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Des céramiques qui résistent aux situations «stressantes»

Les dernières décennies ont vu la céramique envahir pratiquement tous les domaines, de l’ingénierie à la biomédecine, avec des avantages tels qu’une remarquable dureté, une excellente isolation électrique et une grande résistance aux environnements chimiques ou thermiques agressifs. Ces composites céramiques déformables révolutionnaires ont vaincu la dernière frontière: la fragilité.

Technologies industrielles

L’homme utilise la céramique et les métaux depuis des milliers d’années pour fabriquer des objets allant des vases et des outils aux composants structurels. Alors que nous considérons généralement les métaux comme plus durables et les céramiques plus fragiles, les matériaux céramiques se révèlent particulièrement durs et résistants à la compression. Toutefois, ils sont fragiles, c’est-à-dire qu’ils sont peu déformables et peuvent donc se briser assez brusquement. Les métaux, en revanche, sont malléables et ductiles – ils peuvent être pressés ou étirés pour prendre différentes formes sans se briser. Le projet SISCERA, financé par l’UE, a permis d’uniformiser les règles du jeu en mettant sur le marché les premières céramiques au monde avec une plasticité induite par transformation prévisible.

Connaître les limites

Les défauts critiques répartis de manière aléatoire dans les céramiques lors de la fabrication entraînent une fragilité à l’origine de certaines défaillances. Les avantages de la céramique sont souvent contrebalancés par la nécessité de réduire la présence de défauts à l’aide de procédures de fabrication et d’essai longues et coûteuses. Avec les composites céramiques de SISCERA, les défaillances sont minimisées et beaucoup plus prévisibles. Le coordinateur de SISCERA, Nicolas Courtois, de la société Anthogyr, explique: «Nos composites céramiques sont uniques car ils peuvent être déformés de manière considérable avant rupture à un niveau de contrainte défini et ajustable. De plus, la rupture n’est pas due à des défauts, ce qui rend appropriées les méthodes de conception et de traitement conventionnelles, et simplifie donc leur adoption par les concepteurs, tout en augmentant la valeur ajoutée de la céramique. Globalement, nos composites céramiques innovants combinent les avantages des métaux avec ceux des céramiques, tels que la stabilité chimique, l’inertie ainsi que la résistance à l’usure et à l’abrasion.» Ils peuvent donc constituer une alternative intéressante aux métaux pour de nombreuses applications d’ingénierie.

Des os à l’industrie et aux biens de consommation

Jérôme Chevalier, directeur adjoint de la recherche à l’INSA Lyon, en charge de la santé et du génie-biologique, déclare: «Au début du projet, nous avons été contraints de reprendre le développement pour répondre aux nouvelles attentes en matière de conception. Grâce à ce défi initial, nous avons livré un “portefeuille” de matériaux qui peut être adapté à l’application plutôt qu’à la solution unique que nous envisagions au départ.» Le principal marché visé par l’équipe SISCERA était celui des implants biomédicaux, en particulier dans le cas où une croissance osseuse (ostéo-intégration) est souhaitée, comme c’est le cas pour les implants dentaires et articulaires. L’équipe a suivi une approche rationnelle «matériau par matériau» pour répondre aux exigences spécifiques d’un implant dentaire, telles que la résistance, la solidité, la stabilité et la modification de la surface. Les céramiques font preuve d’une meilleure ostéo-intégration. Les résultats ont révélé que la combinaison du matériau et de la modification de la surface surpasse les performances des surfaces actuelles des implants en titane, permettant une plus forte adhésion (deux fois plus forte après quatre semaines) de implants à l’os, et ce plus rapidement. L’implant dentaire est maintenant entré dans la phase de validation préclinique. Selon Nicolas Courtois et Jérôme Chevalier, de nombreuses applications restent à découvrir pour ces matériaux uniques. «Nous avons démontré, à la toute fin du projet, que la transformation plastique était réversible. En ce sens, nous disposons d’un matériau céramique à mémoire de forme», ajoutent-ils. Un composite céramique est déjà disponible pour un usage industriel et une application potentielle à grande échelle dans les biens de consommation est en cours de test. Ces céramiques composites révolutionnaires qui se déforment de manière considérable sans se rompre vont révolutionner des applications allant de la biomédecine à l’ingénierie.

Mots‑clés

SISCERA, céramique, métaux, composites, implant dentaire, ostéo-intégration, fragilité, déformable, mémoire de forme, plasticité

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