FR 2578780 A1 19860919 FR 8503591 A 19850312 PIECE EN POLYOLEFINE DE HAUT POIDS MOLECULAIRE NOTAMMENT POUR PROTHESE ARTICULAIRE ET SON PROCEDE DE FABRICATION PAR FORGEAGE EN MATRICE FERMEE La présente invention a pour objet une piece en polyoléfine de haut poids moléculaire, notamment pour prothèse articulaire, résistant au frottement et au fluage, et un procédé de fabrication de ladite piè- ce par forgeage en matrice fermée. De façon plus précise, elle concerne des pièces pour prothèse articulaire en polyoléfine de haut poids moléculaire, dans lesquelles les chaînes de la polyoléfine présentent une orientation particuliè- re qui est obtenue lors du forgeage des pièces en ma- trice fermée et qui permet d'améliorer la résistance au fluage et à L'usure de ces pièces. Les prothèses articulaires telles que les prothèses totales de la hanche sont constituées géné- ralement de deux pièces comportant une partie hé- misphérique, frottant l'une contre l'autre. Ces deux pièces sont: - d'une part, une prothèse fémorale avec une queue et une tête solidaires ou non, la queue étant réalisée en alliage métallique, par exemple en acier inoxydable, en alliage cobalt-chrome-molybdène ou en alliage de titane, et la tête étant métallique ou cé- ramique, par exemple en aLumine frittée; et - d'autre part, une prothèse cotyloidienne appelée "cotyle" fixée sur le bassin à l'aide d'un ciment en polymère, par exemple en polyméthacryLate de méthyle. Le cotyle peut être constitué d'une matière céramique telle que l'alumine frittée, mais il est, la plupart du temps, réalisé en polyéthylene de très haut poids moléculaire. En effet, les céramiques sont des matériaux fragiles, ce qui limite actuellement leur développe- ment dans ce type de prothèse. De ce fait, la majorité des prothèses actuelles comportent un cotyle en poly- éthylène de haut poids moléculaire, et leur durée de vie est estimée à 12 ans environ. Cette dernière ne semble pas limitée par la biocompatibilité du maté- riau, mais plutôt par des phénomènes de fluage et d'usure du cotyle. Aussi, des recherches sont poursuivies ac- tuellement pour tenter d'augmenter la longévité des prothèses articulaires. Dans ce but, on peut envisa- ger, soit de changer les matériaux constituant la pro- thèse, soit de tenter d'améliorer les proriétés méca- niques des prothèses existantes. La deuxième solution parait plus intéres- sante car elle évite d'avoir à reprendre l'étude de la prothèse et d'avoir à tester la biocompatibilité des matériaux sur une période suffisamment Longue; en effet, la plupart des rejets dus à une mauvaise bio- compatibilité n'apparaissent qu'après plusieurs an- nées d'implantation. La présente invention a précisément pour objet une pièce en polyoléfine de haut poids molécu- laire, notamment pour prothèse articulaire, dont la structure a été modifiée par forgeage en matrice fer- mée, de façon à améliorer les propriétés mécaniques de la pièce, notamment sa résistance au fluage et à l'usure. La réalisation de pièces en matière thermo- plastique par forgeage en matrice fermée, est une technique bien connue qui a été mise en oeuvre depuis plusieurs années pour fabriquer des pièces en polypro- pylene et en poLyéthyLène de haute densité. Cependant, jusqu'à présent, les recherches effectuées sur le forgeage de prothèses en matériaux thermoplastiques n'ont pas permis d'obtenir, grâce au choix des condi- tions de forgeage, une amélioration possible des pro- priétés mécaniques des pièces. En effet, jusqu'à présent, le choix des con- ditions de forgeage a surtout été étudié en vue d'ob- tenir des pièces exemptes de défaut à partir de matiè- res plastiques difficiles à forger, telles que les po- Lyacétals, qui présentent une faible ductilité. Ceci est décrit en particulierpar K.M. KULKARNI dans le brevet américain US-A-3 825 648, qui étudie l'in- fluence de certaines conditions de forgeage sur la qualité des pièces obtenues et en déduit que l'un des paramètres importants est la vitesse de