RESULTATS DE LA CARACTERISATION MECANIQUE

Première série d’essais : machine Zwick®

La machine pour les essais expérimentaux était initialement une machine de traction (Zwick® ) dont les mors ont été adaptés pour réaliser des tests en compression mais choisie également pour ses possibilités d’adaptation à d’autres types d’essais tels que les essais de flexion. La machine était composée d’un support métallique avec un repère pour la mise en place de l’échantillon et une presse métallique reliée à un capteur de force de deux kN (Figure IV.2). Modélisation numérique de l’os mandibulaire appliquée à l’implantologie dentaire et maxillo – faciale L’acquisition des données s’est faite à l’aide du logiciel TestXpert® , la force standard (N) et la course (mm) de la presse ont été les entrées retenues pour cette acquisition. Au début du test une pré-charge de 2 N a été appliquée afin d’obtenir un calage initial de l’échantillon. Arbitrairement, nous avons choisi de tester les échantillons de chaque mandibule dans une direction donnée Y ou X d’un référentiel cartésien orthonormé (Figure IV.3). Ces deux directions de sollicitation ont été choisies car celles-ci se rapprochent au mieux des contraintes physiologiques de l’occlusion et de la force soumise par les muscles masticateurs. Chaque échantillon était alors sollicité en compression jusqu’à l’endommagement. Des photos de l’échantillon étaient prises avant l’essai pour que celui-ci puisse être positionné exactement de la même façon lors de la modélisation numérique de l’essai. Après une analyse des résultats des modules d’Young (E) des 29 premiers échantillons prélevés sur six mandibules, ceux-ci sont apparus incohérents. Les valeurs retrouvées étaient très éloignées des valeurs de l’os cortical publiées. Elles s’approchent plus des valeurs de matériaux comme les polymères (plastiques inertes, caoutchoucs etc.) dont la rigidité est normalement largement inférieure à celle de l’os cortical. En fait, pour chaque échantillon testé, la pente du domaine élastique de chaque courbe expérimentale était très basse, les modules d’Young résultant de la superposition des courbes expérimentales et numériques, étaient alors en moyenne proche de 500 MPa (Tableau IV.2). Ultérieurement, plusieurs tests de la machine Zwick® ont permis de révéler une source d’erreur. Il existait en effet une déformation importante du bâti de la machine lors du test (démontrée par des tests à vide). Malgré la grande différence de rigidité entre l’échantillon d’os et la machine en acier, il s’est avéré que le déplacement enregistré était non seulement celui lié à la déformation de la pièce osseuse mais également celui lié à la déformation de la machine. 

 Seconde série d’essais : machine Instron®

La nouvelle machine de test choisie est l’Instron® 1121 ; c’est une machine de compression pneumatique fonctionnant sur les mêmes principes que la Zwick® ; le capteur de force était de 10 kN. Nous y avons adjoint un extensomètre de type LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Cet appareil est un capteur électrique actif (inductif) de déplacements linéaires et permet ainsi la mesure du déplacement créé par la seule déformation de la pièce (Figures IV.4 & IV.5) sans prendre en compte la déformation du bâti de la machine. L’utilisation de cet appareil, astucieusement placé entre les deux mors de la machine, permet d’accroître considérablement la précision de la mesure du déplacement, qui est de l’ordre du micron. Avant chaque test, un calage de l’échantillon s’effectuait par l’application d’une pré charge d’environ 10 N. L’acquisition des données s’effectuait à l’aide du logiciel ViewLab® . L’interface de ce logiciel permet de visualiser à la fois le déplacement du LVDT et l’effort enregistré par le capteur de force. L’utilisation d’un tableur (Excel®) a permis l’exploitation des données (Effort/Déplacement du LVDT) et ainsi l’obtention des courbes expérimentales. Au total, au cours de cette deuxième étape 46 pièces issues de 9 mandibules ont été testées. Modélisation numérique de l’os mandibulaire appliquée à l’implantologie dentaire et maxillo – faciale Ecole des Mines de Paris- CHU de Nice- Faculté de Médecine de Nice -58- Le tableau IV.2 transcrit les valeurs des modules d’Young déterminées par l’analyse inverse de chaque échantillon de chaque sujet. Les valeurs moyennes oscillent entre 2000 MPa (S7) et 4333,3 MPa (S8) (Figure IV 6). L’écart final au sens des moindres carrés entre les courbes expérimentales et les courbes simulées à l’aide du module d’Young identifié est en moyenne inférieur à 0,5% à l’exception des échantillons S11 et S14 pour lesquels il est légèrement plus élevé (respectivement 0,7% et 1,18%). La marge d’erreur ainsi calculée est suffisamment faible pour conclure à une détermination fiable du module d’Young par méthode inverse.