Matériaux alvéolaires naturels et artificiels

Résumé du document

Les matériaux alvéolaires sont très présents dans notre quotidien. On en trouve à l'état naturel dans de multiples applications. Le plus souvent, ils sont utilisés pour leurs propriétés mécaniques (bois, os spongieux), mais ils ont également des applications dans le transport de fluide ou l'isolation thermique (feuilles et tiges, liège, éponge). L'aspect mécanique entre néanmoins toujours en ligne de compte, car les pores d'une mousse soutiennent la structure d'ensemble. Les mousses solides artificielles sont de plus en plus utilisées, en particulier dans des applications nécessitant des structures légères mais rigides, ou une bonne absorption de l'énergie d'impact.
Ce document va s'attacher tout d'abord à présenter de manière générale les matériaux alvéolaires et leurs principales propriétés mécaniques. Puis il se focalisera sur un cas particulier de matériau alvéolaire, l'os, dont nous expliquerons les caractéristiques anatomiques et physico-chimiques. Enfin nous donnerons un aperçu des nouvelles techniques de reconstitution osseuse, qui font intervenir des biocéramiques.

Extraits

[...] Il existe trois types de matériaux alvéolaires : plastiques, métalliques et céramiques. Ils présentent un intérêt tout particulier lors du choix de matériaux, en ce qu'ils permettent de bons compromis entre les critères d'allègement et de performance. On peut classer les matériaux alvéolaires en deux grandes catégories : - les nids d'abeille, qui présentent des pores 2D ; - les mousses, avec des pores 3D. Notre étude portera uniquement sur les mousses, en particulier les mousses céramiques, dont fait partie l'ose spongieux. [...]

[...] Ces courbes peuvent aider à caractériser un matériau alvéolaire, comme elles le feraient pour un matériau dense. Influence de la densité relative sur le comportement mécanique L'influence de la densité relative est facilement démontrée en réalisant une étude sur certaines propriétés mécaniques. Ici, on regarde le module d'Young relatif en fonction de la densité relative, pour de l'os spongieux. (Le module d'Young relatif est le rapport entre le module d'Young de la mousse et celui du matériau constitutif de la mousse) Figure 3 : influence de la densité relative sur le module d'Young relatif Plus la densité relative est grande, plus le module d'Young relatif est élevé. [...]

[...] Les matériaux alvéolaires réels présentent en fait un degré d'ouverture de porosité moins marqué. C'est ce qui les rend plus difficiles à modéliser. Néanmoins, c'est ce caractère poreux, traduit par la densité relative, qui les rend si intéressants du point de vue des applications mécaniques. Par la suite, nous allons présenter l'os spongieux, cas particulier de matériau alvéolaire céramique, puis les solutions actuellement proposées pour sa reconstitution. Dans cette partie, nous présentons un cas particulier de matériaux alvéolaires naturels. Il s'agit de l'os dont nous allons détailler la structure, les relations entre structure et propriétés mécaniques ainsi que le cycle de vie. [...]

[...] Les types de fracture les plus courants sont décrits à la figure 13. Figure 13 : types de fractures courantes III) Les matériaux de la reconstitution osseuse Dans quels cas doit-on recourir aux matériaux de reconstitution osseuse ? Malgré son anatomie et sa structure particulièrement adaptées à ses fonctions, il arrive fréquemment que l'os soit endommagé. Cet endommagement se traduit souvent par la présence d'une lacune au sein de l'os qui ne peut être comblée par les techniques classiques d'immobilisation de membres. [...]

[...] C'est pourquoi il est nécessaire d'étudier le comportement du matériau en milieu aqueux (dont le pH est de et d'étudier sa stabilité. La surface Le matériau de reconstitution osseuse envisagé doit posséder une surface qui ne soit pas de nature à dégrader le tissu environnant avec lequel il est en contact. Les contraintes médicales Outre les contraintes physico-chimiques auxquelles doit répondre le matériau, celui-ci doit prendre en compte l'intégration dans le corps humain d'un corps étranger, ceci afin d'éviter par exemple les réactions de rejet. [...]