forgeage qui ne doit pas excéder une valeur reliée de façon étroite à un coefficient de complexité qui tient surtout comp- te de la forme de la pièce à réaliser. Ainsi, dans ce coefficient, la notion d'hétérogénéité de la déforma- tion n'intervient pas et il n'est pas prévu d'obtenir une amélioration des propriétés mécaniques de la pièce en favorisant certaines déformations locales. Toutefois, d'autres auteurs tels que Paul Raymond SMITH "Solid-phase forming polymers" Mars 1979, University of Leeds, Thèse pour l'obtention du titre de "Docteur en philosophie", ont envisagé d'améliorer les propriétés mécaniques de prothèses en polymère thermoplastique tel que le polyéthylène, par le choix de certaines conditions de forgeage. Ainsi, SMITH a trouvé que certaines conditions de forgeage permettent d'améliorer la dureté des pièces, mais à la suite de ses expérimentations, il n'a pas été possible d'obtenir des pièces présentant des résistances à l'usure et au fluage améliorées par rapport à celles de pièces usinées. Or, on sait que le fluage est un phénomène très important dans l'estimation de la résistance à long terme des prothèses, car c'est le phénomène prin- cipal d'évolution du cotyle. La présente invention a précisément pour objet une pièce en polyoléfine de haut poids molécu- Laire, notamment pour prothèse articulaire, présen- tant des propriétés mécaniques améliorées, notamment en ce qui concerne sa résistance à L'usure et au flua- ge, et un procédé de fabrication de ladite pièce par forgeage en matrice fermée. La pièce en polyoLéfine de haut poids molé- culaire, selon l'invention, comporte une surface de frottement et elLe se caractérise en ce que La struc- ture de la polyoLéfine est telle que les chaînes de la potyoLéfine sont orientées parallèlement à Ladite sur- face de frottement, au moins dans la zone de ladite pièce située en dessous ou affleurant ladite surface de frottement, de façon à obtenir une résistance au fluage au bout de 48 heures équivalant à une déforma- tion par fLuage d'au pLus 16% dans l'essai de fLuage seLon la norme ASTM D 695-80. On précise que, seLon l'invention, on entend par potyoLéfine de haut poids moléculaire une polyolé- fine teLLe qu'une ébauche réalisée en cette polyoLéfi- ne et n'ayant pas subi de déformation préalable con- serve sa forme initiale lorsqu'elle est portée à une température allant de La température de fusion Tf de La polyoLéfine jusqu'à environ 10 C audessus de cette température de fusion Tf. - GénéraLement, La polyoLéfine est du poly- éthyLène. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, La pièce est une pièce pour prothèse ar- ticuLaire destinée par exemple à une prothèse de la hanche, du genou ou de L'épaule. Cette structure particulière de La pièce de L'invention, peut être obtenue Lors de La fabrication de cette pièce par forgeage en matrice fermée, grâce au choix de certaines conditions de forgeage, qui per- mettent de maîtriser Les taux de déformation locale de la potyotéfine et d'obtenir ainsi cette orientation des chaînes de la polyoléfine au moins dans La zone de la pièce située en dessous ou affleurant la surface de frottement. L'invention a donc également pour objet un procédé de fabrication de ladite pièce par forgeage en matrice fermée d'une ébauche en polyoltéfine de haut poids moléculaire. Ce procédé comprend les étapes suivantes: a) porter à la température de forgeage une ébauche de Ladite poLyoléfine, dans laquelle le rap- port longueur de l'ébauche/dimension transversale de l'ébauche est d'environ 0,6 à environ 1,7, la tempé- rature de forgeage étant située dans la gamme de tem- pératures allant d'environ 200C en dessous de la tem- pérature de fusion Tf de ladite polyotéfine à environ C au-dessus de cette température de fusion Tf. b) disposer l'ébauche portée à ladite tempé- rature de forgeage dans une matrice de forgeage sus- ceptible d'être obturée par un poinçon déplaçable en translation dans ladite matrice dans le sens de la hauteur de