Biocéramiques: des monolithes aux composites

This document presents a synthesis of my research activities about bioceramics. It is conceived as a state of the art on biomedical ceramics, and divided into two independent parts. Part A deals with bio-inert ceramics used for orthopaedic applications (hip or knee prostheses...). This part tries to be exhaustive on biomedical zirconia, from purely "material aspects" (phase transformation, toughening mechanisms...) to functional properties (lifetime, degradation mechanisms...). This part is concluded by some aspects of "future" ceramics and composites for orthopaedics: alumina-zirconia composites, ceria- or magnesia-doped zirconia... Part B deals with bio-active ceramics, mostly used for bone substitution. Since these materials are very fragile, I propose solutions to improve their mechanical properties. Solutions based on bioactive glass-ceramics and porous fuctionaly graded materials are exposed.Ce document présente une synthèse partielle de mes activités de recherches. J'ai eu la chance de pouvoir travailler sur un même thème depuis le début de ma thèse : les céramiques biomédicales. Il m'a semblé intéressant non seulement de faire le point sur mes recherches, mais également de les replacer dans le contexte plus vaste qu'est l'évolution des biocéramiques depuis dix ans, et leur évolution à venir. Ce document est donc conçu comme un état de l'art sur les céramiques à vocation biomédicales. Il se divise en deux grandes parties, indépendantes l'une de l'autre, pourquoi pas destinées à terme à être enrichies et éditées séparément. La partie A s'intéresse aux céramiques bioinertes utilisée en orthopédie en particulier pour les applications prothétiques (prothèses de hanche, de genou...). Le chapitre A1 en particulier résume la partie la plus aboutie de mes recherches : il se veut aussi exhaustif que possible sur la zircone biomédicale, allant des aspects purement matériaux (transformation de phase, renforcement...) aux propriétés d'usage, en insistant sur les mécanismes de dégradation. Le chapitre A2 tente de discerner les matériaux céramiques et composites du futur en orthopédie : zircones cériées ou stabilisées au magnésium, matériaux non oxydes... La partie B s'intéresse aux céramiques bioactives, plutôt utilisées pour les applications de substitution osseuse. Ces céramiques étant trop fragiles, cette partie propose plusieurs pistes pour améliorer leurs propriétés mécaniques. Ce sont soit des matériaux ou composites purement céramiques (bioverres et matériaux poreux à gradient de fonctions dans la partie B1), soit des composites céramique – polymère (partie B2). Il est difficile de parler de biocéramiques sans parler de leurs propriétés biologiques. C'est par choix qu'elles ont été écartées de ce mémoire. En effet, les différents matériaux que le lecteur verra défiler sous ses yeux ont la plupart du temps servi de support à des cultures cellulaires, afin de vérifier leur biocompatibilité. Mais d'une part je ne considère par avoir pris une part significative à cette caractérisation biologique, d'autre part la détailler ici aurait encore allongé un manuscrit déjà conséquent