PLAN Introduction / Généralité... 4

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4 PLAN Introduction / Généralité / Biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèse dentaire /Matériaux métalliques utilisés en prothèse dentaire Propriétés mécaniques de l état métallique Dureté (T) Plasticité Elasticité Notion de diffusion d écoulement, et de plasticité Déformation des métaux Classification des alliages Alliages nobles Alliages non précieux Comportement des alliages dans le milieu buccal Matériaux céramiques utilisés en prothèse dentaire Structure de la céramique et principes de réalisations Proprietes mécaniques de la céramique Facteurs influençant la résistance mécanique de la céramique Classification de la céramique Les différents systèmes de céramiques... 20

5 Anciens systèmes de céramiques Nouveaux systèmes de céramiques Matériels et méthodes Stratégie de recherche et de sélection de l étude (2015 all ceramic crowns ) Criètres de sélection de la littérature Critères d inclusion Critères d exclusion Analyses des articles inclus Biocompatibilité des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèses dentaires Evaluation de la biocompatibilité Tests d évaluation de la biocompatiblité des biomatériaux utilisés en dentisterie Test in vitro Test in vivo Test primaire Biocompatibilité et cytotoxicité Echecs mécaniques des biomatériaux métalliques et céramiques utilisées en prothèses dentaires Généralités Données de fréquence sur les prothèses fixées Données qualité de vie Critères de succès prothétiques Evaluation des échecs mécaniques... 40

6 Modes de fractures Tests d évaluations Relation entre état de surface et comportement biomécanique Traitements de surfaces Résultats Biocompatibilité et comportement électrochimique des alliages nobles Les phénomènes allergiques Conséquences biologiques Or Biocompatibilité des alliages non précieux La Titane La zircone L argent Toxicité des alliages utilisés en prothèses fixes Biocompatibilité de la céramique Etat de surface Etiologies des échecs mécaniques Impact du fluide oral sur la céramique dentaire Couronnes unitaires Couronnes unitaires dento-portées Couronnes unitaires implanto-portées Bridges... 68

7 3.7-Complications mécaniques et techniques en implantologie Discussion Discussion des résultats des tests d évaluation des échecs mécaniques Prévention des échecs Conclusion Résumés Bibliographie Annexes

8 -1- Introduction

9 -2- L es biomatériaux prothétiques sont des substances hétérogènes, à la fois dans leur structure et dans leur composition. La pièce prothétique finie est presque toujours le résultat d une association de plusieurs macrostructures (métal et céramique, métal et résine ), chacune d elles provient d une succession de traitements de mise en forme au laboratoire à partir d un matériau brut dont on en modifie les propriétés d usage. Le comportement des biomatériaux prothétiques dans le milieu buccal et les interactions qu ils développent avec l environnement biologique relèvent de processus complexes dont la nature chimique, la structure et l état de surface du substrat, la composition et l acidité du milieu biologique en sont les principaux paramètres. Les manifestations biologiques provoquées par la présence de prothèses dentaires, fixes ou amovibles, sont polymorphes et apparaissent à plusieurs stades. Les effets immédiats se traduisent par des symptômes inflammatoires et des phénomènes d hypersensibilisation. La toxicité à moyen terme met en cause les processus de corrosion électrochimique et les manifestations de galvanisme buccal. Les effets à long terme pourraient faire intervenir le potentiel mutagène ou carcinogène de certains produits de corrosion, ainsi que la dégradation ou la destruction des éléments prothétiques sous l effet de la corrosion. Nous évoquerons successivement les manifestations biologiques induites par deux grandes familles de matériaux prothétiques : les alliages métalliques, ou la réactivité est principalement liée à leur activité électrochimique, et les céramiques dentaires, présentant une relative inertie chimique et biologique.

10 -3- Après le rappel de quelques bases fondamentales des matériaux utilisés en prothèse dentaire, nous nous proposons d'étudier la biocompatibilité et les échecs mécaniques de ces biomatériaux utilisés en prothèse dentaire, en nous référant aux dernières données scientifiques qui figurent dans la littérature, permettant ainsi leur prévention et facilitant leur prise en charge.

11 -4-1. Généralité

12 -5-1.1/ BIOMATERIAUX METALLIQUES ET CERAMIQUES UTILISES EN PROTHESE DENTAIRE : Les biomatériaux métalliques et céramiques sont les principaux biomatériaux utilisés en prothèse dentaire, dans ce chapitre nous nous proposons d étudier distinctement ces deux classes de biomatériaux Biomatériaux métalliques utilisés en prothèse dentaire (20) D'une façon générale les caractéristiques biologiques et mécaniques des métaux sont sous la dépendance de leur composition chimique d'une part et de leur structure physique d'autre part. Sans pouvoir entrer dans les détails de ces éléments il faut comprendre que les métaux se présentent sous la forme d'empilements de cristaux. Dans cette structure cristalline, des impuretés ou des défauts existent entre les grains ou cristaux, les qualités du métal dépendent en grande partie de l'existence et du type de défaut. Les procédés de mise en forme et d'élaboration influencent de façon considérable les qualités physicochimiques du métal Propriétés mécaniques de l état métallique Dureté (7,16,27) La dureté est une propriété mécanique qui se caractérise par la résistance offerte par un corps solide à la déformation locale. C est-à-dire à la somme de la déformation permanente et de la déformation élastique.

13 -6- Il existe de nombreuses méthodes de mesure de la dureté (VICKERS, BRINELL, ROCKWELL, KNOOP ). La dureté est en rapport avec la propriété de surface Plasticité (27) C est la propriété que possède un métal de pouvoir être déformé et de conserver indéfiniment la déformation acquise après suppression de l effort qui l a provoquée. La malléabilité et la ductilité en sont deux aspects particuliers Elasticité (7,16,27) C est probablement la grandeur mécanique la plus significative pour le praticien. C est la propriété que possède un métal de pouvoir subir une déformation temporaire sous l action d un effort et de revenir ensuite à ses dimensions initiales après suppression de cet effort. La ténacité en est une forme. La limite d élasticité est la contrainte maximale appliquée à un matériau sous traction uni axiale en deçà de laquelle le corps revient à son état initial sans déformation si cette contrainte est relâchée. Elle définit la limite entre le domaine élastique et le domaine plastique.

