Les résines composites

Les résines composites

Introduction 

L e monde des matériaux dentaires a connu plutôt qu’une évolution, une série de révolutions.

 La révolution des matériaux après les amalgames dentaire est esthétique grâce aux résines composites apparues dans les années 50. D’abord auto-polymérisables, les composites ne devinrent photo-polymérisables qu’à la fin des années 70 et se sont dès lors progressivement imposés.

 L’évolution constante de leurs compositions et propriétés depuis leur avènement est considérable. 

En améliorant leur composition, les résines composites sont devenues progressivement plus faciles à mettre en œuvre, plus esthétiques, plus faciles à polir. Ils présentent moins de contraintes de polymérisation et sont devenus plus résistants aux différents mécanismes de dégradation. Les résines composites microhybrides (années 90) puis nanohybrides (années 2000) sont les produits ultimes de toutes les performances acquises par ces matériaux. 

Ils existent désormais sous une multitude de viscosités (fluides ou compactables) pour répondre à une grande variabilité de situations cliniques. Depuis les années 2010, des composites dits « bulk-fill », plus sensibles à la photopolymérisation, peuvent remplir des cavités de 4 à 5 mm de hauteur en un seul incrément, avec une contraction de prise mieux maîtrisée, facilitant ainsi leur mise en œuvre clinique.

La seconde révolution des composites dentaires est adhésive. C’est elle qui a permis le développement d’une dentisterie plus conservatrice sur le principe de l’économie tissulaire.

1. Définition 

Un composite dentaire est un biomatériau d’obturation organo-minéral constitué d’une matrice résineuse dans laquelle sont dispersées des charges principalement minérales. La liaison de ces dernières avec la matrice est assurée par un agent de couplage. Les composites sont fixés aux tissus dentaires via un adhésif. 

Les différentes composantes du composite dentaire et de l’interface avec
les tissus dentaires 

2. Composition des résines composites  

2.1 La phase organique 

La matrice organique est encore appelée phase organique, phase dispersante ou phase continue. Elle constitue 24 à 50% du volume du composite. Elle comprend :

• La résine matricielle, 
• Les diluants (ou contrôleurs de viscosité),
• Les  inhibiteurs de prise, les agents de polymérisation et les pigments

1.  La résine matricielle : monomère ou oligomère : 

En faible proportion comparée aux charges minérales, cette composante
indispensable est à l’origine de la dégradation de certaines propriétés mécaniques du composite (résistance à l’usure par exemple). Elle est également à la source du retrait de polymérisation et des contraintes qu’il engendre. s’agit Composant chimiquement actif du composite. Ce sont tous des monomères ≪ R – di methacrylates ≫, rendant ainsi toutes les  resines composites compatibles entre elles et avec les adhésifs. La présence de deux fonctions polymérisables portées par la même molécule permet de générer un réseau organique dont la densité de réticulation est élevée.

Exemple de résine : La molécule de Bis-GMA Elle se décompose :

•  Deux cycles aromatiques qui rigidifient la molécule, ü Un cycle phénol qui diminue la rétraction de prise mais accroît la viscosité,
• Deux radicaux hydroxyles offrant la possibilité d’obtenir des liaisons hydrogènes ce qui entraîne une viscosité importante de la matrice non polymérisée, 
•  Deux groupements méthacrylates fonctionnels permettant le développement de la structure polymère, 
• Deux liaisons esters (à l’origine d’une potentielle hydrolyse). Les polyuréthanes 

Son principal avantage: faible viscosité, permettant l’incorporation d’un plus grand pourcentage de charges sans ajouter de diluant de faible poids moléculaire. 

