Le but du travail réalisé dans cette thèse était d’approfondir les connaissances en matière d’utilisation du couple de frottement céramique-céramique dans l’implantologie moderne de hanche sans ciment. L’étude clinique de 100 prothèses totales de hanche sans ciment avec un recul de 9 ans a permis de montrer la fiabilité du couple de frottement céramique en terme d’usure, de biocompatibilité et d’ostéointégration. Par la suite, la comparaison de la méthode d’implantation de ces implants (impaction du métal-back avec ou sans adjonction de vis supplémentaires) a montré que la rigidité de la céramique n’était pas incompatible avec une impaction simple du métal-back, pour des patients qui ne présentent pas de fragilité osseuse. Nous avons ensuite étudié plus particulièrement une complication de la céramique, le grincement ou squeaking. Une étude in vitro du phénomène, a permis de reproduire ce phénomène dans des conditions de lubrification optimale, avec la présence d’un troisième corps métallique entre les surfaces de frottement, suggérant l’importance des problèmes de lubrification dans la genèse du phénomène. L’analyse d’explant a conforté notre hypothèse, mettant en évidence l’importance du dessin des implants afin d’éviter les conflits prothétiques pouvant générer des particules métalliques. Enfin, l’analyse sur le long terme du phénomène de squeaking a montré son faible impact sur la survie des implants et sur la qualité de vie des patients. Ce travail, qui a associé des analyses cliniques et biomécaniques nous conforte dans l’utilisation de la céramique comme couple de frottement dans les prothèses totales de hanche sans ciment, insiste sur l’importance du dessin et du positionnement des implants pour éviter les complications qui peuvent survenir et permet de mieux connaître le problème du squeaking et ses conséquences / The aim of the study done in this thesis was to enhance the knowledge in the use of ceramic on ceramic bearing for cementless total hip arthroplasty. A clinical study of 100 cementless total hip arthroplasty at 9 years of follow-up showed the reliability of ceramic in terms of wear, biocompatibility and osseointegration. Subsequently, the comparison of the method for implantation of the implants (press-fit with or without additional screws fixations) showed that the stiffness of ceramic was not inconsistent with a simple impaction, for patients who do not present bone fragility. We then studied a particular complication of ceramic bearing, the squeaking noise. An in vitro study of this phenomenon, allowed us to reproduce squeaking in lubricated conditions, with the presence of a third metal body between the frictions surfaces, suggesting the importance on lubrication damages in the genesis of this phenomenon. Analysis of explants has confirmed our hypothesis, highlighting the importance of implant design, to avoid impingement, potentially generating metal particles. Finally, the long-term analysis of squeaking phenomenon showed its low impact on implant survival and patient’s quality of life. This work, which involved clinical and biomechanical analysis, confirms the interest for the use of ceramics bearings in total hip arthroplasty, emphasizes the importance of implant design and implant positioning, to avoid complications, and helps for a better understanding with the problem of squeaking and its consequences

La performance des mécanismes est intimement liée à la précision des surfaces qui composent les liaisons. La démarche habituelle de l’analyse de ces surfaces est basée sur des hypothèses fortes concernant leurs comportements. Ainsi, les défauts de forme et de rugosité sont négligés et les surfaces sont supposées infiniment rigides. L’objectif principal de ces travaux est de développer une méthode permettant d’étudier l’influence des défauts de forme sur les performances des assemblages. Elle repose sur une méthodologie et des outils pour l’identification des défauts qui vont optimiser ou pénaliser les exigences fonctionnelles de l’assemblage. Dans ce manuscrit, deux cas d’étude sont proposés.Dans un premier temps, un montage de type bride (centrage court, appui plan) est étudié afin de valider l’ensemble de la démarche développée. Les outils utilisés reposent essentiellement sur la décomposition et composition modale des défauts, le concept de surface écarts, la recherche de zone d’appui stable ainsi que la quantification des déformations de surfaces de contact basées sur des modèles analytiques ou numériques. L’influence des défauts de forme sur la précision de mise en position est quantifiée par un domaine écart de liaison. Une confrontation entre la démarche théorique et un dispositif expérimental permet de valider l’approche. Par la suite, une liaison sphérique est considérée constituant une prothèse totale de hanche en matériau céramique. Pour ce cas d’étude, l’objectif est d’identifier, au regard des typologies de défauts, leurs conséquences sur l’apparition d’un phénomène sonore assimilable à du grincement appelé le squeaking. La démarche reprend les mêmes étapes que celles utilisées avec l’étude de la bride. Différents dispositifs expérimentaux sont mis en place confirmant la pertinence de cette approche. Des mesures spécifiques apportent des éléments d’analyse et de compréhension sur le comportement dégradé de la liaison. Ce travail de thèse s’inscrit dans une collaboration entre 3 laboratoires : SYMME d’Annecy, I2M-IMC de Bordeaux-Talence, et la société Tural localisée à Marignier (74), laboratoire de recherche industrielle qui travaille sur des implants médicaux. / The performance of a mechanism is closely correlated with the accuracy of the surfaces that make up the mechanical joint. The most common approach used to study these surfaces is based on strong assumptions about their behavior. Form errors and roughness are neglected and the surfaces are assumed infinitely rigid. The main objective of this work is to develop an original approach to study the impact of form errors on the assemblies. It is mainly based on a methodology and associated tools to predict which defects will optimize or penalize the functional requirements of the assembly. In this manuscript, two case studies are proposed. In a first step, a plate flange (ball and cylinder joints added to a planar joint) is designed to validate the overall approach. Modal decomposition of defects, sum-surface concept, the determination of a stable contact area and quantification of contact deformation of surfaces correspond to the main theoretical tools used in this framework. The influence of form errors on the positioning accuracy is quantified by a clearance domain. Comparisons between theoretical approach and experimental setup are used to validate the models. Subsequently, a spherical joint is considered corresponding to a total hip implant with ceramic material. The objective of this study is to identify which type of form errors can impact the appearance of the squeaking phenomena. The same procedure is followed as for the first example. In parallel, several experimental devices are designed to validate the relevance of this approach. Specific measurements provide some key elements to understand the behavior of the implant subject to squeaking. This work is part of a collaboration between three laboratories : SYMME Annecy, I2M-IMC Bordeaux, and Tural company located in Marignier (74), an industrial research laboratory working on medical implants.