l'ébauche, c) appliquer au poinçon une pression supé- rieure à la contrainte d'écoulement de ladite poLyolé- fine à ladite température de forgeage et déplacer le- dit poinçon jusqu'à une position finale pour forger ladite ébauche dans ladite matrice, avec un taux de réduction de 0,4 à 0,8, d) maintenir le poinçon en position finale pendant une période allant d'environ 90 à environ 150 secondes pour obtenir un retrait homogène et un bon contrôle dimensionnel dela pièce finale, et e) extraire la piece forgée de la matrice. Le choix, selon l'invention, des conditions de forgeage précitées permet d'obtenir le taux de dé- formation voulu, qui constitue le facteur essentiel pour l'amélioration des propriétés mécaniques de la pièce forgée. Ainsi, la géométrie de L'ébauche qui est définie par le rapport longueur de l'ébauche/dimension transversale de l'ébauche est un facteur primordial qui intervient pour définir Le taux de déformation lo- cal de la matière. Selon l'invention, on utilise une ébauche ayant un rapport longueur/dimension transver- sale de 0,6 à 1,7, car les déformations sont plus for- tes lorsque la longueur est importante par rapport à la dimension transversale de l'ébauche. Toutefois, on ne peut dépasser la valeur de 1,7, car au-delà de cet- te valeur, on peut obtenir certains défauts, par exem- ple une mauvaise sphéricité de la surface de frotte- ment dans Le cas d'un cotyle de prothèse de la hanche. De plus, pour des valeurs importantes du rapport lon- gueur/dimension transversale, il risque de se produire un flambage de l'ébauche. A des valeurs inférieures à 0,6, le taux de déformation n'est pas suffisant pour obtenir une orientation des chaînes de la polyoLéfine suffisante pour améliorer la résistance au fluage. Pour obtenir le taux de déformation voulu dans de bonnes conditions, les dimensions de l'ébauche doivent être adaptées aux dimensions de la pièce à réaliser. IL est préférabLe en particulier que la lon- gueur de l'ébauche soit telLe que le taux de réduction obtenu par forgeage soit de 0,4 à 0,8. le taux de réduction est défini par La formule: Hi. Hf H. dans laquelle Hi est la Longueur de l'ébauche et Hf est la longueur de la pièce forgée; dans le cas des prothèses de la hanche, Hf est l'épaisseur du cotyle. D'autres paramètres tels que la température de forgeage, la température de la matrice et la vites- se de forgeage influent également sur les taux de dé- formation locaux à l'intérieur de la pièce. Ainsi, la température de forgeage à laquelle on porte l'ébauche, constitue un paramètre important, car c'est Le princi- pal facteur qui influe sur le comportement de la poly- oléfine. Selon l'invention, on choisit cette tempéra- ture de forgeage dans la gamme allant de 20 C en des- sous de la température de fusion Tf de ladite polyolé- fine jusqu'à 10'C au-dessus de cette température de fusion Tf. On précise que la température de fusion Tf de la polyoLéfine est déterminée par calorimétrie et qu'elle correspond au maximum de la vitesse de trans- formation enregistrée en calorimétrie. La fusion d'une polyoléfine change le comportement mécanique de celle- ci qui passe de viscoélastoplastique à viscoélastique. Ce comportement viscoélastique est observé à l'état fondu et la forte viscosité de la polyoléfine de haut poids moléculaire permet sa transformation par forgea- ge au-dessus de la température de fusion; cependant, l'orientation de la matière y est moindre que lors d'un forgeage à l'état solide. A basse température, c'est-à-dire à plus de 20 C en-dessous de la tempéra- ture de fusion, la polyoléfine est fragile, ce qui fait apparaître des ruptures au sein de celle-ci. La meilleure température de forgeage se situe donc dans le domaine de températures qui correspond à la fusion de la polyoléfine et la réalisation du forgeage à une température correspondant sensiblement à la fin de la fusion donne les meilleurs résultats, c'est-à-dire une bonne orientation des chaînes de la polyoléfine et peu de défauts