Caractérisations mécanique et microstructurale de nouveaux alliages de titane présentant une transformation martensitique pour la réalisation d'endoprothèses vasculaires

Les alliages de Ni-Ti (Nitinol) et de Co-Cr sont largement utilisés dans le domaine biomédical. Du fait de leurs propriétés mécaniques particulièrement adaptées, ils sont notamment utilisés pour réaliser des endoprothèses vasculaires. La superélasticté et l’effet mémoire de forme du Nitinol permettent son utilisation pour la réalisation de stents auto-extensibles. Compressé dans un cathéter, le stent recouvre de lui-même sa forme initiale une fois relâché dans la zone artérielle sujette à pathologie. Du fait notamment de leur forte élongation, les alliages de Co-Cr peuvent, quant à eux, être utilisés pour la conception de stents montés sur ballonnet gonflant. Lors de l’angioplastie, le ballon est gonflé et le stent en Co-Cr est déformé jusqu’à atteindre le diamètre envisagé. Toutefois, l’utilisation de ces alliages de Ni-Ti et de Co-Cr est controversée. Cela vient principalement de la cytotoxicité avérée des éléments comme le nickel, le cobalt ou le chrome. Des études montrent que l’emploi de tels alliages peut conduire à des cas d’allergies, métalloses ou nécroses. Les alliages de titane β-métastable, pouvant être élaborés à partir uniquement d’éléments biocompatibles comme le zirconium, le niobium, l’étain ou le molybdène, s’avèrent tout particulièrement adaptés pour pallier ce type d’effets adverses. En fonction de la teneur en éléments bétagènes et des traitements thermomécaniques subis, l’alliage peut arborer un comportement superélastique, un effet mémoire de forme ou bien encore un fort allongement à la rupture. Cette étude s’attelle à déterminer l’intérêt des alliages de titane β- métastable pour la réalisation d’endoprothèses vasculaires. Dans ce travail de thèse, différentes nuances ont été élaborées. Issus du système quaternaire Ti-Zr-Nb-Sn, les alliages Ti-22Zr-11Nb-2Sn, Ti-20Zr-10Nb-2Sn et Ti-20Zr-9Nb-2Sn (% atomique) ont été étudiés. Le Ti-8Mo-16Nb (% massique) a également été obtenu. Dans un premier temps, différents traitements thermomécaniques ont été employés afin d’optimiser le comportement superélastique des alliages Ti-Zr-Nb-Sn. Les stratégies d’optimisation utilisées font l’objet de discussions. Leurs influences sur la microstructure et la texture des alliages sont notamment présentées au travers d’analyses en DRX (Diffraction des Rayons X), microscopie optique et EBSD (Electron Back Scattered Diffraction). Certains états issus du système quaternaire Ti-Zr-Nb-Sn présentent des comportements particuliers avec une transformation martensitique induite sous contrainte non réversible à la décharge. Par montée en température, ils sont capables de recouvrer leurs formes initiales. Après une mise en solution conventionnelle, le Ti-8Mo-16Nb présente un allongement important du fait d’une combinaison d’une transformation martensitique et d’un maclage massif. Finalement, des essais de fatigue ont été entrepris afin de comparer la durabilité des alliages de titane β-métastable élaborés au laboratoire par rapport à celle des alliages de référence actuellement utilisés. Ce sont ainsi deux alliages Ti-Zr-Nb-Sn superélastiques, dont la déformation recouvrable dépasse les 3%, qui ont été comparés à un alliage de Ni-Ti superélastique. Le Ti-8Mo-16Nb a, quant à lui, pu être comparé à un alliage de Co-Cr fortement ductile.