Propriétés mécaniques des biomatériaux à usage dentaire (Biomatériaux Dentaire)

Propriétés mécaniques des biomatériaux à usage dentaire (Biomatériaux Dentaire)

Définition des Biomatériaux

On désigne par le terme “Biomatériaux” des matériaux destinés à être en contact temporaire ou permanent avec différents tissus, organes ou fluides d’un être vivant, dans un but diagnostique, préventif ou thérapeutique.

Propriétés Mécaniques des Biomatériaux Dentaires

Essais de Traction

Les essais de traction déterminent l’aptitude à la déformation d’un matériau soumis à un effort progressif :

• Stade de déformation élastique : Durant lequel l’effort croit proportionnellement à la force. Lorsque l’effort de traction cesse, l’éprouvette reprend ses dimensions initiales.
• Stade de déformation plastique : L’effort n’est plus proportionnel à la déformation, lorsqu’il cesse, l’éprouvette ne reprend pas ses dimensions initiales.
• Stade de striction : Il résulte de la poursuite de la déformation jusqu’à la rupture de l’éprouvette.

Essais de Dureté

La dureté est la capacité de la surface d’un matériau à résister à une déformation plastique. Les tests de dureté les plus utilisés en odontologie sont les mesures de microdureté Vickers ou Knoop. La dureté est donc avant tout une propriété de surface.

Tableau de Dureté Knoop des Biomatériaux

Biomatériaux	Dureté Knoop
Dentine	65
Émail	300
Amalgame	50
Composite	28-30

Phénomène de Fatigue

Il s’agit de cycles de contraintes qui vont induire la propagation de fissures au sein du matériau. Exemple : Fatigue de l’obturation sous une sollicitation occlusale.

Phénomène de Fluage

Le fluage correspond à une déformation d’ensemble du matériau sous l’action de contraintes constantes ou variables qui se produit dans le temps. Il s’agit d’une déformation plastique. Le fluage est dépendant de la température, de la contrainte appliquée et de la durée d’application de cette contrainte.

Phénomène de Frottement et d’Usure

L’usure est la détérioration d’une surface sous l’influence du frottement (à sec ou en présence d’un liquide). L’usure est d’autant plus faible que la substance est dure. Le polissage mécanique des biomatériaux, tout en diminuant la force de frottement, durcit aussi leur surface : c’est donc un moyen de lutte contre l’abrasion.

Phénomène d’Adhérence

Certains matériaux adhèrent directement aux tissus dentaires calcifiés, tandis que d’autres nécessitent la mise en place d’un ou plusieurs matériaux intermédiaires. La nature des liaisons mises en jeu peut être d’ordre mécanique (microclavétage), physicochimique ou chimique.

Propriétés Mécaniques des Biomatériaux à Usage Dentaire

Les Fonds Protecteurs

Les fonds protecteurs sont nécessaires si la cavité préparée est proche de la pulpe pour la protéger contre tout trauma mécanique ou thermique. Les ciments au phosphate de zinc sont les plus résistants, employés comme base, et donnent la meilleure protection contre un trauma mécanique de la pulpe. Ils sont d’excellents isolants thermiques.

Pour jouer pleinement leur rôle, les fonds protecteurs doivent avoir certaines propriétés :

• Résistance : Le fond doit être assez solide pour résister aux forces de condensation, de sorte que le fond de cavité ne se fracture pas pendant l’insertion de l’obturation définitive.

Fond Protecteur à Base d’Oxyde de Zinc

• Résistance : La résistance à la compression est faible, entre 22,5 et 35 MPa. La résistance à la traction est très faible (22,5 MPa contre 222 MPa pour la dentine).

Fond Protecteur à Base d’Hydroxyde de Calcium

• Résistance à la compression : Comprise entre 3,9 MPa et 7,7 MPa au bout de 7 minutes, et entre 8,4 et 10,5 MPa au bout de 24 heures.
  Note : 1 MPa = 10 kg/cm².

Vernis Protecteur

Les vernis protecteurs sont des solutions de gomme ou de résine naturelle ou synthétique dans un solvant organique (alcool, acétone, chloroforme ou éther) déposées au fond d’une cavité. Le vernis perd son solvant par évaporation, laissant une couche pelliculaire de résine ou de gomme. Le vernis ne doit être ni soluble ni incompatible avec la substance dont il doit assurer l’isolement. L’un des plus utilisés est le copalite, une solution de copal dans du chloroforme.