14 Notion de diffusion d écoulement, et de plasticité (23) Aux températures élevées, les solides perdent leur rigidité en raison de l augmentation de l agitation thermique (qui est nulle à 0K ou 273, 15 C). La diffusion est un déplacement aléatoire d atomes ou d ions dans le réseau cristallin, provoqué par l agitation thermique. La diffusion joue un rôle essentiel dans toutes les étapes de préparation et de transformation, qu il y ait ou non changement de phase. Pour les alliages chimiquement non homogènes, la diffusion se manifeste par la disparition progressive des gradients de concentration (tendance à l homogénéisation). Ce type de diffusion (diffusion chimique) est à l origine des traitements superficiels et thermochimiques des aciers. La diffusion intervient également dans la fabrication des pièces métalliques par frittage comme dans les techniques d assemblage par soudage Deformation des métaux (23) Suivant la contrainte appliquée, un solide cristallisé peut se déformer réversiblement (déformation élastique) ou irréversiblement (déformation plastique). Seules les déformations plastiques permettent le travail des métaux, mais il faut noter que les deux phénomènes, s ils sont indépendants, sont souvent associés. Ainsi, observe-t-on après déformation une récupération élastique qui diminue la déformation permanente : Déformation permanente = déformation totale déformation élastique.

15 -8- Une élévation de température a pour conséquence une diminution du domaine élastique, ce qui explique partiellement le travail plus aisé des métaux à chaud. Les déformations plastiques sont le résultat, soit de translations, soit de maclages. Le mode par translation est le plus fréquent et les glissements se font le long des plans de grande densité atomique dans les directions pour lesquelles la tension critique de glissement est la plus faible (loi de Schmidt) classification des alliages : Alliages nobles (5, 18) La classification des alliages nobles définie par l Association dentaire américaine (ADA) (spécification n 5) reste encore citée comme référence. Elle les divise en quatre types différents selon leur dureté et leur domaine d application. Mais si ce classement peut toujours se justifier par domaine d application, il apparaît que la notion de dureté est un paramètre bien restrictif. La normalisation internationale actualisée des alliages nobles se réfère, elle, aux deux paramètres que sont la teneur en métaux précieux et l aptitude à la céramisation (normes ISO 1562, ISO 8891, ISO 9693). Il est nécessaire de préciser que la teneur en métaux précieux prend en compte le pourcentage en poids d or et en dérivés de la mine du platine (platine, palladium, indium).

16 -9- La norme ISO 8891, attribuée aux alliages dentaires à couler contenant une teneur en métaux précieux supérieure ou égale à 25 % et strictement inférieure à 75 % en poids. Malgré les proportions, limitées en métaux nobles et variables en métaux additionnels, on peut néanmoins distinguer trois catégories d alliages selon leur proportion en or et en argent ; les alliages base or, les alliages or-argent et les alliages base argent; La norme ISO 1562, attribuée aux alliages dentaires à couler contenant une teneur en métaux précieux supérieure ou égale à 75 % en poids. Ils constituent une catégorie relativement homogène en composition. La norme ISO 9693, attribuée aux alliages dentaires pour restaurations métallo céramiques. Ceux-ci contiennent également une teneur en métaux précieux supérieure ou égale à 75 % en poids d or. On peut néanmoins distinguer trois catégories d alliages selon leur proportion relative en or et palladium ; les alliages base or, les alliages base orpalladium, les alliages base palladium. Les alliages d or sont les plus anciens matériaux métalliques utilisés pour la réalisation de prothèses fixées et de châssis destinés à la prothèse amovible. L or présente une excellente résistance à la corrosion, associée à une bonne coulabilité et ductilité. L argent réduit sa densité et diminue la coloration rouge apportée par le cuivre dont la présence augmente notoirement les qualités mécaniques de l alliage. Le platine augmente la résistance à la corrosion et la dureté. Le zinc contribue à améliorer la coulabilité et la dureté de l alliage. Le fer diminue le phénomène de fluage et favorise, avec l étain et l indium, la liaison céramométallique. Comme le

17 -10- platine, le palladium augmente la rigidité et la résistance au fluage des armatures métalliques. D abord ajouté comme élément mineur aux alliages d or, il est devenu le constituant majoritaire des alliages dits palladiés, moins chers que les précédents à l époque de leur développement Alliages non précieux (5) Les alliages non nobles à base de cobalt-chrome et de nickel-chrome ont été développés au début des années 1970 et proposés en alternative aux métaux précieux, essentiellement en raison de leur faible coût. Ils sont utilisés en prothèse fixée pour la réalisation d inlays, de couronnes et de bridges. Leur composition peut être adaptée à la technique métallocéramique. Les propriétés de rigidité et de résistance à la fatigue des alliages cobalt-chrome les rend particulièrement adaptés à la confection des châssis pour la prothèse amovible. Le cobalt procure résistance, rigidité et dureté, le chrome garantit une résistance contre la corrosion grâce à sa passivité. Le nickel diminue la température de coulée et la dureté. Le molybdène joue un rôle important dans la résistance à la corrosion, améliore la ductilité et la finesse des grains de l alliage. Manganèse et silicium améliorent la coulabilité. Le carbone et le bore forment des phases durcissantes avec le chrome et le molybdène (carbures et borures). Le béryllium améliore la résistance de la liaison métallo-céramique, contribue à abaisser sensiblement l intervalle de fusion, facilitant ainsi les opérations de fonderie et limitant le retrait.

