Dans le domaine des matériaux, la fin du vingtième siècle aura été marquée par le développement des matériaux composites, dont les performances sans cesse accrues en font des substituts du métal dans tous les secteurs : il est difficile de nos jours d'imaginer un vélo de course, des skis ou des pales d'hélicoptère autrement qu'en matériau composite, si ce n'est chez des collectionneurs d'antiquités.
L'art dentaire bénéficie des retombées des avancées technologiques de l'industrie, comme le développement des composites d'obturation et de reconstitution dentaire ainsi que des agents de collage toujours plus performants. Ces composites sont des résines auto- ou photopolymérisables dont les propriétés sont améliorées par l'adjonction de charges dans la résine sous forme de particules microscopiques de forme et de composition variées.
En 1985, l'équipe lyonnaise du Professeur BOIS invente et décrit des prothèses endo-buccales, dont des tenons dentaires, faits de matériaux composites, résine renforcée non par des particules, mais par des fibres.
LES PREMIERS TENONS DENTAIRES COMPOSITES : RÉSINE ET FIBRE DE CARBONE |
Le but était d'obtenir des tenons en matériau aussi résistant que le métal, sans certains de ses inconvénients : corrosion, électro-galvanisme, nécessité de retention mécanique, hétérogénéité entre le tenon et le composite de reconstitution coronaire. L'idée qui prévaut alors, c'est qu'un tenon doit être rigide. Des tenons dentaires en résine renforcés par des fibres de carbone longitudinales et unidirectionnelles sont commercialisés. Malgré leur couleur noire et le fait qu'ils ne sont pas radio-opaques, ils sont utilisés par des précurseurs, car se répand le concept de la variation du module d'élasticité de ces tenons en fonction de l'angle d'application de la force.
En effet, les matériaux sont :
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soit isotropes, et dans ce cas, leur module d'élasticité ou module de Young E est le même quel que soit l'angle d'application de la force (c'est le cas des matériaux homogènes comme le métal) |
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soit anisotropes, (c'est le cas des matériaux composites unidirectionnels dits UD) et dans ce cas, ils présentent un module d'élasticité Ex axial, c'est-à-dire dans le sens d'allongement des fibres, et un module d'élasticité Ey transversal, c'est-à-dire à 90° par rapport à l'axe des fibres (par exemple le bois, composé de fibres de cellulose, dans une matrice de lignine). |
Selon le concept cité plus haut, lorsque des forces sont appliquées selon un angle intermédiaire par rapport à l'axe des fibres, 20°, ou 30°, ou 45°, le module d'élasticité varie et est une résultante des deux modules d'élasticité Ex et Ey.
Ainsi, dans le cas des tenons en fibre de carbone UD, au module d'élasticité axial Ex élevé et au module d'élasticité transversal Ey faible, lors de la fonction masticatoire, ce module serait proche du module d'élasticité de la dentine (selon les auteurs entre 18,6 et 22 GPa - gigapascals) et ces tenons, tout en étant aussi résistants que le métal, seraient en même temps très doux pour l'organe dentaire, prévenant les risques de fracture de la racine. |
Des études expérimentales font apparaître des résultats différents : les tenons en fibre de carbone seraient aussi rigides que le métal quel que soit l'angle d'application de la force (PURTON et al., 1996, TORBJÖRNER et al., 1996, ASMUSSEN et al., 1999).
Une étude par éléments finis réalisée par ordinateur au CETIM de Nantes (programme SRAC COSMOS/M, version 2.0), comparant le comportement mécanique lors de la fonction, de la dent saine et de la dent reconstituée avec différents types de tenons - acier, Snowpost, tenon en fibre de carbone - montre un résultat identique pour le tenon isotrope acier et le tenon en fibre de carbone. |
L'explication nous a été donnée par des personnes ayant autorité (Institut des Matériaux Composites de Bordeaux, École Centrale de Lyon, Département Calcul du CETIM de Nantes), et tient à la géométrie des tenons dentaires.
Le tenon, par sa forme élancée, rapport longueur-diamètre élevé, relève de la mécanique des poutres.
C'est un fait que pour une plaque, rapport surface-épaisseur élevé, en matériau composite fibré UD, il y a variation du module d'élasticité en fonction de l'angle d'application de la force par rapport à l'axe des fibres.
Par contre, dans le cas d'une poutre, seul le module d'élasticité axial Ex entre en jeu à 95%, quel que soit l'angle d'application de la force.
Lorsque cet angle approche 90°, perpendiculaire aux fibres, ce n'est plus le module de Young qui est concerné, mais la résistance au cisaillement du matériau (GAY, REYNE, TIMOSHENKO).
