Introduction
Première grande étape de ma thèse : le choix du matériau. Cela n’a pas été facile, car chaque matériau a ses avantages et ses inconvénients. Pour faire un choix, il a fallu imprimer de nombreuses orthèses et les tester mécaniquement.
Matériaux sélectionnés
Pour rappel, nous avions retenu trois matériaux recyclés :
- le Polyéthylène Téréphtalate (PET), que l’on retrouve dans les bouteilles plastiques. Ce matériau a l’avantage d’être recyclable et imprimable, ainsi que d’avoir de très bonnes propriétés mécaniques.
- le Thermoplastique Polyuréthane (TPU), qui est de plus en plus utilisé dans le domaine du sport et de la santé pour sa flexibilité. Il possède un grand potentiel en orthopédie pour le confort qu’il peut apporter aux patients. De plus, il est recyclable et facile à imprimer en 3D. Cependant c’est un matériau qui coûte cher et il ne possède pas de filière de recyclage.
- le Polypropylène (PP), qui est traditionnellement utilisé en orthopédie. C’est un polymère recyclable qui est présent notamment dans nos emballages du quotidien ou dans nos voitures. En revanche, il est difficile à imprimer en 3D car il a tendance à se décoller du plateau.
Objectif
Notre objectif est d’imprimer des orthèses avec les trois matériaux et d’étudier le panel de propriétés mécaniques qu’il est possible d’obtenir. Comme les trois matériaux n’ont pas le même comportement mécanique (le PET est rigide, le PP est semi-rigide et le TPU est flexible) nous avons aussi fait varier l’épaisseur de l’orthèse qui agit fortement sur sa raideur.
Impression 3D
Pour faire les impressions 3D, nous avons utilisé des filaments recyclés de PET et TPU, élaborés respectivement à partir de bouteilles plastiques et de chutes de l’industrie de la chaussure. Nous n’avons pas pu utiliser de filament recyclé en PP car son impression n’est pas encore maîtrisée. Nous nous sommes donc servis d’un filament non recyclé en PP, qu’utilise Handicap International pour faire des orthèses. Voilà toutes les orthèses que nous avons pu imprimer :
Test mécanique
Nous avons ensuite testé les orthèses, au risque de les casser. Pour cela, nous avons monté un banc d’essai qui reproduit la flexion du pied durant la marche ce qui permet de mesurer la raideur des orthèses. En parallèle, nous avons développé un modèle numérique qui reproduit l’essai mécanique et nous permet d’approfondir nos analyses et d’étudier par exemple les zones qui sont les plus sollicitées dans l’orthèse pendant la marche.
Résultats
Au final, nous avons obtenu des orthèses avec des raideurs très différentes. Plus le matériau est rigide et plus l’épaisseur de l’orthèse est élevée, plus sa rigidité sera grande ce qui limitera les mouvements du patient. Nous étions étonnés de remarquer qu’il existe une relation linéaire entre la raideur et l’épaisseur de l’orthèse, ainsi que la rigidité du matériau. Ce résultat pourrait à terme aider les orthoprothésistes dans leur travail, en leur permettant de choisir la raideur de l’orthèse dès la conception, afin de répondre au mieux aux besoins du patient.
Conclusion
Finalement, les orthèses en PET ou TPU recyclés ne permettent pas de répondre aux besoins d’Handicap International. Ainsi, nous avons choisi le PP comme matériau d’étude durant ma thèse. Bien qu’il soit encore difficile à imprimer, notamment lorsqu’il est recyclé, nous allons nous appuyer sur la science des matériaux pour y parvenir !