18 -11- Le titane et ses alliages, plus récemment introduits dans le domaine de la prothèse odontologique, bénéficient actuellement d un engouement lié à leurs propriétés biologiques remarquables. Le titane commercialement pur, composé de plus de 99,5 % de métal est réservé aux techniques de coulée de précision à cire perdue et aux procédés de conception et fabrication par ordinateur (CFAO). Une forme alliée notable, par l adjonction d aluminium et de vanadium (Ti- 6Al-4V), qui améliore ses propriétés mécaniques, est réservée à l usinage d implants endo-osseux. L utilisation courante du titane en prothèse dentaire reste encore modeste, essentiellement en raison de contraintes de mise en œuvre au laboratoire de prothèse, notamment parce que son intervalle de fusion élevé et sa forte réactivité à haute température impliquent des techniques de coulée de précision à cire perdue et aux procédés de conception et fabrication par ordinateur (CFAO). Une forme alliée notable, par l adjonction d aluminium et de vanadium (Ti- 6Al-4V), qui améliore ses propriétés mécaniques, est réservée à l usinage d implants endo-osseux. L utilisation courante du titane en prothèse dentaire reste encore modeste, essentiellement en raison de contraintes de mise en œuvre au laboratoire de prothèse, notamment parce que son intervalle de fusion élevé et sa forte réactivité à haute température impliquent des techniques de coulée spécifiques. Le laiton, alliage de cuivre et de zinc, se rencontre encore sous forme de screw-post doré, et ne devrait plus être utilisé en bouche compte tenu de sa corrodabilité intense.

19 Comportement des alliages dans le milieu buccal (5) De par leur nature chimique, les biomatériaux métalliques sont particulièrement réactifs vis-à-vis de l environnement extérieur. En atmosphère humide, les métaux se comportent comme des éléments galvaniques susceptibles de créer des micros courants électriques. Ceux-ci sont rendus possibles lorsque deux métaux, de potentiel électrochimique différent, sont mis en relation par un électrolyte (salive, fluides extracellulaires ). Il s ensuit alors un échange électronique depuis le métal ayant le potentiel le plus bas (anode) vers l autre (cathode), avec pour conséquence la dissolution progressive de l anode par relargage dans l environnement extérieur d ions métalliques. Ce phénomène est semblable à celui qui apparaît dans une pile élémentaire. En réalité, le bimétallisme est loin d être le seul vecteur de corrosion. En effet, au sein d un même alliage, des piles locales se forment entre les différentes phases constituant la microstructure, ou par aération différentielle (surface rugueuse moins aérée qu une surface polie, espaces confinés ) et entraînent également des processus de dégradation. De plus, la salive, qui constitue l électrolyte principal, contient également des composés organiques, des bactéries, des gaz dissous et un certain nombre d ions (chlorures, fluorures et sulfures) qui vont accentuer les processus de dégradation. L ensemble de ces phénomènes, qualifiés d électro galvanisme buccal, s accompagnent de la libération de particules ionisées qui sont transportées dans les tissus voisins

20 -13- et susceptibles de provoquer, localement ou à distance, des manifestations de type toxique ou allergique Matériaux céramiques utilisés en prothèse dentaire Structure de la céramique et principes de réalisations (21) Le terme céramique provient de «keramos», mot grec signifiant argile. Il a d abord désigné des poteries recouvertes d émail avant d être étendu à toute la porcelaine et à d autres produits essentiellement constitués de silicates et qui représentent les céramiques classiques. Peut être considéré comme céramique tout matériau inorganique, fragile, et mis en forme à haute température à partir d une poudre dont la consolidation se fait par frittage, cristallisation ou prise d un liant hydraulique. En odontologie, les céramiques sont essentiellement employées dans des applications prothétiques mais peuvent également être utilisées en implantologie, en orthodontie, en matériau de restauration esthétique comme dans le cas d inlays, onlays ou facettes. La plus grande partie des nouveaux systèmes très sophistiqués apparus ces dernières années sont des améliorations technologiques d un produit apparu il y a plus d un siècle. Les céramiques sont un type de verre obtenu par la fusion d oxydes métalliques à haute température qui deviennent solides à température ambiante. Les céramiques dentaires sont des matériaux de structure composite comprenant une structure vitreuse appelée matrice de verre

21 -14- renforcée par différentes phases cristallines qui permet d adapter le coefficient de dilatation thermique du matériau. La fabrication se fait en chauffant le mélange au-dessus de la température de fusion de la matrice vitreuse et en dessous de celle des cristaux. La phase cristalline accroît la résistance et réduit les fractures. Un autre facteur clef est le contrôle de la rétraction thermique résiduelle. La nature de la phase cristalline présente dans la céramique conditionne principalement les propriétés physiques, mécaniques et optiques (réflexion lumineuse et couleur) de la restauration finale. Elle s oppose notamment à la propagation des dislocations et micro fractures de surface au sein du matériau. Ces matériaux sont soumis à deux types de défauts, sources de leur fragilité : des défauts de fabrication (inclusion de porosités lors de l élaboration) et des défauts de surface (différence de contraction entre les deux phases vitreuse et cristalline lors du refroidissement) et aussi des défauts de surface liés aux meulages lors de l élaboration. Durant cette décennie, un grand nombre de matériaux et de procédés d élaboration de restauration tout céramique ont été mis à notre disposition. Ils peuvent être classés suivant leur technique d élaboration et aussi suivant la composition de leur phase cristalline.

22 Propriétés mécaniques de la céramique (21) Les céramiques dentaires sont peu résistantes en traction et en flexion mais sont très résistantes en compression. La caractéristique principale est la rupture dite fragile, c est-à-dire sans déformation plastique. Depuis Griffith, on sait que la fracture d une céramique se fait par propagation d une fissure à partir d un défaut initial. Les propriétés mécaniques des céramiques conventionnelles sont résumées dans le Tableau 1.