Les Ciments Dentaires

Ciment au Phosphate de Zinc

• Résistance : La résistance à la compression des matériaux offerts sur le marché se situe entre 83 et 110 MPa. On évalue à 55 MPa la résistance minimale à la compression nécessaire à la rétention d’une restauration.

Ciment au Polycarboxylate (Carboxylate)

• Résistance : Lorsque ce ciment est à consistance de scellement, sa résistance à la compression varie de 62 à 83 MPa et sa résistance à la traction est d’environ 6 à 7 MPa. La résistance augmente avec le rapport en masse de 2 pour 1.

Ciments en Verre Ionomère

Le ciment en verre ionomère est formé par la réaction d’une poudre de verre riche en calcium et en silicate d’alumine, contenant du fluor, avec l’acide polyalkénoïque.

• Inconvénient : Leur tendance à se casser.
• Résistance : Résistance à la compression de 70 à 220 MPa, résistance à la traction de 12 à 20 MPa.

Les Composites

Définition

Apparus en 1962 à la suite des travaux de Bowen, les composites sont des matériaux d’obturation esthétiques.

• Dureté : La dureté Vickers des composites varie considérablement d’un matériau à l’autre. Les composites fluides et microfins sont les moins durs. Les valeurs les plus élevées sont enregistrées pour les microhybrides universels. La dureté de l’émail est nettement supérieure à tous les matériaux composites.
• Résistance à la compression : 300 MPa (240-350) pour les composites conventionnels ; 350 MPa (300-400) pour les microfins ; 400 MPa (350-450) pour les hybrides universels.
• Résistance à la traction : À l’exception des composites microfins et des fluides, les composites ont une résistance à la traction supérieure à celle de l’amalgame.

Résistance à l’Usure

On distingue différentes zones d’usure :

1. Zones occlusales sans contact : Usure due à la friction des aliments, des dentifrices et aux poils des brosses à dents.
2. Zones fonctionnelles de contact : Usure due aux mouvements de glissement lors des contacts dentaires directs pendant la mastication.
3. Zone de contact proximal : Usure due aux légers mouvements des dents permis par le ligament parodontal.

La résistance à l’usure a été évaluée de manière étendue dans des études cliniques longitudinales. On admet qu’une usure de 40 à 50 µm par an est acceptable. Au niveau des molaires, l’usure de l’émail est estimée à 50 µm par an ; au niveau des prémolaires, 30 µm par an.

Les Amalgames

Résistance à la Traction et à la Compression

• Amalgames conventionnels : Résistance à la compression de 320 MPa et résistance à la traction de 56 MPa.
• Amalgames à phase dispersée (non gamma 2) : Résistance à la compression de 280 MPa en 1 heure et de 633 MPa en 8 jours. Résistance à la traction de 70 MPa en 15 minutes et 700 MPa en 8 jours.

Fluage

• Selon les normes, le fluage doit être inférieur à 3 %.
• Pour les amalgames à phases dispersées, le fluage est de 0,08 %.
• Le fluage diminue lorsque la pression de condensation augmente et lorsque la quantité de mercure diminue.
• Le fluage augmente avec l’élévation de la température.

Dureté

La dureté des amalgames est supérieure à celle des composites.

Le Mineral Trioxyde Aggregate (MTA)

Le MTA est une poudre constituée de silicates tricalciques, d’aluminates tricalciques, d’oxydes tricalciques et d’oxydes silicates. L’hydratation de la poudre avec de l’eau stérile forme un gel colloïdal qui se solidifie en milieu humide en une structure dure.

Caractéristiques

• Matériau non résorbable.

Le Biodentine

Le vest un substitut dentinaire inorganique définitif, bioactif, composé par :

• Poudre à base de silicate tricalcique.
• Solution aqueuse de chlorure de calcium et excipients.

Propriétés

Le Biodentine possède des propriétés mécaniques similaires à la dentine saine et peut la remplacer tant au niveau coronaire qu’au niveau radiculaire, sans traitement de surface préalable des tissus calcifiés.

Conclusion

Vu la diversité des produits dentaires et des matériaux offerts sur le marché, le médecin dentiste doit faire le choix le plus judicieux possible qui répond le mieux aux qualités physiques, mécaniques et esthétiques nécessaires pour la pérennité de la restauration et la préservation de la dent.

Propriétés mécaniques des biomatériaux à usage dentaire (Biomatériaux Dentaire)

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