CFEH 38 ème Journées Nationales d Etudes sur la Stérilisation dans les établissements de santé. Welcome aboard. Institut Mines-Télécom

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1 CFEH 38 ème Journées Nationales d Etudes sur la Stérilisation dans les établissements de santé Welcome aboard

2 Corrosion et Instruments chirurgicaux : le problème est-il réglé? Corrosion & surgical tools Solving the problem? Instruments, valeur du parc estimée à Chiffres AP-HP, bloc orthopédie 4/22/2016

3 Qui-suis-je? Dr. Jean Geringer / geringer@emse.fr Skype ID : jean.geringer Enseignant-chercheur / Ingénieur / Agrégé de sciences physiques option chimie. fr.linkedin.com/pub/jean-geringer/7/988/b26/ Activités enseignement Mines Saint-Etienne-ISTP : Thermodynamique, Mécanique des fluides Cours et TD, FA & FC Mines Saint-Etienne-ICM : Thermodynamique, Mécanique des fluides TD ICM 1A Mines Saint-Etienne-ICM : option Ingénierie et Santé, Module Matériaux-Mécanique & Santé, cours Biomatériaux-Matériaux implantables Cours + TD + oral ICM 3A Ecole Centrale Lyon : initiation aux biomatériaux, polymères implantables ECL 2A Ecole des Mines de Nancy : initiation aux biomatériaux / tribocorrosion (tribologie & corrosion) 2A Environ heures par an, activité environ équivalente à un maître de conférences env. 192 heures La recherche : 45 articles; + 54 actes de conférence; + 43 posters 3

4 Qui-suis-je? Implants orthopédiques Science des matériaux, Biomatériaux, tribologie, Bio Tribocorrosion, Biomécanique 3 domaines de recherche Fretting/frottement-corrosion / Double mobilité / Chocs 4 4/22/2016

5 Qui-suis-je? Quelques images 5 4/22/2016

6 Déclaration de liens d intérêts Nom auto-entrepreneur Geringer / Implants N SIRET N SIREN Adresse : 62 bis, rue Henri Dechaud Saint-Etienne / France Code NAF 7490B Vous avez rédigé un article, intervenez ou êtes intervenu dans des congrès, conférences, colloques, réunions publiques diverses ou formations organisés ou soutenus financièrement par des entreprises ou organismes privés entrant dans le champ de compétence, en matière de santé publique et de sécurité sanitaire, de l organisme ou de l instance collégiale objet de la déclaration Société SERF / à l arrêté prévu à l article R du code de la santé publique N SIRET N SIREN

7 Cahier des charges Corrosion : facile? Instruments et corrosion, ça ne devrait pas? Bimétal - couplage galvanique corrosion par piqûres Effet stérilisation? 7

8 Quelques exemples Les contraintes de mise à disposition rapide d un matériel fiable et stérile en vue d une intervention nécessitent une organisation rigoureuse et un respect des engagements des différents acteurs. La gestion des ancillaires est une problématique difficile à résoudre dans son ensemble de part ses interfaces. Stérilisateur = cocotte minute? Dr. Damien Talon, Hôpitaux universitaires APHP, 4/22/2016

9 Quelques exemples Assemblage tête-cône, prothèse totale de hanche Ti-6Al-4V Langlais et al. 316L Débris, oxydes, rouille 5 millions de cycles (secondes) Fretting corrosion, couplage galvanique, etc. 9 4/22/2016

10 Quelques exemples Total hip prosthesis Plaidoyer pour la modularité cervicale dans les PTH : à propos d'une série de 233 tiges GEOMODULAR posée consécutivement entre 1996 et 2000 dans 2 centres H. Mathevon, Ph. Stahl et le Groupe GRION, MO n 187 Octobre 2009 Thèse de doctorat Dr. B. Boyer Pr. Farizon 10 4/22/2016

11 Les normes NF EN 285+A2 : Stérilisation- Stérilisateurs à la vapeur d eau. Grands stérilisateurs (Indice de classement : S ) (juillet 2009) NF EN A2 : Petits stérilisateurs à la vapeur d eau (Indice de classement : S ) - (avril 2010) Stérilisateurs pour laboratoires NF EN : Biotechnologie - Équipement - Critères de performance pour les stérilisateurs à la vapeur d'eau et les autoclaves (Indice de classement : X42-124) (Juin 1998) Stérilisateurs à l oxyde d éthylène NF EN 1422+A1 : Stérilisateur à usage médical Stérilisateurs à l oxyde d éthylène Exigences et méthodes d essai (Indice de classement : S ) (Juillet 2009) Stérilisateurs à la vapeur et au formaldéhyde NF EN /IN1 : Stérilisateurs à usage médical Stérilisateurs à la vapeur et au formaldéhyde à basse température Exigences et essais (Indice de classement : S ) (juillet 2009) S. MARGUERITE Pharmacien Unité de Stérilisation Hôpital René Dubos PONTOISE D. GAUDELET Cadre Supérieur de Santé IBODE, Pôle prestataires Médicotechniques CHARLEVILLE MEZIERES 11 4/22/2016