23 -16- Tableau 1 : Propriétés mécaniques des céramiques conventionnelles, de l émail et de la dentine (26). Dentine Opaque Céramique Module élastique (GPa) Résistance à la rupture (compression) (MPa) Résistance à la rupture (en tension) (MPa) Dureté (VHN)

24 Facteurs influençant la résistance mécanique (21) Ils sont directement liés au nombre et à la taille des défauts issus de la mise en œuvre, du montage, de la poudre de céramique, de la cuisson et du glaçage. Taux de porosité : il dépend de la distribution granulométrique et du mode de mise en forme de la pâte crue (compactage). Le compactage par vibration permet d augmenter de 40 % la résistance par rapport à une céramique non compactée. La cuisson sous vide fait passer le taux de porosité de 4 % à 0,1 %. Température et cycle de cuisson : l élévation de la température et de la durée de cuisson entraîne une augmentation de la résistance. Cependant, au-delà d un certain seuil ou lors de la multiplication des cuissons, on assiste à une diminution de ces caractéristiques, due à une dissolution dans le verre des phases cristallines dispersées. Contraintes internes : elles résultent d un différentiel de coefficient de dilatation thermique entre les différentes phases du matériau ou entre le matériau et le support (métal ou céramique d infrastructure). Microstructure : la résistance augmente avec la proportion de phase cristalline et avec la quantité d interfaces verre/cristal et donc la dispersion de cette phase cristalline. L état de surface et surtout les défauts de surface jouent un rôle important.

25 -18- Pour remédier aux défauts de surface, le glaçage thermique ou l emploi d une glaçure permet en obturant les pores et en refermant les fissures d améliorer les propriétés mécaniques des céramiques feldspathiques d environ 400 %. De plus, la glaçure possédant un coefficient d expansion thermique plus faible que celui de la céramique sous-jacente met la surface en compression Classification de la céramique (21) Classification de Sadoun et Ferrari Les propriétés finales des prothèses céramiques, résistance mécanique, microstructure, précision d adaptation et propriétés optiques, résultent de la nature chimique du matériau et du procédé de mise en forme. Un même matériau peut être mis en forme de façons différentes, modifiant ainsi ces propriétés. Un même procédé de mise en forme peut être utilisé pour différents matériaux. Il est donc indispensable d établir une classification basée sur la nature chimique, la microstructure et les procédés de mise en forme. Selon les constituants chimiques Céramiques feldspathiques : ce sont les céramiques traditionnelles destinées à l émaillage des couronnes céramo-métalliques.

26 -19- Céramiques alumineuses : leur constituant principal est l alumine (Al₂O3). On distingue en fonction de la teneur en alumine : C 40 % : «Jacket» de Mac Lean ; C 65 % : Cérestore, AllCeram ; C 85 % : In- Céram ; C 98 % : Procera. Vitrocéramiques : elles comportent des matériaux de nature chimique différente(c apatites : Cérapearl ; C micatétrafluorosilicate : Dicor ). Ils sont mis en forme à l état de verre puis traité thermiquement pour obtenir une cristallisation contrôlée et partielle. Matériaux en cours d évolution : * C zircones (ZrO₂) : propriétés mécaniques améliorées. * C spinelle : contient du magnésium améliorant la résistance et la translucidité. Selon le procédé de mise en forme (avec ou sans armature métallique) - Avec support métallique. Le rôle de ce support métallique est de renforcer mécaniquement la prothèse et de servir de support de cuisson sur lequel va s annuler la rétraction de frittage par pyroplasticité de la phase vitreuse. Cette armature peut être : - Sans support métallique. Cuite sur revêtement : à peu près toutes les céramiques peuvent être frittées sur un revêtement compatible et chimiquement inerte.

27 -20- Coulée et vitro céramisées : usinée ou injectée (C à basse température; C à haute température; C barbotine + frittage + infiltration). Selon la microstructure Matrice vitreuse avec charges dispersées ou matrice cristalline avec phase vitreuse infiltrée Les différents systèmes de céramiques Anciens systèmes de céramiques (21) La céramique fut introduite dans l art dentaire au XVIIIe siècle par Alexis Duchateau et développée par Dubois de Chement. Au début, les restaurations esthétiques furent élaborées à partir de facettes préfabriquées incluses dans l armature ou de restaurations «tout céramique» sur une feuille de platine au demeurant très fragile. En 1958, apparaissent les premières dents prothétiques céramiques pour prothèses amovibles, confectionnées à partir de poudres fines de céramique, cuites sous vide. À la fin des années 1970 apparaissent les céramiques sur feuille, qui bien que commercialisées sous différentes formes et d élaboration aisée n ont pas obtenu un succès clinique car d autres types de céramique sont apparus. En effet, au cours des années 1970, de nouvelles techniques de réalisation de couronnes céramiques sans collier métallique remplacent la couronne «Jacket» classique.

28 -21- L acte de naissance de cette construction est antérieur au siècle et la paternité doit en être attribuée à C.H. Land qui a déposé le brevet en L idée d éliminer la feuille d or et de la remplacer par l application d une céramique de haute résistance sera bientôt obtenue par les céramiques alumineuses. Dans celles-ci, la dispersion de cristaux de céramique de haute résistance à l intérieur de la matrice de verre augmente la résistance et le module d élasticité de l ensemble. Mc Lean et Hughes utilisent ce procédé pour réaliser la première coiffe porcelaine alumineuse qui ouvrira la voie aux procédés Cérestore et Hi-Céram. Au cours des années 1980, les céramiques de verre sont introduites sur le marché. Grossman et Adair proposent une nouvelle expression de la vitrocéramique, que la firme De Trey commercialise sous le nom de Dicor. La transparence du Dicor procure un effet de mimétisme caméléon avec les dents adjacentes. Bien que très esthétique, la fragilité des restaurations collées a limité son utilisation. En 1985, Michaël Sadoun met au point le slip-casting, procédé d élaboration simple permettant d obtenir une coque d alumine avec une capacité de résistance suffisamment importante pour permettre de réduire son épaisseur et de la rendre comparable avec une chape métallique conventionnelle. Ce n est qu en 1989 que la firme Vita commercialise le procédé avec l appellation In- Céram. Cette nouvelle céramique montre à la fois la plus grande résistance à la flexion et à la rupture de toutes les céramiques disponibles actuellement. Le développement de céramiques de haute résistance sera le fer de lance de la recherche de ce nouveau siècle.

