Thèse Développement de Couches Polymères et Composites Macroporeuses par Freeze-Casting sur Substrats en Ta6v pour des Applications Orthopédiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : CIRIMAT - Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux Direction de la thèse : Jérémy SOULIE ORCID 0000000178319415 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-15T23:59:59 Les implants orthopédiques en alliage de titane TA6V sont largement utilisés pour leur excellente résistance mécanique et leur biocompatibilité. Cependant, leur caractère bioinerte limite l'ostéointégration, tandis que les infections associées aux implants demeurent une complication clinique majeure. Ce projet de thèse vise à développer un revêtement macroporeux à base de chitosane déposé sur des substrats en TA6V par le procédé de freeze-casting. Le chitosane, polymère biosourcé, biocompatible et naturellement antibactérien, sera associé à des charges minérales bioactives afin de renforcer ses propriétés ostéoinductrices.

Les travaux porteront sur la compréhension des mécanismes d'adhésion entre le revêtement et le substrat métallique, l'optimisation de la formulation du composite (chitosane, acide acétique, charges minérales), ainsi que le contrôle de la structure poreuse grâce à la maîtrise des paramètres de congélation. Une attention particulière sera accordée à l'influence des traitements de surface du TA6V, de l'épaisseur du revêtement et des transferts thermiques au cours du procédé. Des simulations par éléments finis seront réalisées afin d'analyser les phénomènes de transfert de chaleur et le comportement mécanique du système.

L'objectif est d'obtenir un revêtement adhérent, macroporeux, antibactérien et ostéoinducteur, capable de favoriser la colonisation cellulaire et l'intégration osseuse, tout en améliorant les performances des implants orthopédiques de nouvelle génération. Les alliages de titane, notamment le TA6V, sont largement utilisés pour la fabrication d'implants orthopédiques grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques et à leur résistance à la corrosion. Toutefois, leur surface reste bioinerte, limitant les interactions avec le tissu osseux et ralentissant l'ostéointégration. Les infections associées aux implants constituent également une cause importante d'échec clinique.

Le chitosane est un polymère naturel présentant une excellente biocompatibilité ainsi que des propriétés antibactériennes intrinsèques. Cependant, les revêtements conventionnels de chitosane possèdent une porosité insuffisante pour favoriser l'invasion cellulaire et leur adhérence sur les substrats métalliques demeure peu étudiée. Le procédé de freeze-casting permet de produire des architectures poreuses orientées dont les dimensions sont compatibles avec la régénération osseuse. L'association de cette technique avec des composites chitosane/charges bioactives constitue une approche innovante pour élaborer des revêtements multifonctionnels destinés aux implants de nouvelle génération. L'objectif principal est de développer des revêtements macroporeux à base de chitosane et de composites chitosane/charges bioactives sur des substrats en alliage de titane TA6V par le procédé de freeze-casting. Les travaux viseront à :

améliorer l'adhérence des revêtements sur le substrat métallique ;
contrôler la porosité afin de favoriser la colonisation cellulaire ;
conférer des propriétés antibactériennes et ostéoinductrices aux revêtements ;
comprendre les relations entre formulation, procédé de fabrication, microstructure et propriétés mécaniques et biologiques Le projet reposera sur une approche expérimentale et numérique comprenant :

la préparation et le traitement de surface des substrats en TA6V ;
l'élaboration de formulations à base de chitosane, d'acide acétique et de charges minérales bioactives ;
le dépôt des revêtements et leur mise en forme par freeze-casting ;
la conception de moules dédiés au procédé ;
les caractérisations physico-chimiques, structurales, mécaniques et biologiques des matériaux ;
la modélisation par éléments finis des transferts thermiques, de la solidification et du comportement mécanique du système

Le candidat ou la candidate devra être titulaire (ou en cours d'obtention) d'un diplôme de niveau Master 2 ou d'un diplôme d'ingénieur en science et génie des matériaux, chimie, génie des procédés ou dans un domaine connexe.
Des connaissances en polymères, biomatériaux, traitements de surface, élaboration de matériaux ou caractérisations physico-chimiques seront particulièrement appréciées. Une première expérience en laboratoire de recherche (stage de Master ou projet de recherche) constituera un atout.
Le ou la candidate devra faire preuve de curiosité scientifique, d'autonomie, de rigueur expérimentale et d'un fort intérêt pour la recherche interdisciplinaire à l'interface entre science des matériaux, procédés et biomédical. Des compétences en modélisation numérique ou en simulation par éléments finis seraient un plus, mais ne sont pas indispensables.
Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique, à l'écrit comme à l'oral, est requise afin de communiquer les résultats dans des revues internationales et lors de conférences.