne résulte que du phénomène global apparent, et en tenant compte de la possibilité de coexistence de diverses autres réactions. De par la diversité des problèmes posés, il semble nécessaire, à ce stade, d'utiliser de front, de nombreuses méthodes d'étude comme la thermogravimétrie, la diffractométrie, la conductimétrie, les techniques micrographiques et la microsonde. D'une manière plus générale, cette étude nous montre que, contrairement aux prévisions du modèle de HAUFFE, qui laisse supposer une augmentation très forte de l'oxydation du nickel lorsqu'il est allié avec du titane, nous n'avons pas, en fait, de variation sensible pour cette cinétique. Il semble, à l'heure actuelle, très difficile de trouver un modèle capable de rendre compte, d'une manière satisfaisante, du comportement des alliages lors de l'oxydation, tant le nombre de paramètres à maîtriser est important. La physique des défauts, de par l'importance qu'elle a acquise ces dernières années, permettra certainement, dans un proche avenir, de justifier de nombreux mécanismes proposés pour de nouveaux alliages que la technologie ne manquera pas de mettre au point grâce à l'inépuisable diversité qu'ils offrent.

Le tricotage est une technique d'obtention de textiles ancestrale qui est encore couramment utilisée de nos jours. Cette technique permet de produire des textiles possédant une forte déformation élastique, un comportement mécanique anisotrope modifiable simplement en jouant sur la géométrie de la maille, la possibilité d'obtenir des formes générales (préformes) ou internes (trous) durant le procédé de fabrication, rendant ces textiles particulièrement attractifs et rentables. Plus récemment, l’utilisation des alliages à mémoire de forme (AMF), en particulier de fils de Nickel-Titane (Ni-Ti), pour produire ces tricots a permis de proposer des textiles aux fonctionnalités nouvelles, telles qu'une très grande déformation élastique, un changement de forme sous l'effet d'un échauffement, une forte capacité d’amortissement, etc.Cependant, le comportement mécanique de tels tricots AMF reste encore assez mal connu, et bien qu'un certain nombre d'études aient déjà été proposées dans la littérature concernant la caractérisation du comportement mécanique de ces tricots, l'application aux tricots NiTi reste insuffisamment faite.Dans ce travail, un ensemble d’outils expérimentaux et numériques a été mis en place pour étudier la déformation des tricots NiTi, en particulier pour évaluer l'influence des paramètres matériaux, géométrie, frottements, etc., sur le comportement mécanique. Un montage expérimental a été développé pour caractériser le textile en traction biaxiale. Il s'inspire des techniques utilisées pour les membranes souples visant à obtenir un champ de déformation le plus uniforme possible dans la zone déformée. De plus, sa conception ainsi qu’un programme de traitement d'images permettent la mesure de la distribution des efforts aux frontières ainsi que la mesure de la morphologie des mailles du tricot au cours de la déformation.Le comportement mécanique du tricot a été modélisé par homogénéisation numérique en réalisant des simulations numériques par éléments finis sur une maille représentative sous conditions périodiques. Les prédictions des simulations sont validées en regard des résultats expérimentaux obtenus sur les tricots NiTi, en traction simple et traction biaxiale suivant les directions chaine et trame. Elles sont ensuite utilisées pour analyser l'importance des différents mécanismes de déformation en fonction de la sollicitation étudiée. / Knitting is an ancestral textile manufacturing technique which is still commonly used nowadays. This method allows to manufacture textiles possessing high recoverable strains, an anisotropic mechanical behavior easily tuned by varying the knit loop dimensions, the ability to obtain general forms (preforms) or internal forms (holes) during the manufacturing process, and more, making those textiles particularly attractive and cost-efficient. More recently, the use of Shape Memory Alloys (SMA), notably Nickel-Titanium (Ni-Ti) wires, for producing those textiles allowed to propose textiles with new functional properties, such as very high recoverable strains, shape-shifting effects under temperature changes, high damping capacity, etc.However, such SMA knitted textiles mechanical behavior remains relatively unknown, and even if a certain number of studies have dealt with the knitted textiles mechanical characterization, the application to NiTi knitted textiles remains insufficiently done.In this work, a set of experimental and numerical tools have been developed to study knitted NiTi textiles deformation, especially to evaluate the influence of material parameters, knit geometry, friction, etc., on the mechanical behavior. An experimental setup has been developed to characterize such textiles in biaxial tension. It is inspired by methods developed for soft membranes aiming at obtaining strain fields as uniform as possible in the sample working area. Furthermore, its conception as well as a dedicated image processing software allow measuring boundary forces distributions and knit loops morphology during deformation.The knitted textile mechanical behavior has been modeled using numerical homogenization method by performing finite elements numerical simulation of a representative knit loop under periodic conditions. Simulations predictions are validated in regard to experimental results obtained on knitted NiTi textiles, in simple tension and biaxial tension in course and wale directions. They are then used to analyze the importance of different deformation mechanisms depending on the loading case studied.