29 Nouveaux systèmes de céramiques (21) Systèmes pressés Empress II (Ivoclar) : après l Empress I, précurseur en la matière, dont la résistance en flexion était de 117 MPa, la société Ivoclar a développé un nouveau produit à base de disilicate de lithium permettant d augmenter sa résistance à la flexion à 350 MPa (soit 3 fois celle de l IPS Empress I ). Cette haute résistance permet la réalisation de petits bridges ainsi qu un scellement conventionnel dans les cas favorables Systèmes à usinage Il faut distinguer les procédés selon la technique d acquisition par la lecture optique (rayon laser) ou mécanique (palpeur) du die (ou de la maquette). L usinage de l infrastructure prothétique se fait au laboratoire ou dans un centre spécifique dédié à la méthode. Procédé Celay Le procédé Celay est une technique de reproduction mécanique, permettant de réaliser des restaurations tout céramique (sans armature métallique). Le procédé Celay permet l usinage des couronnes et des bridges par fraisage. En fonction des indications (inlays, onlays, couronnes partielles ou facettes), différents matériaux sont utilisables : céramique feldspathique, In-Céram Alumina, In-Céram Spinelle... Cette méthode convient également pour les couronnes jaquettes des moignons d implants unitaires.

30 -23- Procera (Nobel Biocare) Destiné à la réalisation de couronnes céramocéramiques antérieures et postérieures, c est le système le plus solide mais également le plus lourd en investissement et en gestion du temps dans les systèmes pressés. Un des points forts de cette céramique cosmétique est sa finesse de grains qui lui confère une moindre rétraction après la cuisson à 910 C. Sa surface tendre et facile à polir présente également l avantage de limiter l usure des dents naturelles. La technique de scellement du Procera est similaire aux techniques de scellement des céramométalliques et ne nécessite aucun mordançage. La couronne peut être scellée à l aide d un verre ionomère, de ciment oxyphosphate, de Vitremer ou de ciment composite. Le risque de fracture concernant les dents antérieures est similaire pour les systèmes de restauration tout céramique In-Céram, IPS Empress, Procera et Cerec. Pour Oden et Robbiani, le Procera présente 96,9 % de taux de succès. Système Cerec Le système Cerec existe depuis 1987, depuis 1993 dans sa version 2 et en 2008 est apparue la version 3 et le Cerec Lab (Fig. 1).

31 -24- Figure 1. Réalisation au laboratoire d une armature tout céramique par le procédé CAO/CFAO Cerec In Lab (26). A. Chaîne technique Cerec In Lab. B. Scanning du die. C. Identification des limites de la préparation sur l image du die. D. Insertion du bloc d usinage In-Céram Alumina et usinage de l armature dans le bloc In-Céram Alumina. E. Armature avant finition.

32 -25- Le système Cerec, conçu initialement pour remplacer de façon extemporanée les amalgames par des inlays de céramique, a considérablement évolué du fait des grandes possibilités de la machine et des performances de l informatique. Si le Cerec 1 ne permettait de faire que des pièces prothétiques d un ajustage médiocre, il en est tout autrement pour le Cerec 2 qui permettrait une précision cervicale de l ordre de 20μm. Le système est en évolution permanente, ainsi le Cerec 3 permet de réaliser aujourd hui des bridges de trois éléments.

33 -26-2.Matériel et Méthodes

34 STRATEGIE DE RECHERCHE ET DE SELECTION DE L ETUDE(25) Sur une recherche bibliographique effectuée au moyen des moteurs de recherche scientifique PUBMED, SCIENCEDIRECT, WEB OF KNOWLEDGE ET EBSCO DENTISTRY &ORAL SCIENCES SOURCE, nous avons pu collecter les dernières données scientifiques qui figurent dans la littérature sur des articles publiés entre 2004 et 2015, évaluant la biocompatibilité et les échecs mécaniques des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèse dentaire Les questions cibles : Quelles sont les étiologies des échecs mécaniques des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèses dentaires? Quels sont les taux de survie et les complications des prothèses dento-portées? Les taux de survie et les complications des prothèses dentaires céramocéramiques et céramométalliques sont-ils les mêmes? Quelles sont les dernières données scientifiques qui évaluent la biocompatibilité de ces biomatériaux?

35 -28- Les termes suivants ont été utilisés comme suit dans la stratégie de la recherche : B : Biocompatibility [MeSH] ou biocompatibilité [MeSH] C : Ceramic [MeSH] ou ceramics [MeSH] ou metal ceramic restorations[mesh])) ou (ceramic*[all Fields] Ou allceramic [all fields] Ou Dental Porcelain [All Fields] Ou metal-ceramic [All Fields]. E : Echecs mécaniques Ces mots clés ont été utilisés séparément dans les moteurs de recherches scientifiques et on les croisant pour établir une première liste de référence CRITERES DE SELECTIONS DE LA LITTERATURE Critères d inclusion Nous avons inclus dans notre recherche les articles qui répondent aux conditions suivantes : Articles traitant «la biocompatibilité et les échecs mécaniques des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèse dentaire». Articles publiés en anglais et en français avec un résumé dans la période allant de 2004 à 2015.