2.1.2 Les différents rôles de la matrice

Confère au matériau sa consistance plastique avant sa polymérisation (+/- liquide ou pâteux) 

-Permet le durcissement (c’est la matrice qui va polymérisation) : pleins de polymères vont s’entrecroiser atteignant plusieurs mm de long => la polymérisation permet le durcissement

 -Garantit la cohésion et la résistance de l’ensemble après la polymérisation

 -Responsable de beaucoup de défauts (dépolymérisation possible) 

2.1.3 Diluants ou contrôleurs de viscosité

• Les monomères de bis-GMA et de diuréthane diméthacrylate sont des liquides très visqueux a cause de leur poids moléculaire élevé. L’addition d’une grande quantité de charges provoquera la formation d’un matériau possédant une consistance trop épaisse pour l’usage clinique. Pour contrebalancer ce problème,
• des monomères de faible viscosité, connus sous le nom de contrôleurs de viscosité ou de diluants, sont ajoutés.

2.1.4  Les inhibiteurs de prise

Aussi appelés conservateur, car ils permettent de conserver les résines composites.

Les matériaux composites doivent pouvoir être stockés sans qu’il y ait de polymérisation spontanée à cause de la chaleur ou de l’exposition à la lumière ambiante.

Les inhibiteurs les plus fréquemment utilisés sont  Les dérivés du phénol , l’oxygène de l’air ambiant. 

2.1.5  Les pigments  

Ils  sont à l’origine de la couleur du composite. Pour répondre aux besoins esthétiques les pigments doivent être les  plus stables possible dans le temps, afin que la restauration garde sa couleur initiale le plus longtemps possible 

Utilisation d’un teintier pour ajuster au mieux la teinte du composite de restauration. Composite coloré mimant la dentine pour la restauration d’une dent postérieure

  2.1.5  La réaction de prise des composites

Le processus par lequel le composite sous forme pâteuse se transforme en matériau dur est la polymérisation de la matrice résineuse.

La polymérisation du monomère ou de l’oligomère implique:

•  la libération de radicaux libres qui sont formés par transformation de l’initiateur ou amorceur par des activateurs ou catalyseurs.
•  Ces radicaux libres provoquent l’ouverture de la double Liaison carbone du monomere et ainsi permettre son activation  lors de la phase d’initiation  et la formation et l’allongement du polymère.
•  Une fois le monomère activé, il va pouvoir lui-même réagir avec un autre monomère et donc créer une réticulation en chaîne pour créer des polymères. 

1. Initiation chimique (chémo- ou autopolymérisation

Dans les premiers composites (chémo- ou autopolymérisables), ce résultat était obtenu en mélangeant deux pâtes contenant les composants nécessaires à l’induction de la polymérisation : une pâte contenait un activateur (aminetertiaire), tandis que l’autre pâte contenait un initiateur, en général le peroxyde de benzoyl.

  a) Avantages

– photopolymérisation de tous les matériaux actuellement commercialisés 

– faible coût ;

– possibilité de choisir parmi les divers systèmes destinés à contrôler la cinétique de polymérisation

b) Inconvénient

-perte progressive de puissance de la source lumineuse impliquant une surveillance par le praticien

-Cet  échauffement de la lampe nécessitant un système de refroidissement par ventilateur rendant le pistolet lourd, bruyant  

2.1.5.2  Photopolymérisation

À la place du système d’initiation par le peroxyde de benzoyle accéléré par les amines, il est possible de provoquer une réaction de polymérisation par l’exposition à des radiations électromagnétiques telles que celles de la lumière UV (longueur d’onde de 365 nm) ou de la lumière visible (dans la région de 420 à 470 nm).Ce sont les photons qui servent d’activateurs en agissant sur les photo-amorceurs ouphoto-initiateurs pour former des radicaux libres. 

        a)  Avantages

-photopolymérisation de tous les matériaux actuellement commercialisés 

– faible coût ;

– possibilité de choisir parmi les divers systèmes destinés à contrôler la cinétique de polymérisation.

  b)  Inconvénients 

– Perte progressive de puissance de la source lumineuse impliquant une surveillance par le praticien