résiduels. La température de forgeage a par ailleurs de nombreuses conséquences sur les pièces forgées. En ef- fet, la localisation de la déformation dépend forte- ment de la température de l'ébauche, notamment Lors- qu'on utilise un poinçon à la température ambiante. Dans ces conditions, il apparaît toujours une zone morte et La déformation est reportée vers des zones plus internes de La pièce. Lorsque La température de l'ébauche est faible, La déformation se localise sur- tout à proximité de La zone morte, laissant les zones les plus internes moins orientées, alors qu'une tempé- rature plus éLevée répartit la déformation sur une pLus grande épaisseur. Dans ce dernier cas, le taux de déformation Local maximum est toutefois moins éLevé, mais il peut être suffisant. La température de forgea- ge exerce également un effet sur L'apparition et La Locatisation des défauts dans La piece forgée. En ef- fet, ces défauts sont créés Lors du retrait du poinçon par Le retour élastique du poLymère suivant la théorie de Griffith. Lors de La suppression de la charge, le retour élastique du polymère met les extrémités des fissures pré-existantes en traction et provoque Leur extension dans des directions parallèles à La surface. Cet effet est d'autant pLus important que Le retrait éLastique est grand, donc à basse température. Aussi une température de forgeage relative- ment basse, influe à deux niveaux distincts sur L'ap- parition des défauts: 1) en Localisant la déformation dans le pièce, ce qui conduit à une augmentation du niveau de déformation local maximal, et 2) en augmentant Le retour élastique du polymère, ce qui conduit à un agrandissement des fissures. Dans Le cas du forgeage de pièces ayant la forme de cotyles, les deux mécanismes de fissuration provoquent le développement de trous dans des plans parallèles à La surface interne du cotyLe et les zones de plus forte déformation sont essentiellement locali- sées au fond du cotyle. De ce fait, L'apparition et Le développement de ces trous provoquent une décohésion du polymère et une relaxation partieLLe des contrain- tes internes. Ces deux effets conduisent à un aplatis- sement du fond du cotyle o les trous sont localisés, et à des défauts de sphéricité. Cependant, cet effet qui est très important à des températures relativement basses devient négligeable à température élevées Aussi, la fusion partielle de la polyoLéfine est un paramètre majeur dans le procédé de forgeage, car elle a une grande influence sur les propriétés et les défauts de la pièce forgée. Dans le procédé de l'invention, on porte l'ébauche à la température choisie pour le forgeage par chauffage dans une étuve, de préférence ventilée par de L'air, et la durée du chauffage est de préférence de 2 à 5h pour obtenir une bonne homogénéité de température dans L'ébauche. Les températures de la matrice et/ou du poinçon peuvent également jouer un rôle sur l'orienta- tion des chaînes de la polyoléfine, lors du forgeage. En effet, si l'on utilise un poinçon froid (à la tem- pérature ambiante), on abaisse localement la tempéra- ture de la polyoLéfine en augmentant ainsi son module d'élasticité et sa contrainte d'écoulement. La zone refroidie n'est plus déformée et se transforme ainsi en zone morte. La déformation est reportée au-delà de cette zone morte et le taux de déformation des grains et donc l'orientation des chaînes de la polyoléfine sont augmentés. Ainsi, le choix de la température du poinçon et du temps de contact du poinçon avec l'ébau- che qui dépend de la vitesse de forgeage, permettent de contrôler l'épaisseur de la zone morte. En revan- che, une température de poinçon supérieure permet d'éliminer la zone morte et, dans ce cas, la déforma- tion est maximale à la surface interne de la pièce forgée à laquelle sont associés des défauts orientés dans la direction de plus grande extension du polymè- re, parallèlement à la surface. SeLon l'invention, les températures du poinçon et/ou de la matrice peuvent aller de la