36 Critères d exclusion Nous avons éliminé certains articles sur la base de la lecture de leur titre et de leur résumé car leur thème ne paraissait pas pertinent pour notre revue de littérature. Cette recherche en premier lieu nous a permis de trouver 2057 articles traitant la biocompatibilité des biomatériaux dentaires, sur ces 2057, seuls 30 articles répondent clairement a nos objectifs de recherches concernant la biocompatibilité des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèse dentaire ainsi que les échecs mécaniques de ces biomatériaux métalliques et céramiques. (figure2)

37 articles identifiés 1318 articles supprimés car antérieurs à articles conservés pour la présélection 694 articles éliminés après lecture du titre ou résumé. 45 articles pour lecture complète 15 articles éliminés après lecture complète. 30 articles inclus Figure. 2 : Inclusion des articles à partir de la stratégie de recherche (1-30).

38 ANALYSES DES ARTICLES INCLUS : Biocompatibilité des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèses dentaires : (2,8) La notion de biocompatibilité, définie comme la capacité d un matériau à provoquer une réponse biologique appropriée dans une application donnée, constitue à l heure actuelle un élément essentiel dans l exercice de l odontologie en termes de sécurité du patient, sécurité du personnel dentaire, questions de conformité avec la réglementation et questions de responsabilité juridique. L odontologiste est amené à utiliser différentes sortes de matériaux quel que soit le type de soins à effectuer. Par conséquent, il se doit de connaître les matériaux employés et ce pour plusieurs raisons : tout d abord choisir le matériau le mieux adapté à la situation clinique ; ensuite, savoir identifier et prendre en charge d éventuelles réactions secondaires aux matériaux dentaires ; enfin, prendre les précautions nécessaires en amont afin d éviter ce genre de désagréments. (1,8) Evaluation de la biocompatibilité Tests d évaluations de la biocompatibilité des biomatériaux utilisés en dentisterie (2) Les tests d évaluation de la biocompatibilité nous permettent d avoir des informations claires et précises concernant la biocompatibilité des biomatériaux.

39 -32- Ces tests peuvent être classés en 3 grandes catégories : Les tests primaires Les tests in vivo Les tests in vitro Tests in vitro (2) Avantages Plus rapides que les tests in vivo. Moins onéreux. Reproductibles. Permettent d'évaluer séparément les effets biologiques de chacun des composants du matériau. Inconvénients N ont que peu de rapport avec la clinique. Sont trop sensibles Les tests in vivo (2) Avantages Ils sont beaucoup plus proches de la clinique Ils permettent d évaluer les effets d un matériau sur des organes loin de l organe cible. Ils permettent d évaluer la toxicité des métabolites. Un matériau peut en effet se révéler biocompatible alors que ses

40 -33- produits de dégradation, une fois métabolisés par l organisme se révèlent être dangereux. l interprétation des résultats est parfois plus facile car le rapport avec la clinique est souvent plus évident. Inconvénients Les tests réalisés sur des animaux de laboratoire (deux espèces de Mammifères) peuvent ne pas avoir de rapport avec l espèce humaine. L effet néfaste peut passer inaperçu s il est non recherché donc non évalué. Timing incorrect de l essai (l effet délétère se manifeste après les périodes d observation), l évaluation et l interprétation des résultats peut être difficile. Il peut être difficile de simuler la pathologie préexistante (carie, lésion Parodontale) Tests primaires (2) Tests de Genotoxicité (2) Ils évaluent les effets des dispositifs médicaux et de leurs produits de dégradation sur les mutations géniques, les changements de structure chromosomique ou toute autre modification des gènes et de l ADN. Le plus connu est le test de Ames. Des mutants de Salmonella Typhimurium, très sensibles aux mutations géniques, ne savent pas synthétiser l histidine. Si cette souche subit une mutation, celle-ci, tôt ou tard devient capable de

41 -34- synthétiser de l histidine et ainsi peut de se développer sur un milieu sans histidine. On observe alors des formations à la surface dont le nombre est proportionnel à l effet génotoxique. Parmi les matériaux dentaires, certains adhésifs dentinaires contenant de la glutaraldéhyde sont soupçonnés d être mutagènes, de même que les pâtes d obturation canalaire contenant du formaldéhyde. (Figure3) Tests de cytotoxicité (2) Le matériau est mis en contact avec les cellules cibles puis leur viabilité est évaluée. Il faut se poser trois questions pour juger de la validité du test de cytotoxicité : Quelles cellules cibles choisir? Quel critère choisir pour évaluer la viabilité cellulaire? Le mode de mise en présence des cellules et du matériau est-il judicieux?

42 -35- Figure 3 : Boîte de culture montrant des colonies de Salmonella Thyphimurium ayant muté après la mise en contact avec un matériau mutagène (2).

43 Biocompatibilité et cytotoxicité (29) Le terme biocompatibilité relève de l habilité du biomatériau à établir ses fonctions désirées dans le respect de la thérapie médicale sans avoir aucun effet indésirable, local ou systémique sur le récipient ou sur la thérapie, mais générant la réponse cellulaire ou tissulaire la plus appropriée dans une situation spécifique et optimisant la performance clinique de cette thérapie, cependant la cytotoxicité est l opposé de la biocompatibilité. 2.4 ECHECS MECANIQUES DES BIOMATERIAUX METALLIQUES ET CERAMIQUES UTILISEES EN PROTHESES DENTAIRES : Généralités (26) Les échecs mécaniques des biomatériaux métalliques et céramiques utilisés en prothèses dentaires sont des problèmes majeurs en dentisterie, or les principales raisons de la pose d une couronne sont : L échec d une restauration (carie secondaire ou fracture de la restauration) ; Les fractures dentaires. Les autres indications sont esthétiques, endodontiques et occlusales. Les dents les plus fréquemment couronnées sont les prémolaires supérieures (24 %), les molaires inférieures (22 %) et les incisives supérieures (19 %).

