Modélisation et simulation du comportement d'une tige fémorale poreuse

Résumé

Présentement, la rigidité élevée des tiges fémorales utilisées pour les procédures d’arthroplastie de la hanche fait en sorte qu’il existe une incompatibilité mécanique entre ces implants et l’os avoisinant ceux-ci. Cette incompatibilité peut créer un effet de transfert de charges et réduire significativement la durée de vie des tiges fémorales. Une approche qui peut être utilisée pour réduire l’effet de transfert de charge consiste à fabriquer les tiges en matériaux poreux, beaucoup plus flexibles. Le présent ouvrage traite de la modélisation et la simulation du comportement d’une tige fémorale contenant une région poreuse. Dans un premier temps, un algorithme a été développé dans l’environnement Matlab afin de modéliser la géométrie de matériaux architecturés avec une cellule unitaire en diamant. L’algorithme a été utilisé pour modéliser et exporter un fichier STL de trois matériaux architecturés ayant une taille de cellule constante de 0.83 mm et des densités différentes, soit de 20%, 42% et 60%. Des analyses avec des éléments finis poutres et solides ainsi que des essais expérimentaux avec des échantillons produits par fabrication additive ont été réalisés afin de caractériser les trois matériaux modélisés. Les rigidités évaluées expérimentalement étaient de 1.61 GPa pour le matériau à 20% de densité puis 7.58 GPa et 20.27 GPa pour les matériaux à 42% et 60% de densité, respectivement. Une tige fémorale ayant une région poreuse constituée du matériau architecturé à 42% de densité a par la suite été conçue. Un modèle par éléments finis de la tige a été développé et la rigidité de la région poreuse a été définie à l’échelle macroscopique à l’aide des résultats expérimentaux de caractérisation. La tige poreuse ainsi qu’une tige complètement dense ont par la suite été produites par fabrication additive et testées expérimentalement à l’aide d’essais de compression. Les déplacements à la surface des tiges ont été mesurés à l’aide d’un système de corrélation d’image et comparés aux résultats de simulations à l’aide d’une analyse de validation. Cette dernière a permis de conclure que les valeurs mesurées expérimentalement sont en bon accord avec celles évaluées par la méthode des éléments finis. Finalement, il a été démontré que la tige poreuse conçue dans le cadre de cette étude est environ 30% plus flexible que la tige dense.

Date	27 sept. 2016
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrick Terriault (Directeur(-trice))