– Cet  échauffement de la lampe nécessitant un système de refroidissement par ventilateur rendant le pistolet lourd, bruyant  

2.1 Les charges
Les composites, actuellement disponibles sur le marché, se différencient surtout par
les caractéristiques des charges qu’ils renferment. Le rôle de ces charges est de pallier les insuffisances (propriétés mécaniques et thermiques médiocres par exemple) de la matrice d’accueil à laquelle elles sont liées (chimiquement et/ou physiquement). Par ailleurs les charges influent grandement sur la contraction de polymérisation et sur l’absorption hydrique des composites. Ainsi la composition, la taille, la distribution en taille et le pourcentage massique ou volumique des charges au sein de la matrice organique vont définir une large gamme de composites.

2.2.1 Principaux effets de l’augmentation de la charge

Elles augmentent :

– la résistance à la compression,

-la résistance à la traction,

– la résistance à la flexion,

-la radio-opacité.

2.2.2. Principaux effets de la diminution de taille des particules 

• l’état de surface est amélioré par la diminution de la taille des particules. Ceci procure un avantage esthétique et diminue l’agressivité du matériau vis-à-vis des dents antagonistes 
•  la résistance à l’usure est améliorée lorsque la taille des particules diminue.

2.2.3 La nature des charges

2.2.4 La  taille des charges : 

• Les macrocharges : initialement 1 à 50 μm,composées de grosses particules de verre ou de quartz. 
• Les  microcharges : d’environ 0,04μm (silice, SiO2) 
• Les  nanocharges : Aujourd’hui, la tendance est à la commercialisation de composites basés sur la nanotechnologie et contenant, entre autres, des nanoparticules de 2 à 70 nm. 

2.2.5 La forme des charges

Elle varie suivant le mode de préparation :

• anguleuse : obtenue par broyage et attrition,

• arrondie : résultent d’un frittage,

• sphérique : procédé sol-gel 

2.3 La phase interfaciale correspond à l’agent de couplage entre la matrice et les charges. Il s’agit de dérivés des organo-silanes qui vont lier chimiquement la matrice et les charges. Les plus récentes évolutions visent à améliorer cette liaison afin de réduire la solubilité et de prolonger ainsi la durée de vie des restaurations.

3. Classification des résines composites

3.1 En fonction de la taille des charges

Même si aucune classification n’est universelle, celle là semble être la plus cohérente, dans la mesure où la dimension des charges détermine de nombreuses propriétés du matériau. 

1. Macrochargés Ils ont été les premiers sur le marché.. Se présentaient sous la forme de deux pâtes à mélanger. Il s’agissait d’une association de macroparticules (quartz, céramique, verre) obtenues par concassage et d’une résine matricielle. La taille des charges variait de 1 à 40µm. 

3.1.2 Microchargés Afin de palier aux déficits des composites macrochargés, on a pu voir apparaître sur le marché des composites microchargés, qui, comme leur nom l’indique, étaient composés de microcharges de silice de 0,04µm en moyenne. Peuvent être Homogène ou hétérogène 

3.1.3 Composites Hybrides Ils représentent actuellement la plus grande famille de composites. Caractérisé par un mélange de charges de taille différente et de composition de nature, de forme et de taille variables. On peut retrouver des micro-charges de silice (0,04µm), des macro- (10 à 100µm), midi- (1 à 10µm), mini– (0,1 à 1µm) et microcharges (0,01 à 0,1µm) de verre ….

Regroupent les composites Hybrides-microhybrides- nanochargés

3.2 classification en fonction de la viscosité

La consistance d’un composite fait partie des critères de choix du praticien pour une restauration donnée. Durant une même intervention le praticien peut avoir recours à plusieurs composites présentant des consistances très différentes

1. Les composites de viscosité moyenne : 

Dits « universels ». Leur viscosité convient à un grand nombre d’indications aussi bien antérieures que postérieures. Leur opacité est ajustée, en fonction de l’indication clinique visée et/ou de la complexité des teintes à reproduire (émail, dentine et opacité intermédiaire).  Le taux de charges de ces composites est de l’ordre de 78% en poids ; 60% en volume.

