Modélisation du comportement thermomécanique des alliages à mémoire de forme : prise en compte de l'endommagement et de la rupture. Applications aux instruments endodontiques

Mots clés

alliages à mémoire de forme , transformation martensitique , endodontie, essais mécaniques de pénétration – retrait, simulation numérique , implémentation de modèle de comportement

Détail de l'offre

L'endodontie moderne repose largement sur l'utilisation de limes en alliages à mémoire de forme (AMF) en Nickel-Titane (NiTi), dont la flexibilité induite par superélasticité permettent de traiter efficacement des canaux radiculaires complexes. Toutefois, la durabilité de ces instruments reste limitée par des phénomènes de fatigue fonctionnelle et structurelle, ainsi que par des risques accrus de ruptures instrumentales signalées par les professionnels de santé [1]. Pour répondre à cet enjeu de santé publique et de sécurité, le projet ANR ENDOPTISHAPE vise à développer un outil numérique prédictif global d'aide à la conception et à la pratique clinique.

C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse, hébergée au sein de l'équipe LEM3-MMSV située sur le campus Polytech Nancy et dans la continuité des précédents travaux menés par l'équipe [2,3,4]. Le travail du doctorant consistera à développer une version avancée de la loi de comportement thermomécanique des AMF, en y couplant les effets de la plasticité, de l'endommagement et de la rupture du matériau [5]. Les techniques numériques des équations constitutives seront revisitées afin d'accélérer le temps de calcul et améliorer la fiabilité et la robustesse des simulations. Cette nouvelle formulation sera implémentée via une routine matériau UMAT dans le code de calcul par éléments finis Abaqus. Parallèlement, le doctorant s'investira activement dans la caractérisation expérimentale au sein du plateau technique du laboratoire (plateau SMART), en améliorant l'essai de référence de pénétration-retrait (notamment grâce à l'intégration d'une enceinte climatique simulant la température buccale de 35 °C et l'utilisation d'un capteur d'efforts multiaxial). Des investigations similaires seront également menées pour caractériser les performances de l'instrument en flexion-torsion. Enfin, le travail inclura une phase essentielle de confrontation entre les données expérimentales et les prédictions numériques pour valider le modèle développé.
Ainsi, quatre axes de travail fortement connectés seront considérés pour mener à bien ce projet de thèse.

- Étude bibliographique et formalisation théorique : Réalisation d'un état de l'art approfondi sur le comportement thermomécanique des AMF, les mécanismes d'endommagement et de rupture applicables aux instruments endodontiques.
- Développement et implémentation numérique : Enrichissement de l'expression proposée de l'énergie libre associée au comportement thermomécaniqe des AMF pour intégrer le couplage entre transformation martensitique, plasticité et endommagement, suivi de son codage et de son implémentation dans Abaqus. Cette étape fera suite à une première phase d'amélioration des performances des outils numériques.
- Caractérisation expérimentale avancée : Conduite d'essais de pénétration-retrait optimisés (sur canaux artificiels et dents réelles) à la température buccale de 35 °C, avec l'acquisition fine des composantes du torseur d'action mécanique. Une démarche similaire sera conduite pour les essais de flexion-torsion.
- Validation et couplage : Analyse comparative rigoureuse entre les réponses mesurées expérimentalement et les résultats numériques issus du modèle, contribuant directement à l'enrichissement de l'outil prédictif global du projet.