12 Cahier des charges Corrosion : facile? Instruments et corrosion, ça ne devrait pas? Bimétal - couplage galvanique corrosion par piqûres Effet stérilisation? 12

13 Alliage acier inoxydable 316L Alliage, acier inoxydable 1- C < 1,2% (peu d intermétalliques) 2- protection accrue contre la corrosion 3- Réseau CFC 4- ajout Mo pour sulfures (poison) 13

14 Alliage acier inoxydable 316L Moins l inox contient de carbone, plus il est résistant (minimum12 % de carbone) Composition d un 316L SS, spectrométrie d étincelles Acier inoxydable: Cr > 12% ; C < 1.2% (éviter la formation de carbures, fragilisation, etc.) Cr : gen élément, Cubique centré, film passif d oxydes de Chrome; protection. Ni : gen, Cubique faces centrées, meilleures propriétés mécaniques gen éléments : Al, Si, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W gen éléments : Mn, Co, Ni, Cu 14

15 Corrosion : facile? Contu et al. Corr Sci 47 (2005) groupes d aciers inox Acier inoxydable austénitique: o25 % chrome, 25 % de Ni omoins dur que le martensitique outilisé : À fonction statique écarteurs, valves, spéculum milieu qui favorise la corrosion protéines influence on corrosion? Acier inoxydable martensitique: ocontient plus de carbone o+ titane O Plus dur, résiste à l abrasion outilisé : Instruments coupants tranchants ancillaires d orthopédie burins ions protéines hormones Quid de la biocompatibilité? Dépend du patient???????? 15

16 Corrosion : facile? Potentiels d oxydo-réduction Métaux passifs Métaux corrodables Cefracor lectures 16 THERMODYNAMIQUE

17 Corrosion : facile? Passivity: The Key to Our Metals-Based Civilization, D.D. Macdonald, Pure Appl. Chem., 71, (1999). Réactions anodiques, à la surface du métal, équation, de Nernst THERMODYNAMIQUE Cefracor lectures 17

18 Corrosion : facile? Réactions cathodiques Réaction anodique + réaction cathodique, échange d électrons, pas de stockage d électrons 2H 2 e H 2 M M 2e 2( g ) O2( g ) 2H 2O 4e 4HO 2 M 2H M H 2( g ) M O H O M HO 2 2 2( g ) Réaction cathodique Réaction anodique Réaction totale THERMODYNAMIQUE 18

19 Corrosion : facile? THERMODYNAMIQUE M. Pourbaix, Atlas d'équilibres électrochimiques, Gauthier-Villars, Paris,

20 Corrosion : facile? Cefracor lectures THERMODYNAMIQUE M. Pourbaix, Atlas d'équilibres électrochimiques, Gauthier-Villars, Paris,

21 Corrosion : facile? Film passif rompu en raison des chlorures + dislocations (coin & vis, shrink & screw) THERMODYNAMIQUE & CINETIQUE R. Staehle, Transient stability of passive Films in aqueous solutions, Corr Sci 49 (2007) 7 21

22 Corrosion : facile? Butler-Volmer équation, cinétique CINETIQUE Cefracor lectures 22

23 Corrosion : facile? Butler-Volmer equation, kinetic Voltampérométrie cyclique, gradient de potentiel et mesure de I, pb: pas d état stationnaire Potentiels imposés, potentiels fixes, stabilisation, état pseudo stationnaire Mesure des courants de corrosion, possible Mesure des résistances de polarisation 1 st order development R p : énergétique extraction des charges du métal, métaux passifs Rp : extraction des charges aisée, métal non protégé CINETIQUE 23

24 Corrosion : facile? Volume d usure total Synergie entre corrosion et usure Usure mécanique sans corrosion W W m Synergie : usure mécanique due à la corrosion W c W Synergie Synergie so-so W Wmc Wcm Wi THERMODYNAMIQUE & CINETIQUE Synergie : usure corrosive due à la mécanique 24 4/22/2016

