Hémiarthoplasties d’épaule avec implants en
pyrocarbone

 Le pyrocarbone

Production du pyrocarbone

Les pyrocarbones sont une des formes de carbone solide non cristallines (en opposition aux diamants). Ils ont été développés dans le carde de l’industrie nucléaire, au cours des années 1950 à 1960. Ils sont nés d’une collaboration franco-américaine entre la General Atomics (San Diego) et le Commissariat à l’Energie Atomique (Grenoble). Le pyrocarbone (PyC) est produit par pyrolyse (décomposition thermique) de gaz carboné. Il s’agit d’une réaction de CVD (Chemical Vapor Decomposition) dans laquelle les conditions de température (environ 1500°C) et de pression vont porter le gaz à un état de déséquilibre pour rompre ses liaisons H-C (c’est la réaction cracking) et former des liaisons C-C en se déposant sur les surfaces disponibles et donner le PyC. Le nombre et la taille d’implants pouvant être en même temps revêtu de PyC sont limités par le diamètre du tube dans lequel a lieu la réaction de CVD, afin que les différents paramètres de volume et de température puissent être contrôlés [1, 2]. Le PyC est utilisé en tant que revêtement d’environ 1 mm d’épaisseur déposé sur un substrat choisi en fonction de sa nature chimique, sa forme, sa résistance à la chaleur, sa topographie de surface et son coefficient de dilatation thermique. Le graphite est le substrat de choix du PyC, puisqu’il possède un coefficient de dilatation thermique proche de ce dernier (figure 1). Le PyC étant radiotransparent, de la poudre de tungsten est mélangée à la poudre de graphite pour la rendre radioopaque. Après ce mélange, le graphite est usiné et poli à la dimension voulue de l’implant en y soustrayant l’épaisseur de PyC qui y sera déposée. Ensuite, la réaction de CVD thermique a lieu afin de déposer la couche de PyC (figure 2). Sur des radiographies standard, l’implant en PyC apparaît donc plus petit que sa taille réelle puisque seul le substrat de graphite est rendu radio-opaque. L’implant obtenu est poli puis assemblé à un cône morse en chrome-cobalt. Ce cône morse a la particularité de posséder une embase métallique qui joue un rôle de butée en bloquant la translation de la tête lorsqu’une force y est appliquée. Ainsi, les charges sont réparties entre l’embase métallique et la tête en PyC. Le graphite et le PyC étant peu résistants aux déformations en flexion, cela permet d’éviter tout phénomène de fracture de l’implant lors de sa mise en charge (figure 3). Après cet assemblage, la phase de stérilisation peut afin avoir lieu.

Propriétés du pyrocarbone 

1. Biocompatibilité La stabilité chimique du carbone fait du PyC un matériau particulièrement inerte et biocompatible. Sa nature hydrophobe permet l’adsorption de protéines circulantes rendant sa surface inactive, en terme de réactivité chimique et biologique [3]. Il a été également montré que le PyC n’active pas la voie du complément, expliquant en partie ses propriétés antithrombotiques [4]. C’est grâce à ces caractéristiques que le PyC a pu être utilisé pour la première fois dans le domaine médical en 1969 dans des valves cardiaques mécaniques. 2. Elasticité Comme représenté sur le tableau 1, le graphite et le PyC ont un module d’élasticité similaire à celui de l’os cortical. La combinaison du graphite, plus élastique que l’os, et du PyC très résistant, permet d’obtenir un ensemble élastique avec une surface très résistante. Cela assure une transmission optimale des contraintes à l’os, limitant les douleurs et l’érosion, contrairement au métal ou à la céramique (trop rigide).