Objectif : il a été rapporté que l’utilisation d’agents prophylactiques fluorés pouvait favoriser la corrosion galvanique au sein des alliages de titane. L’objectif de la présente étude était d’évaluer l’effet d’un rince-bouche fluoré sur les propriétés mécaniques de fils en nickel-titane (NiTi) et de fils en cuivre-nickel-titane (CuNiTi) lorsque ces derniers sont couplés à des boîtiers de compositions différentes (boîtiers de marques Smartclip, Clarity, et Sprint). Matériels et Méthodes : 90 segments de fils en NiTi et 90 segments de fils en CuNiTi ont été chacun couplés à 2 boîtiers de chaque marque. Chaque assemblage fil-boîtiers a été par la suite incubé pendant 3 heures à 37°C, soit dans une solution de fluore neutre (Fluorinse™ 0,05% NaF), soit dans une solution de salive artificielle (solution contrôle). Suite à l’incubation, les échantillons étaient nettoyés avec de l’eau déshydrogénée, les fils séparés des boîtiers et montés sur un support pour subir un test de pliage en trois points en milieu humide (salive artificielle) à 37°C. Les modules d’élasticité ainsi que les limites conventionnelles d’élasticité en activation et en désactivation ont été mesurés et comparés. Des analyses de Variance (ANOVA) et des comparaisons post-hoc avec la correction de Bonferronni ont été utilisées pour comparer les groupes entre eux (α = 0,05). Résultats : L’utilisation d’un rince-bouche fluoré a produit une réduction du module d’élasticité et de la limite conventionnelle d’élasticité en activation et en désactivation pour les fils en NiTi ; cependant, cet effet a été modulé par le type de boîtier auquel le fil a été couplé. Les propriétés mécaniques de fils en CuNiTi n’ont pas été affectées par le fluor, ou par le type de boîtier utilisé. Conclusions : L’utilisation d’un rince-bouche fluoré modifie les propriétés mécaniques des fils en NiTi seulement. Cet effet est modulé par le boîtier auquel le fil en NiTi est couplé. A la différence des autres études publiées dans la littérature, nos résultats ne nous permettent pas de conclure que la modification des propriétés mécaniques des fils en NiTi entrainerait obligatoirement un allongement de la durée du traitement orthodontique. Mots clés : Fluor, fils nickel-titane, boîtiers orthodontiques, corrosion galvanique, propriétés mécaniques. / Aim: it has been reported that the use of fluoride prophylactic agents can cause galvanic corrosion of the titanium based alloys used in orthodontics. The purpose of the present study was to investigate the effects of a fluoride mouthrinse on the mechanical properties of nickel-titanium (NiTi) and copper–nickel-titanium (CuNiTi) orthodontic archwires that have been coupled with different types of orthodontic brackets (Smartclip, Clarity, and Sprint brackets). Materials and Methods: 90 segments of NiTi and 90 segments of CuNiTi archwires were tested. Every segment was coupled with 2 brackets of each brand. The wire–bracket assembly obtained was incubated, at 37°C for three hours either in a solution of a commercially available mouthwash (Fluorinse™ 0,05% NaF), or in a solution of artificial saliva (control). Following the incubation, the wires were separated from the brackets, rinsed, mounted on a stainless steel support and placed in a waterbath of artificial saliva at 37°C. A 3-point bending test was made to calculate the loading and unloading elastic modulus and yield strength of the wires. Analysis of variance (ANOVA) and post hoc comparisons were made using Bonferronni’s correction to identify the statistically significant differences (α = 0,05). Results: The use of a fluoridated mouthrinse reduced the loading and unloading elastic modulus and yield strength of the NiTi wires. This reduction, however, varies with the type of bracket that was coupled with the wire. The mechanical properties of the CuNiTi wires were not modified by the use of the fluoride rinse or by the type of bracket to which they were coupled. Conclusions : The use of a fluoride mouthrinse alters the mechanical properties of NiTi wires only. This effect varies with the type of bracket that was in contact with the wire. However our results do not allow us to conclude that the alteration of the mechanical properties of the wires would necessarily imply a prolongation of the orthodontic treatment time. Key words: Fluoride, nickel-titanium archwires, galvanic corrosion, mechanical properties,orthodontic brackets.