44 Données de fréquence sur les prothèses fixées (26) Les progrès technologiques et les attentes des patients ont conduit à une évolution des prothèses traditionnelles. La prévalence de prothèses fixées, couronnes unitaires ou bridges, chez des adultes âgés de 20 à 60 ans a été analysée dans une étude épidémiologique suédoise ; deux études croisées ont été menées en 1983 et Cette étude met en évidence une augmentation de la fréquence de la prothèse fixée avec l âge ; dans la tranche d âge 70 ans, la proportion de patients avec des prothèses fixées était considérablement plus élevée en 1993 comparée à La plupart des individus avec des prothèses fixées avaient un petit nombre de dents couronnées ; la moitié d entre eux n avaient pas plus de 4 dents couronnées. Le nombre de couronnes céramométalliques ou céramiques avait fortement augmenté entre 1983 et 1993 dans le groupe ans. L étude confirmait ainsi les données cliniques générales, à savoir que la céramique et la céramométallique étaient désormais le matériau de choix en prothèse fixée chez l adulte. Les auteurs soulignaient que ce changement reflétait une demande esthétique importante de la part des patients, mais également l évolution technologique des méthodes et matériaux de restauration. Dans une enquête nationale de la CNAMTS sur la fréquence annuelle des actes buccodentaires, la prothèse fixée unitaire et plurale représentait 14 % de la totalité des actes techniques et 80,1 % des actes de prothèse.

45 -38- Les actes de prothèse fixée unitaire étaient les plus fréquents (73,1 %) ; la répartition des couronnes prothétiques selon le matériau utilisé montrait que les couronnes céramométalliques ou en équivalents minéraux étaient plus fréquemment réalisées (62,9 %) que les couronnes métalliques (37,1 %). Dans la majorité des cas, les couronnes métalliques étaient réalisées sur molaire (76,3 %). Les couronnes céramométalliques ou en équivalents minéraux étaient effectuées dans 39 % des cas sur prémolaire, dans 29,2 % des cas sur molaire, dans 21,4 % des cas sur incisive et dans 10,4 % des cas sur canine. L analyse de la composition des prothèses plurales fixées de 3 à 5 éléments en fonction des matériaux utilisés (métallique ou céramométallique) montrait que dans 75,4 % des cas, la prothèse était réalisée entièrement en matériau céramométallique (53,5 %) ou à dominante céramométallique (majorité des éléments piliers ou intermédiaires céramométalliques, 21,9 %) et dans 21,8 % des cas en métal (12,4 %) ou à dominante métallique (majorité des éléments piliers ou intermédiaires en métal 9,4 %). À titre indicatif, selon les estimations de la CNAMTS (données du régime général), le nombre de couronnes céramocéramiques serait de l ordre de par an Données qualité de vie (26) Ces dernières années, les liens entre les maladies orales et la qualité de vie ont été explorés. Il est apparu que la santé orale et l esthétique dentaire

46 -39- contribuaient d une manière importante au bien-être de l individu, tant sur le plan biologique que psychosocial. La perception des patients quant à l esthétique et la qualité technique de couronnes céramométalliques versus céramocéramiques (In-Ceram alumine et Empress IPS ) a été évaluée. La couleur des restaurations était le facteur le plus important pris en compte par les patients ; il ressortait que l apparence était jugée plus naturelle pour les couronnes céramocéramiques qui étaient préférées aux céramométalliques Critères de succès prothétiques(13,27) La plupart des études à long terme rapportent des taux de succès excellents pour les prothèses fixes dento-portées et implanto-portées. Cependant, les critères de succès ou d'échecs prothétiques n'ont pas été standardisés. Pour la majorité des études longitudinales, seuls les cas où le patient a dû abandonner sa prothèse implanto-portée pour une prothèse adjointe conventionnelle sont considérés comme des échecs. Cette conception de l'échec prothétique nous semble extrêmement subjective. Il serait plus logique de considérer comme échec prothétique : Les modifications du plan de traitement dues à des implants mal positionnés ; L'impossibilité de réaliser l'option prothétique proposée aux patients ;

47 -40- Les réalisations prothétiques refaites plusieurs fois à cause de complications mécaniques (dévissages et fractures des différents composants) ; Un résultat esthétique non satisfaisant pour le patient ; Les difficultés phonétiques persistantes ; Les problèmes d'hygiène et de maintenance liés à un dessin prothétique inadéquat Evaluation des échecs mécaniques Modes de fractures (30) Les échecs des prothèses dentaires en céramique sont souvent associés à des défauts structuraux. Ces défauts peuvent survenir durant la fabrication, la préparation ou pendant la mastication après le placement de la prothèse en bouche. Ils peuvent prendre la forme de défauts microstructuraux à l intérieur de la céramique issus de la fabrication ou usinage, de facettes d usures, de défauts de contacts des surfaces occlusales, cémentation des surfaces, ou avec des microcontacts avec des objets dur et pointus. Dans la céramique, les défauts prennent généralement la forme de microfissures sur l échelle submillimétrique souvent en dessous de la détection visuelle. Un précieux indice quand à l origine de ces défauts peut être fournis par la photographie post échec. Il en résulte de bonnes procédures de fabrication et l évitement des défauts de préparations de

48 -41- surface qui sont des éléments cruciaux de la dentisterie prothétique. Mais cette liaison de fracture avec les défauts est de démentir l essence du processus d échec. Le plus souvent les fissures nouvellement formées sont «contenues» - d abord ils s arrêtent, puis s étendent sur une longue période cyclique avant l échec final. Dans les dents naturelles cette fissure «stable» se manifeste sous forme de fissures fermées ou «lamelles» le long de l . Il est concevable que la croissance de fissures stables puisse être contrôlée par des inspections périodiques de prothèses in vivo, mais cela est au-delà de la portée du cabinet dentaire normale, et en tout cas il n'y a pas de garantie que les dommages critiques seront visibles à la surface extérieure d'une restauration quasi- opaque. En outre, différents modes de rupture peuvent dominer dans certaines conditions géométriques, et aux différentes étapes du chargement. Par conséquent, l'évolution de la fracture est complexe et difficile à déduire de l'autopsie classique et dans les examens in vivo (Fig. 4).

