ÉTUDE NUMÉRIQUE DE LA FIABILITÉ ET DU COMPORTEMENT À L’ENDOMMAGEMENT DES IMPLANTS MÉDICAUX (HANCHE ET DENTAIRES) SOUMIS À DES SOLLICITATIONS PHYSIOLOGIQUES À L’AIDE DU LOGICIEL ANSYS

Abstract

Cette étude s’inscrit dans le domaine de la biomécanique numérique appliquée aux implants médicaux, en particulier les prothèses de hanche et les implants dentaires. L’objectif principal est d’analyser le comportement mécanique, la distribution des contraintes ainsi que la résistance à la fatigue de différentes configurations géométriques et de matériaux biomédicaux, en utilisant la méthode des éléments finis via le logiciel ANSYS. Plusieurs conceptions d’implants de hanche ont été étudiées, incluant des modèles monolithiques en alliage Ti-6Al-4V et en alliage cobalt-chrome (CoCr), ainsi qu’un modèle hybride perforé combinant ces deux matériaux. Les simulations numériques, réalisées sous une charge physiologique de 3000 N, montrent que les contraintes maximales de Von Mises se concentrent principalement au niveau du col fémoral et autour des perforations dans le cas du modèle perforé. Les résultats indiquent que l’alliage Ti-6Al-4V présente une distribution plus homogène des contraintes, grâce à son module d’élasticité relativement faible, ce qui améliore la compatibilité mécanique avec l’os cortical et réduit le phénomène de stress shielding. En revanche, l’alliage cobalt-chrome, plus rigide, engendre des niveaux de contraintes plus élevés malgré ses excellentes propriétés mécaniques. L’analyse des déplacements et des déformations montre que les modèles étudiés conservent un comportement globalement élastique sous les charges appliquées, sans apparition de déformations permanentes. L’étude de la fatigue, basée sur les courbes S-N, révèle également que le Ti-6Al-4V présente une meilleure durée de vie en fatigue, en raison de sa ductilité et de sa capacité à limiter l’initiation et la propagation des fissures sous chargements cycliques. Concernant les implants dentaires, l’étude compare des implants en Ti-6Al-4V et en zircone (ZrO₂), avec et sans rainures. Les simulations montrent que les contraintes maximales se concentrent principalement au niveau du col de l’implant et des zones de striation. Le Ti-6Al-4V assure une meilleure répartition des contraintes et une plus grande résistance aux forces masticatoires grâce à sa ductilité. Bien que la zircone offre des avantages esthétiques et une excellente biocompatibilité, elle présente une plus grande sensibilité aux concentrations de contraintes, ce qui augmente le risque de microfissuration sous chargements répétés. En conclusion, le choix du matériau et l’optimisation géométrique jouent un rôle déterminant dans l’amélioration des performances biomécaniques et de la durabilité des Résumé V implants. Les configurations optimisées permettent de réduire les zones critiques de contraintes tout en assurant une meilleure stabilité mécanique et une résistance accrue à la fatigue. Cette recherche confirme ainsi la pertinence de l’alliage Ti-6Al-4V pour les applications biomédicales exigeantes, grâce à son équilibre entre biocompatibilité, ductilité, résistance mécanique et tenue en fatigue. Les résultats obtenus constituent une base utile pour le développement et l’optimisation future des implants médicaux