tempé- rature ambiante, par exemple d'environ 20 C, à la tem- pérature de forgeage et l'on choisit ces températures en fonction de la zone de la pièce que l'on veut modi- fier par orientation des chaînes de la polyoLéfine. Par ailleurs, le poinçon et la matrice peuvent être à des températures différentes. Lorsque l'on utilise un poinçon maintenu à une température inférieure à la température de forgeage, La vitesse de forgeage, c'est-àdire La vitesse de déplacement du poinçon, qui détermine Le temps de contact entre le poinçon et L'ébauche durant la déformation, constitue également un paramètre important. En effet, celui-ci détermine également l'épaisseur de la zone morte et de ce fait, Les zones de La pièce o les chaînes de poLymère se- ront orientées. La vitesse de forgeage exerce également une influence sur la rhéologie du polymère, mais ce phéno- mène est sans doute moins important. SeLon l'inven- tion, on peut utiliser des vitesses de forgeage allant de 10 à 150 cm/min. Par ailleurs, cette vitesse peut varier, si on le désire, au cours du forgeage, en restant toute- fois de préférence dans les limites indiquées ci-des- sus. Le temps de maintien du poinçon en position finale et La charge qui lui est appliquée constituent aussi des paramètres importants du procédé de forgea- ge. En effet, les polyoLéfines ont un comportement viscoélastoplastique et lorsqu'une charge constante leur est appliquée, les contraintes internes à la po- lyoléfine peuvent se relaxer partiellement. Ces con- traintes sont responsables du retour élastique lors du retrait de la charge. Même dans une géométrie simple, la répartition des contraintes et l'orientation des chaînes de polyoléfine sont complexes. Le retour élas- tique est alors difficilement prévisible. Dans le cas d'une cavité cylindrique, lors- qu'on fait varier le temps de maintien du poinçon en position finale, sous charge maximale, on obtient des variations dimensionnelles qui peuvent donner une géo- métrie du type diabolo lorsque ce temps de maintien est faible, ou une déformation en tonneau lorsque le temps de maintien est long. Généralement, le temps de maintien sous charge maximale est d'au moins 90 secon- des et il ne doit pas dépasser environ 150 s. De pré- férence, pour obtenir un retrait homogène de la poly- oléfine et un bon contrôle dimensionnel des pièces forgées, Le temps de maintien sous charge maximale, est d'environ 2 minutes. La charge maximale c'est-à-dire la pression appliquée au poinçon doit être supérieure à la charge nécessaire pour remplir totalement la matrice. Cette valeur minimale correspond à la contrainte d'écoule- ment de la polyoléfine à la température de forgeage. Dans le cas du polyethylène, cette contrainte d'écou- lement à 135 C est de 2,5 MPa, et on peut utiliser pour le forgeage une pression de 10 à 80 MPa. Le procédé de l'invention peut être utilisé en particulier pour la réalisation de cotyles pour prothèses de la hanche. Dans ce cas, le poinçon dépla- çable peut être un poinçon hémisphérique, associé de preférence à une matrice cylindrique ayant un fond hé- misphérique en regard du poinçon. Généralement, la matrice et le poinçon sont réalisés en acier ou en alliage léger. D'autres caractéristique et avantage de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la des- cription qui suit, donnée bien entendu à titre illus- tratif et non limitatif en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est un diagramme de détermina- tion de La température de fusion du polyéthylène uti- lisé, - les figures 2a, 2b et 2c représentent de façon schématique en coupe verticale, un dispositif de forgeage en matrice fermée utilisé pour la préparation de cotyLes pour prothèses de la hanche, et - la figure 3 représente de façon schémati- que une autre configuration de forgeage en matrice fermée. On décrit ciaprès un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention pour la réalisation de cotytes en poLyéthytène de haut poids moléculaire pour prothèses