25 Corrosion : facile? Observations par caméra à travers un échantillon transparent 25 4/22/2016

26 Instruments et corrosion? Corrosion : facile? Instruments et corrosion, ça ne devrait pas?, OUI Bimétal - couplage galvanique corrosion par piqûres Effet stérilisation? 26 4/22/2016

27 Effet stérilisation Corrosion : facile? Instruments et corrosion, ça ne devrait pas?, OUI Bimétal - couplage galvanique corrosion par piqûres, OUI Effet stérilisation? 27 4/22/2016

28 Effet stérilisation Pour une prothèse de coude Hopital Saint Joseph Chrome Ressemble à l inox N adhère pas à l aimant Ne jamais stériliser ensemble Inox et Chrome, POURQUOI? Aluminium 3 fois plus léger que l acier Excellent conducteur thermique 7 familles d alliages Anodisation de surface Stable à entre ph3 et ph9 Ne jamais utiliser la soude NaOH Conteneurs, certains ancillaires 28 4/22/2016

29 Effet stérilisation Gestion des non conformités par les pharmaciens, stérilisation Stérilisation vapeur d eau : la plus commune Milieu aqueux + métal = corrosion ( + température ) Le conditionnement et la manutention sont un point clef : éviter les chocs et les frottements A propos d un test de conformité : en existe-t-il un pour les ancillaires? Ou simplement visuel? 29 4/22/2016

30 Conclusion et Le problème n est pas réglé Contre Nature : c est impossible et l on y peut rien changer Thermodynamique Cinétique Pierre angulaire de notre civilisation 1 acier inoxydable, corrosion naturelle : 1-2 µm par an, pfff.. Mais quand même Synergie Ecole d ingénieurs-université-hôpital Chacun : expert dans sa discipline + créer des liens 30 4/22/2016

31 Des questions? 31 4/22/2016

32 Tribocorrosion/implants & Soccer world championship? France-Chine, june 2006, Surgical operation by Pr. Farizon, head of orthopedic surgery, St-Etienne Hospital 32 4/22/2016

33 Tribocorrosion Tribos: friction; logos : science (greek) Tribologie: friction science Corrosion: rodere, latin language: to gnaw; the corrosion is an irreversible and interfacial reaction of a material that involves erosion and comsuption of the material, i.e. dissolution of a part in the environment. (D. Landolt, 1993, p. 2, Corrosion & Chimie des matériaux, Eds PPUR). Tribocorrosion: Friction study between materials (one is submitted to corrosion). Orthopedic implants Orthos: right (droit) ; pais, paidos: Kid-child (enfant) ; paiden: I walk (je marche en grec) 33 4/22/2016

34 Tribocorrosion, orthopedic implants Total Hip Arthroplasty, THA Issues 152,000 hip replacement surgery a year in France (2012) B41EE9E317E9C97A5 332,000 total hip replacement in US (2014), years: 10 % new implantation 34 4/22/2016

35 Tribocorrosion, orthopedic implants Thèse 391 SGM Jean Geringer ENSM-SE 2005, Ph.D document * * * *: Debris & osteolysis *: Shocks *: Friction & fretting * Shocks, till 9 kn, during 15 ms, so specific Fretting and friction of prosthetic constituents * * * Langlais et al. 35 4/22/2016

36 Tribocorrosion, orthopedic implants Test ENSM-SE, fatigue ISO Ti-6Al-4V 316L Oxydes debris 5 millions of step, fatigue sollicitation Fretting corrosion Thèse 391 SGM Jean Geringer ENSM-SE, Ph.D Mechanics + tribology + corrosion = wear debris (one: no scientific explanation) Biocompatibility issues 36 4/22/2016

37 Quelques exemples Qui croire? 37

38 Cahier des charges Corrosion : facile? Instruments et corrosion, ça ne devrait pas? Bimétal - couplage galvanique corrosion par piqûres Effet stérilisation? 38

39 Effet stérilisation Pour une prothèse de coude Hôpital Saint Joseph Chrome Ressemble à l inox N adhère pas à l aimant Ne jamais stériliser ensemble Inox et Chrome, POURQUOI? Aluminium 3 fois plus léger que l acier Excellent conducteur thermique 7 familles d alliages Anodisation de surface Stable à entre ph3 et ph9 Ne jamais utiliser la soude NaOH Conteneurs, certains ancillaires 39 4/22/2016