Titane Bêta Biocompatible Adaptatif – TIBBIA

Les prothèses et implants sont actuellement réalisés à partir d'alliages Cr-Co, d'acier inoxydable, de titane (grade 2) ou d'alliages de titane biphasés alpha+bêta (TA6V ELI). Le titane et ses alliages sont majoritairement utilisés pour leurs propriétés mécaniques et leur biocompatibilité. Historiquement, conçus pour l'aéronautique, ils ont été par la suite adaptés au domaine biomédical. Cette adaptation n'est cependant que partielle puisque certains éléments d'alliages, tels que le vanadium et l'aluminium, sont considérés comme 'potentiellement toxiques'. L'amélioration de la biocompatibilité chimique passe par une nouvelle formulation qui remplace ces éléments par d'autres, biocompatibles chimiquement. De même, une propriété mécanique telle que la résistance spécifique, recherchée en aéronautique, doit être associée en biomécanique, à un abaissement du module d'élasticité. La biocompatibilité mécanique consiste à adapter la raideur de l'implant à celle de l'os afin d'assurer un transfert de charge mécanique plus homogène favorable à l'ostéointégration. Le module d'élasticité des alliages de titane, bien que plus faible que celui de l'acier reste encore élevé (110 GPa) si on le compare à celui des tissus biologiques hôtes (20 GPa pour l'os). Le but de ce projet est de développer, à partir d'un alliage de titane composé d'éléments bio- inertes ;(i) une biocompatibilité mécanique, adaptée à l'implantologie et aux prothèses. Afin d'optimiser cette biocompatibilité mécanique nous proposons de développer de nouveaux alliages biocompatibles (Ti-Ta-Nb-Zr), instables mécaniquement, à bas module d'élasticité. (ii) une superélaticité adaptée aux dispositifs médicaux à usages dédiés (stents, agrafes, fils orthodontiques…). L'aspect novateur du projet consiste à obtenir à la fois une baisse du module d'élasticité tout en conservant des propriétés mécaniques élevées sur un matériau massif (par opposition aux matériaux poreux). Pour ce faire, on utilisera l'effet combiné de la baisse du module intrinsèque par effet d'alliage et la baisse du module apparent par la présence d'une phase bêta métastable qui confère à l'alliage un comportement pseudoélastique. Les alliages retenus seront exclusivement bio inertes (Ti/Nb/Ta/Zr). Ils possèdent déjà, de part leur composition, un bas module élastique intrinsèque. Pour obtenir, en plus, l'effet pseudoélastique il faut ajuster cette composition pour déstabiliser la phase bêta métastable. Les alliages du type bêta se transforment, sous l'effet d'une contrainte, partiellement en martensite alpha'', conduisant à une structure biphasée (bêta+alpha''). Après élaboration, des traitements thermomécaniques seront effectués sur les alliages b-métastables, instables mécaniquement, de manière à d'obtenir des microstructures biphasées alpha''+/bêta qui présentent des propriétés super-élastiques . Les conditions de formation sous contrainte de la phase alpha'', responsable de l'effet super-élastique, seront à optimiser. Ainsi, via le contrôle des conditions thermomécaniques de transformation, il sera possible de moduler les propriétés super-élastiques de ces alliages et de les ajuster aux conditions d'utilisation. L'objectif de cette ANR est également de contribuer à l'innovation par une activité de recherche–développement au service des PME concernées par ce secteur. Le projet TIBBIA fédère les forces concernant la métallurgie des alliages de titane pour des applications biomédicales ; les acteurs de cette ANR sont les seuls à effectuer des recherches dans ce domaine en France. Le projet TIBBIA demande sa labellisation par le pôle de compétitivité Matériaux Innovants, Produits Intelligents (MIPI)