de la hanche présentant les dimensions suivantes: - diamètre externe maximal: 49,7 + 0-,2 mm, - diamètre interne:22,7 + 0,1 mm, *- épaisseur:13,5 + 0,2 mm. On préLève l'ébauche qui sera soumise au forgeage dans une plaque de poLyéthylène obtenue par compression et frittage d'une poudre de polyéthylène, dans Les conditions suivantes: - compactage sous une pression de 10 MPa à la température ambiante, - montée en température jusqu'à 2000C sous une pression de 1 MPa, - maintien à 200 C, puis refroidissement jusqu'à la température ambiante. Le polyéthyLène utilisé est du poLyéthylène commercialisé sous la référence HD 1000 par ERTA et l'ébauche prélevée est de forme cylindrique de section circulaire et eLLe a une tongueur de 46 mm et un dia- mètre de 28 mm. Le polyéthylène HD 1000 présente les caractéristiques suivantes: - masse volumique: 0,94 g/cm 3, - point de fusion: 135-138 C, dureté Shore: D 65 - allongement à la rupture: >100% avec une vitesse de traction de 125 mm/min. - module d'élasticité en traction: 650 MPa. Pour choisir la température de forgeage, on détermine tout d'abord le point de fusion de ce poly- éthylène en utilisant un analyseur calorimétrique dif- férentiel à compensation de puissance du type PERKIN ELMER DSC 2B. Les résultats obtenus sont donnés sur la figure 1 qui est un diagramme représentant l'évolution de la chaleur massique en fonction de la température. Le pic de fusion se superpose à la courbe donnant l'évolution de la chaleur massique et l'on constate que la température de fusion qui correspond au maximum de la transformation enregistrée en calorimétrie est de 136 C. Pour le forgeage, on utilise une presse hy- draulique dont la charge maximale est de 10 tonnes-force, cette presse permet de réaliser le for- geage et de maintenir la pression maximale pendant une durée suffisamment longue qui peut dépasser 10 min. Elle est équipée d'un capteur de force et d'un capteur de déplacement permettant d'enregistrer, au cours du forgeage, la force appliquée et le déplacement du poinçon. La vitesse de forgeage peut varier entre 10 et 150 cm/min. Pour la réalisation de cotyles, la ma- trice utilisée qui est représentée sur la figure 2a est constituée de la façon suivante: - une ceinture métallique 1 dont la partie interne cylindrique a un diamètre de 50 mm, un tas inférieur de forme hémisphérique concave 3 qui suppor- te l'ébauche 5 au début du forgeage et qui est amovi- ble pour faciliter L'extraction de la pièce forgée. La force de forgeage appliquée est mesurée sous cet élé- ment 3. Le poinçon supérieur 7 est un poinçon hé- misphérique convexe associé à un tronc de cône pour obtenir la forme interne du cotyle. Il peut se dépla- cer dans la ceinture métallique 1 à vitesse constante jusqu'à remplissage complet de La matrice. On porte tout d'abord l'ébauche à La tempé- rature de forgeage en la chauffant dans une étuve avec ventilation d'air à 140 C pendant 5 heures, l'ébauche étant placée verticalement au contact d'une plaque conductrice à température contrôlée. Après ce chauffa- ge, on l'introduit dans la cavité de La presse de for- geage;, comme représenté sur la figure 2a, puis on dé- pLace le poinçon qui est à une température de 20 C jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec l'ébauche. On applique alors sur le poinçon une charge de 9,8 tonne- force (soit une pression de 50 MPa) et on déplace ce poinçon à une vitesse de 60 cm/min jusqu'à ce que la cavité de la matrice de forgeage soit complètement rempLie par l'ébauche, comme cela est représenté sur la figure 2b. On maintient alors le poinçon 7 dans cette position sous la force maximale de 9,8 tonne- force pendant 2 min, puis on retire le poinçon 7 et le tas hémisphérique 3 pour extraire de la presse la piè- ce 6 ainsi forgée, comme cela est représenté sur la figure 2c. Cette pièce présente une bonne sphéricité, elle est exempte de défauts et à les dimensions sui- vantes: diamètre extérieur d = 49,8 mm e diamètre intérieur di = 22,7 + 