LA PLAQUE ET LA POUTRE |
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Une plaque est un modèle mécanique dont une dimension (l'épaisseur) est très petite en comparaison avec les deux autres (longueur et largeur).
Dans le cas d'une plaque composite renforcée par des fibres unidirectionnelles, il y a deux modules d'élasticité : le module d'élasticité longitudinal Ex dans la direction axiale des fibres, et le module d'élasticité transversal Ey perpendiculaire aux fibres.
La rigidité d'une plaque en composite UD varie avec l'angle d'application de la force par rapport à l'axe des fibres.
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Une poutre est un modéle mécanique dont une dimension (la longueur), est beaucoup plus grande que la section (dans le cas d'un jonc, le diamètre).
Un tenon composite renforcé par des fibres UD a le comportement mécanique d'une poutre.
Quand la force est appliquée dans la direction axiale des fibres, en traction-compression, c'est le module d'élasticité axial Ex qui entre en jeu.
quand la force est appliquée à un angle intermédiaire, il y a combinaison de traction et de flexion, mais c'est encore le module d'élasticité axial Ex qui entre en jeu.
Cependant, la matrice résine d'un tenon en matériau composite, même aussi rigide que le métal, présente l'avantage d'absorber les chocs, et donc de diminuer les risques de fêlure ou fracture de la dent (ISIDOR et al., 1996, CRA, 1998). |
SNOWPOST & SNOWLIGHT, TENONS PHYSIOLOGIQUES |
| On sait aujourd'hui qu'un tenon ne renforce pas la dent ; sa fonction est de maintenir le matériau de reconstitution coronaire et de le solidariser avec la racine. |
Sur le plan mécanique, une dent pendant la fonction se comporte comme une poutre élastique,
ou plus précisément, comme une poutre fixée à une extrémité en cantilever.
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Le tenon idéal doit être suffisamment élastique pour accompagner les mouvements en flexion de la dent, ce qu'un tenon très rigide ne peut pas faire :
un tenon rigide s'oppose aux mouvements naturels de la dent pendant la fonction, créant des zones de tension, et dans la dentine, et au contact du composite de reconstitution coronaire. Ces tensions peuvent être la cause de fêlure ou de fracture de la dent ou du composite de reconstitution.
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Une étude comparative menée par le CRA en 1998 a montré que seules les dents qui avaient été reconstituées avec la méthode Ribbond, pour ainsi dire sans tenon, n'avaient présenté aucune fracture.
Cependant, cette étude ne prenait pas en compte la dernière génération de tenons composites, qui ne sont pas renforcés par des fibres de carbone, mais par des fibres de verre.
Une étude récente sur les tenons esthétiques publiée dans le numéro du CRA de mai 2004 compare la résistance des tenons fibre de verre et des tenons métal :
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d'abord en mesurant la force nécessaire pour fracturer les tenons seuls, donnant ainsi la résistance du tenon isolé, |
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ensuite en mesurant la force nécessaire pour fracturer l'ensemble tenon et composite de reconstitution, fixé dans la dent par un ciment, indiquant ainsi leur performance clinique. |
Le résumé des tests de résistance dit : "Bien que des différences de résistance des tenons sont évidentes quand les tenons sont testés tout seuls, la résistance des systèmes de reconstitution tenon et core composite se montre statistiquement identique. Ces résultats indiquent que les tenons renforcés par des fibres de verre peuvent être utilisés à la clinique dans les cas ou jusqu'à présent les tenons en métal ont été utilisés." (CRA NEWSLETTER, May 2004 Esthetic posts).
SNOWPOST & SNOWLIGHT ont un module d'élasticité axial respectivement de 45 GPa et 49 GPa, deux fois celui de la dentine, comparé à dix fois pour l'acier, sept fois pour le carbone, et six fois pour le titane.
SNOWPOST & SNOWLIGHT sont assez résistants pour solidariser le composite de reconstitution au canal radiculaire, mais ils n'interfèrent pas avec le comportement naturel de la dent, la dilution progressive et physiologique du stress tout au long de la dentine, comme cela se passe dans la dent saine lors de la fonction. De plus, leur résistance au cisaillement est similaire à celle des tenons carbone.
Comparaison entre acier, titane, tenons carbone et Snowpost & Snowlight |
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Acier |
Titane |
Carbone |
Snowpost |
Snowlight |
Module d'élasticité axial Ex |
200 GPa |
120 GPa |
141 GPa |
45 GPa |
49 GPa |
Résistance au cisaillement |
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23,9 MPa |
23,1 MPa |
22 MPa |
BIBLIOGRAPHIE
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