2. Les composites fluides

Leur indications cliniques sont  spécifiques (microcavités occlusales, cavités slot, cavités cervicales ou substitut dentinaire, par exemple). 

En raison de leur fluidité, ils montrent un étalement facile, associé à une bonne adaptation aux parois cavitaires. 

 Ils sont privilégiés dans le cas de recouvrement de fond de cavité avant adjonction d’un composite plus visqueux

Ils présentent un retrait de polymérisation important (jusqu’à 5% en volume) et des propriétés mécaniques amoindries (en comparaison des composites universels) en raison de leur faible taux de charges (entre 50 et 70% en poids et moins
de 50% en volume) 

3. Les composites compactables ou condensables Ces composites ont été développés dans les années 1990 pour des restaurations postérieures afin de se substituer aux amalgames en essayant de conserver leurs conditions d’utilisation (facilité, vitesse de manipulation). 

En raison d’un taux d’échecs important lors de leur utilisation clinique, ce type de composite a été progressivement
abandonné.

3. Classification en fonction du mode de polymérisation de la matrice résineuse
   1. Les composites chémo-polymérisable Les composites à matrice chémopolymérisable se présentent sous forme de deux composants (deux pâtes ou une poudre et un liquide) l’un contenant l’amorceur, l’autre contenant le co-amorceur. Le praticien procède à leur mélange au moment de son
      intervention. 

3.3.2 Les composites photo-polymérisable Dans ces composites la génération des radicaux primaires est initiée photo-chimiquement. L’amorçage  photochimique résultant de la seule activation des monomères par les photons

3.3.3. Les composites duals Dans ces composites la génération des radicaux primaires est initiée photo-chimiquement et chimiquement

3.4 Classification en fonction de l’indication clinique

4. Propriétés des résines composites 
5. Les propriétés mécaniques

• La résistance à la compression La comparaison des résistances à la compression de divers composites et amalgames à celles de l’émail et de la dentine, permet à première vue de conclure que ces materiaux ont des valeurs satisfaisantes

les résines non chargées	composites conventionnels	Les microfins	les hybrides universels
80 MPa	300 MPa (240-350)	350 MPa (300-400)	a (350-450)

• La résistance à la traction Il s’agit de la résistance du matériau aux forces latérales. Les composites ont une résistance a la traction supérieure a l’amalgame (≈ 48 MPa). il y a une sensibilité élevée aux défauts internes ou aux petites micro-fractures de surface, impossible à éliminer, par conséquent la résistance à la traction des composites dépend aussi de la qualité de finition de surface.   

composites microcharges	composites fluides	composites macrocharges	les hybrides
≈ 40 MPa	≈ 35 MPa	53.4 MPa	52 a 72 MPa

• Le module d’élasticité de YOUNG

Il caractérise le matériau soumis à des contraintes et détermine sa rigidité en mesurant les forces à partir desquelles le matériau sera déformé de façon réversible puis irréversible. Plus le module d’élasticité est élevé, plus le matériau est rigide et donc moins il se déformera sous la contrainte 

Le composite doit avoir un module de Young proche de celui de la dentine.

 Si le module de Young est faible, le matériau se déformera et les contraintes occlusales vont s’exercer directement sur les parois dentaires 

• La dureté 

Est une propriété mécanique de surface. Elle définit la résistance à la pénétration d’un matériau ou à la déformation permanente par unité de surface

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

• La résistance à la fatigue : 

 Les contraintes mécaniques cycliques provoquent des microfêlures qui aboutissent à des fractures par fatigue en particulier au niveau des zones de contact occlusal. Elles jouent aussi un rôle défavorable dans l’adaptation marginale, notamment au niveau des composites postérieurs possédant des extensions gingivales profondes

• La résistance à l’usure : 

  L’usure a été longtemps considérée comme le point faible des composites postérieurs. Cependant, des progrès importants dans leur composition et dans la technologie des charges ont largement contribué à améliorer la résistance à l’usure, par des charges différentes, plus nombreuses et plus petites.