0, 1 mm On détermine L'orientation des chaînes de polymère dans la pièce forgée ainsi obtenue, per exa- men optique. Dans ce but, on prélève dans la pièce un échantillon en coupant tout d'abord la pièce en deux à la scie suivant un plan axial et en coupant ensuite chaque demi-pièce au microtome LEITZ 1515 équipé d'un couteau en acier pour obtenir des coupes d'une épais- seur de 25 pm. On place alors les coupes entre deux lames de verre avec un liquide d'indice pour diminuer la réfraction due aux traits de coupe et on les obser- ve par biréfringence en lumière naturelle polarisée linéairement. Cette observation peut être macroscopi- que sur l'ensemble d'une coupe ou microscopique à L'aide d'un microscope polarisant. On peut ainsi ob- server: - Les directions des déformations principales qui sont les directions des indices optiques principaux, et - les valeurs des déformations principales qui dépen- dent des valeurs des biréfringences optiques princi- pales. On constate ainsi que les chaînes polymères sont orientées parallèlement à la surface interne du cotyle dans la zone située légèrement en-dessous de la surface de frottement constituée par la partie hé- misphérique concave de la pièce forgée. L'exemple suivant illustre l'amélioration, obtenue grâce au procédé de l'invention, sur la résis- tance à l'usure et la résistance au fluage de pièces en polyethylène HD1000 forgées dans le dispositif de la figure 3. Sur cette figure 3, on voit que la matrice de forgeage comprend une ceinture métallique 11 dont la partie interne cylindrique a un diamètre de 50 mm, un tas inférieur plat 13 qui supporte l'ébauche 15, et un poinçon cylindrique plat 17. On réalise le forgeage des ébauches comme précédemment dans les conditions suivantes: - température de forgeage: 140%C 2,78780 - température du poinçon 17: 20C - vitesse de forgeage: 150 cm/min - temps de maintien du poinçon en position finale: 2 min - dimensions des ébauches: 50 mm de tongueur 33 mm de diamètre. On contrôle ensuite La résistance à l'usure et La résistance au fluage des pièces forgées obtenues en réalisant Les essais suivants: A) ESSAI D'USURE On utilise pour cet essai un usuromètre de type MARCELIN. Les éprouvettes d'essai ont été extrai- tes et usinées à partir des pièces forgées de manière à tester Le polymère sur Les surfaces orientées paral- Lètlement à L'écoulement. Ces éprouvettes ont ta forme de rondeLLes d'une épaisseur de 2 + 0,02 mm et d'un diamètre de 16 + 0,02 me qui ont été découpées paral- lèLement à la direction de forgeage. Les conditions de l'essai sont les suivantes: On utilise une contreface cylindrique en acier Z 100 C D17, de 30 mm de diamètre et de 0,1 pm de ra - On entraîne l'arbre cylindrique en rotation à a une vitesse de 150 tours par minute, soit 0,4 m/s et on applique une force de 0,5 kg-force pendant 192 h. Les mesures sont effectuées à L'air ambiant à une tem- pérature de 22 C. L'évaLuation de l'usure est exprimée par La mesure de la corde moyenne (en millimètre) de l'enco- che d'usure provoquée. Les résultats obtenus sont don- nés dans le tableau 1 qui suit. Dans ce tableau, on a également indiqué Les résultats obtenus sur des pièces en poLyéthylène HD 1000 qui n'ont pas été forgées. 17 2578780 TABLEAU 1 PoLyéthylène PoLy thyLène HD1000 HD1000 non forgé forgé 2,77 2,46 2,7 2,45 2,85 2,41 moyenne: 2,77 moyenne: 2,44 B) ESSAI DE FLUAGE Les essais sont réalisés sur une machine d'essai de fluage en compression selon la norme ASTM D 695-80. Les éprouvettes utilisées ont été usi- nées à partir des pièces forgées de manière à tester le polymère dans la même direction que le forgeage. Ces éprouvettes sont des cylindres de 7 mm de diamètre et de 10,5 mm de hauteur découpées parallèlement à la direction du forgeage. Les conditions de l'essai de fluage sont les suivantes: - température 20 C - contrainte nominale: 28,3 MPa - durée de l'essai: 48 h. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 2 qui suit. Dans ce tableau, on a indiqué éga- lement les résultats obtenus sur des échantillons de polyethylène HD1000 non forges. TABLEAU 2 Polyéthylène Déformation Fluage après Fluage apres instantanée 24h 48h HD1000 12,7% 18,2% 19,8% non forgé 9,2% 15,9% 17,8% HD1000 13,9% 14,6% 15,1% forgé 13,0% 14,1% 15,0% Au vu des résultats donnés dans ces deux ta- bleaux, on constate que le forgeage a permis d'amélio- rer les propriétés de résistance à l'usure et de ré- sistance au fluage des pièces en polyéthylène, ce qui est dû au choix des conditions particulières de for- geage. REVENDICATIONS 1. Pièce en poLyoLéfine de haut poids molé- culaire, comportant une surface de frottement, carac- térisée en ce que la structure de la polyoLéfine est telle que les chaînes de la polyoléfine sont orientées parallèlement à ladite surface de frottement, au moins dans la zone de ladite pièce située en-dessous ou af- fleurant la surface de frottement, de façon à obtenir une résistance au fluage au bout de 48 h équivalant à une déformation par fluage d'au plus 16% dans L'essai de fLuage seLon la norme ASTM D 695-80. 2. Pièce en polyoLéfine selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la polyoléfine est du polyéthylène. 3. Pièce en polyoléfine selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'elle constitue une pièce pour prothèse articulaire. 4. Piece en polyoléfine selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que la prothèse articulaire est une prothèse de la hanche, du genou ou de l'épau- le. 5. Procédé de fabrication d'une piece en po- lyoléfine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 par forgeage en matrice fermée d'une ébauche en polyoléfine de haut poids moléculaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) porter à la température de forgeage une ébauche de ladite polyoléfine dans laquelle le rapport longueur de l'ébauche/dimension transversale de l'ébauche est d'environ 0,6 à environ 1,7, la température de forgeage étant située dans la gamme de températures allant d'environ 20 C endessous de la température de fusion Tf de ladite polyoléfine à environ 10 C au-dessus de cette température de fusion Tf, b) disposer l'ébauche portée à ladite température de forgeage dans une matrice de forgeage susceptible d'être obturée par un poinçon déplaçable en transla- tion dans ladite matrice, dans le sens de La lon- gueur de L'ébauche, c) appLiquer au poinçon une pression supérieure à la contrainte d'écoulement de Ladite polyoléfine à La- dite température de forgeage et dépLacer ledit poinçon jusqu'à une position finale pour forger la- dite ébauche dans ladite matrice, avec un taux de réduction de 0,4 à 0,8, d) maintenir le poinçon en position finale pendant une période allant d'environ 90 à environ 150 secondes, et e) extraire La pièce forgée de ladite matrice. 6. Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que Le poinçon déptaçabLe et/ou la matri- ce sont à une température allant de la température ambiante à La température de forgeage. 7. Procédé seLon L'une quelconque des reven- dications 5 et 6, caractérisé en ce que la vitesse de forgeage est de 10 à 150 cm par minute. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 5 à 7, caractérisé en ce que L'on maintient Le poinçon en position finale pendant une durée d'en- viron 2 min. 9. Procédé selon L'une quelconque des reven- dications 5 à 8, caractérisé en ce que le poinçon dé- plaçable est un poinçon hémisphérique. 10. Procédé selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que Le poinçon hémisphérique est asso- cié à une matrice cylindrique ayant un fond hémisphé- rique en regard dudit poinçon. 11. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 10, caractérisé e-n ce que la matrice est réalisée en acier ou en alliage Léger. 12. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 11, caractérisé en ce que la polyolê- fine est du polyéthyltne. 13. Procédé selon la revendication 12, ca- ractérisé en ce que la pression appliquée au poinçon déplaçable est de 10 à 80 MPa.