49 -42- Fig. 4 Fractures en prosthèses dentaires (30). (a) molaire avec couronne en porcelaine zircone montrant une fissure au niveau de la surface occlusale. (b) fracture longitudinale de la partie margiale de la couronne (courtesy K. Malament); (c) fracture connectées entre 2 pontiques de 4 couronnes en porcelaine. (d) par(f) /Echecs en laboratoire de prothèse en porcelain-veneered zircone : (d) vue de coté de placage écaillage en dehors de l axe de la couronne, chargement en cours a cycle unique au point (Vickers pénétrateur) a une charge de 700 N. (e)post test section vue de la fissure de cône partielle dans une couronne chargée centralement et tangentiellement, après 6 T 104 cycles avec sphère pénétrateur a 300 N (Courtesy P. Guess). (f) fracture d une connexion de 3 unités, après 7.8 T 104 cycles avec sphère pénétrateur a 700 N (Courtesy C. Stappert).

50 Tests d évaluations (30) L'évaluation de la fatigue des céramiques dentaires individuelles a été menée en utilisant des méthodes normalisées d'essai de flexion.la méthode la plus courante consiste à casser des barres plates ou des disques, et à évaluer la contrainte maximale à la traction S («force») en tant que fonction de nombre de cycles n. L'avantage de ces tests est la simplicité dans la préparation des échantillons et de l'accumulation de données. Une variante utile est la première à lier la barre ou la plaque à une dentine a base de polymère et ensuite charger la surface supérieure sinusoïdale avec une sphère dure à une fréquence spécifiée jusqu'à une fissure radiale déclenche brusquement à la surface de scellement. Une telle structure de couche est appuyé un pas de plus à la réalité clinique de la couronne / dentine configurations. Une caméra vidéo placée au-dessous de la bicouche spécimen se permet de détecter l'initiation de la fissure, même dans du matériel opaque. Les données obtenues de cette manière sont présentés sur la Fig 5, par plaques de zircone à grain fin (Prozyr Y-TZP, Norton, East Granby, CT) d'une épaisseur de 0,6 mm chargé à la fréquence 10 Hz.63,67. Les symboles représentent des surfaces en creux soumises à différents traitements : High Polish (1 µm de pâte de diamant), sablé (50 µm des particules d'alumine) et en retrait avec une forte Vickers diamant à 0,1 et 10N (environ 1 µm et 10µm d impressions demi-diagonale) (Fig.5).

51 -44- Figue. 5 - Résistance de la céramique de zircone dentaire plaques lié à une base de polycarbonate dans du chargement de flexion, en fonction de cycles jusqu'à la rupture à une fréquence de 10 Hz (30).

52 -45- Plusieurs conclusions peuvent être tirées de la figure5: (i) les surfaces polies diminuent la force d'un facteur de deux ou plus sur la gamme cyclique (L'équivalent de 5 ans ou plus à la fréquence des piqûres normale), Conformément aux prévisions du SCG; (Ii) sablage dégrade la résistance de la zircone, dans ce cas d'environ un troisième rapport de surfaces polies, indicatif de l introduction de microfissures d abrasion des particules, mais encore compatible avec SCG69 le contact avec les particules individuelles dur provoque une chute de force plus rapide, ce qui indique la dégradation mécanique superposée. Le comparative des tests de résistance dans le chargement monotone soutenue sur une durée d'essai équivalentes ne présentent, pas de tels écarts par rapport aux Prédictions linéaires SCG, fournissant une confirmation du diagnostic d'une fatigue mécanique. Ces tendances sont représentatives de toutes les céramiques dentaires - seulement les positions verticales sur la parcelle qui diffèrent. Typiquement, les niveaux de résistance pour la céramiques et de lithium à base d'alumine vitrocéramiques disilicate sont de moitié à un tiers celles pour la zircone, tandis que les niveaux de la porcelaine sont d une grandeur inférieure à 11. Les données indiquées pour les surfaces dans les Etats en retrait poli, sablé et pointload Trendlines linéaires sont en accord avec la dégradation de la croissance lente de fissures assistée chimiquement en présence d'eau. Les écarts à la baisse à partir de ces courbes de tendance linéaire indiquent superposées dégradation de la fatigue mécanique. Les points de données avec des flèches représentent zones de dépôt.

53 Relation entre état de surface et comportement biomécanique (23) L état de surface a une influence considérable sur l aptitude de la surface à remplir la fonction qui lui est assignée. La rectification et le polissage des métaux sont parmi les plus complexes de tous les processus de coupe. Le polissage d une pièce métallique est une opération qui consiste à rendre la surface plane et brillante de façon à ce qu elle ne présente aucune rayure susceptible de compromettre sa fonction ou sa tenue en service, c est-à-dire son intégration bio fonctionnelle en ce qui concerne une prothèse médicodentaire. Au plan biologique, il est important que les éléments métalliques soient parfaitement polis, c est à- dire lisses, brillants et propres. Ainsi, il n y a pas de rétention de plaque bactérienne, les phénomènes de relargage de produits toxiques, suite à une corrosion, sont minimisés ou évités. Au plan mécanique, un état de surface irréprochable accroît la solidité et la longévité des pièces sollicitées par diminution de la corrosion, notamment de la corrosion par piqûres et crevasses. La destruction d un métal par corrosion a pour conséquence une diminution très sensible de ses caractéristiques mécaniques : c est la fatigue corrosion. Lorsqu il s agit d une pièce de forme géométrique simple (cube ou cylindre), le polissage peut être effectué grâce à l emploi de machines à polir automatiques, stables et fixes, permettant d obtenir un poli quasi parfait, de l ordre du micron.