4.2 Propriétés physiques 

• L’expansion thermique :

Un autre facteur intervenant dans l’intégrité du joint périphérique, c’est la différence entre le coefficient d’expansion thermique du composite et celui des tissus dentaires, qui est environ 3 à 4 fois plus petit que celui des composites

Le coefficient d’expansion thermique idéal doit se situer aux alentours de 10  puisque le coefficient d’expansion thermique de l’émail est de 11,4 et celui de la dentine de 8,3.

• Rétraction de prise après polymérisation 

L’inconvénient majeur des composites a été et reste la rétraction de prise .  Le développement important des matériaux esthétiques a eu comme objectif déterminant le contrôle de la rétraction de prise.  Les conséquences cliniques sont importantes.  La rétraction permet l’apparition d’un hiatus périphérique pouvant entraîner des douleurs postopératoires, des discolorations et des caries secondaires.

Infiltrations du joint dent-obturation

• L’absorption hydrique et solubilité : 

Les composites absorbent des quantités significatives d’eau, environ 2% en poids, l’absorption d’eau est un processus progressif qui augmente dans les composites avec une plus faible concentration en charges (microfins).

L’absorption hydrique et la solubilité  des différentes résines  composites sont en fonction :

• De la proportion de charge  par rapport  à  la résine.  Moins la résine est chargée, plus  grande  sera  la  proportion de la matrice, et ainsi plus grande sera  l’absorption.
• Du degré de polymérisation . L’augmentation  de l’absorption  sera  X 2 et celle de la solubilité  X 4 ou 6  lorsque le temps de polymérisation est réduit de 25 %. Une polymérisation inadéquate affectera sérieusement  à la fois la longévité du composte  et la stabilité de couleur.

Solubilité d’une résine composite

• La radio opacité 

La radio-opacité des composites est influencée par le pourcentage et le type de charges utilisées

 À l’exception des composites microfins qui ont une radio-opacité presque nulle car le SiO2 n’est pas radio-opaque, la majorité des composites disponibles actuellement sur le marché ont une radioopacité supérieure à celle de l’émail 

4.3 Les propriétés optiques 

Les différences d’opacité s’agissant des résines composites, sont obtenues grâce aux différences d’indices de réfraction entre les charges minérales et la matrice. Les différents niveaux de saturation, eux, sont obtenus grâce à des concentrations variables en oxydes métalliques.

La logique colorimétrique des systèmes actuels se base sur la structure histologique de la dent en proposant des composites « émail » ou « dentine », c’est la notion de stratification.

4.4. Les propriétés biologiques

• Biocompatibilité : La biocompatibilité des résines composites reste un problème encore mal défini. Ce sont surtout les monomères libres, contenus dans la matrice résineuse, qui seraient susceptibles de causer des dommages cellulaires.

• La réaction du tissu  gingival Il a été démontré que les cellules du tissu gingival réagissent moins favorablement aux résines composites qu’aux CVI, les résines macrochargés semblent être irritantes pour les tissus et que la rugosité ou porosité aura tendance à favoriser l’accumulation de la plaque dentaire 
• Sensibilités post-opératoires Ce n’est pas tant le type de résine composite employé que l’épaisseur de dentine résiduelle qui est potentiellement à l’origine de douleurs postopératoires.
• La persistance de la boue dentinaire (adhésif automordançant) , dans les tubulis empêchant les variations de pression intra-tubulaire, principale source de souffrance du système dentino-pulpaire

Les résines composites

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Les traitements orthodontiques invisibles gagnent en popularité.
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Les résines composites