Le but du travail réalisé dans cette thèse était d'approfondir les connaissances en matière d'utilisation du couple de frottement céramique-céramique dans l'implantologie moderne de hanche sans ciment. L'étude clinique de 100 prothèses totales de hanche sans ciment avec un recul de 9 ans a permis de montrer la fiabilité du couple de frottement céramique en terme d'usure, de biocompatibilité et d'ostéointégration. Par la suite, la comparaison de la méthode d'implantation de ces implants (impaction du métal-back avec ou sans adjonction de vis supplémentaires) a montré que la rigidité de la céramique n'était pas incompatible avec une impaction simple du métal-back, pour des patients qui ne présentent pas de fragilité osseuse. Nous avons ensuite étudié plus particulièrement une complication de la céramique, le grincement ou squeaking. Une étude in vitro du phénomène, a permis de reproduire ce phénomène dans des conditions de lubrification optimale, avec la présence d'un troisième corps métallique entre les surfaces de frottement, suggérant l'importance des problèmes de lubrification dans la genèse du phénomène. L'analyse d'explant a conforté notre hypothèse, mettant en évidence l'importance du dessin des implants afin d'éviter les conflits prothétiques pouvant générer des particules métalliques. Enfin, l'analyse sur le long terme du phénomène de squeaking a montré son faible impact sur la survie des implants et sur la qualité de vie des patients. Ce travail, qui a associé des analyses cliniques et biomécaniques nous conforte dans l'utilisation de la céramique comme couple de frottement dans les prothèses totales de hanche sans ciment, insiste sur l'importance du dessin et du positionnement des implants pour éviter les complications qui peuvent survenir et permet de mieux connaître le problème du squeaking et ses conséquences

La performance des mécanismes est intimement liée à la précision des surfaces qui composent les liaisons. La démarche habituelle de l'analyse de ces surfaces est basée sur des hypothèses fortes concernant leurs comportements. Ainsi, les défauts de forme et de rugosité sont négligés et les surfaces sont supposées infiniment rigides. L'objectif principal de ces travaux est de développer une méthode permettant d'étudier l'influence des défauts de forme sur les performances des assemblages. Elle repose sur une méthodologie et des outils pour l'identification des défauts qui vont optimiser ou pénaliser les exigences fonctionnelles de l'assemblage. Dans ce manuscrit, deux cas d'étude sont proposés.Dans un premier temps, un montage de type bride (centrage court, appui plan) est étudié afin de valider l'ensemble de la démarche développée. Les outils utilisés reposent essentiellement sur la décomposition et composition modale des défauts, le concept de surface écarts, la recherche de zone d'appui stable ainsi que la quantification des déformations de surfaces de contact basées sur des modèles analytiques ou numériques. L'influence des défauts de forme sur la précision de mise en position est quantifiée par un domaine écart de liaison. Une confrontation entre la démarche théorique et un dispositif expérimental permet de valider l'approche. Par la suite, une liaison sphérique est considérée constituant une prothèse totale de hanche en matériau céramique. Pour ce cas d'étude, l'objectif est d'identifier, au regard des typologies de défauts, leurs conséquences sur l'apparition d'un phénomène sonore assimilable à du grincement appelé le squeaking. La démarche reprend les mêmes étapes que celles utilisées avec l'étude de la bride. Différents dispositifs expérimentaux sont mis en place confirmant la pertinence de cette approche. Des mesures spécifiques apportent des éléments d'analyse et de compréhension sur le comportement dégradé de la liaison. Ce travail de thèse s'inscrit dans une collaboration entre 3 laboratoires : SYMME d'Annecy, I2M-IMC de Bordeaux-Talence, et la société Tural localisée à Marignier (74), laboratoire de recherche industrielle qui travaille sur des implants médicaux.