Matériaux dentaires utilisés pour la coulée au laboratoire Frank Kaiser

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1 Matériaux dentaires utilisés pour la coulée au laboratoire Le succès d une réhabilitation dentaire dépend, en outre l importance du diagnostic et de la planification, du fait que les dentistes aient connaissance des procédures de laboratoire, et que les techniciens aient connaissance les procédures cliniques. Le résultat des procédures de laboratoire est directement lié à l instrumentation, la technique, le matériel et les équipements employés. Cet article en 3 épisodes présente une étude détaillée des différents matériaux impliqués dans le procédé de coulée au laboratoire dentaire; les cires, les revêtements et les alliages. Ce sont les principaux intervenants et leurs aspects scientifiques sont souvent peu connus. Le but de cet article est de démystifier, grâce à un langage simple et didactique, les principales caractéristiques des produits utilisés durant les étapes de laboratoire. L utilisation de matériaux récents et de bonne qualité est directement liée au résultat. La cire La coulée à cire perdue est une technique connue de l être humain depuis plus de ans avant J.-C. Elle a été inventée par les hébreux. Elle est aujourd hui encore l une des techniques les plus utilisée pour la réalisation de bijoux e autres models de l industrie de l orfèvrerie. Taggart, en 1907, introduit la fabrication de restaurations coulées, considérée à cette époque comme la première application de la technique de cire perdue en dentisterie. Il y a 200 ans la cire était déjà utilisée dans le domaine dentaire pour la prise d empreintes. Aujourd hui, sa principale application est l enregistrement de l occlusion, et diverses sculptures et modelages au laboratoire. Composition Les cires utilisées dans le domaine dentaire sont composées de différentes cires naturelles, ainsi que d autres produits tels que les huiles, les graisses, les gommes, résines et colorants. Cette variété de composants permet d obtenir des cires de différentes caractéristiques et propriétés. Elles peuvent être d origine : 1

2 Cire animale La cire d abeille est produite par les glandes latérales de l abdomen chez les abeilles. Après purification, elle est relativement malléable et blanche. Elle est utilisée afin d augmenter la fluidité et la souplesse à température ambiante. Intervalle de fusion de l ordre de C. Cire végétale La cire carnauba est très dure et facile à briser. Elle n a ni de goût ni d odeur. Elle est utilisée pour améliorer la dureté, la stabilité et la rigidité. Intervalle de fusion au alentours de C. Cire minérale La paraffine est obtenue par procédés pétrochimiques, résidu de la distillation du pétrole. Il s agit d une cire qui présente d excellentes propriétés thermoplastiques. Elle est habituellement ajoutée à de la cire d abeille pour réduire sa plasticité. Intervalle de fusion d environs C. Les cires microcristallines sont constituées de très petits cristaux, qui sont utilisés pour augmenter la température de fusion. Intervalle de fusion de C. Cire artificielle Il s agit de mélanges de résine, d acide stéarique et de gommes. Elles rendent les cires plus adhésives et collantes. 2

3 Propriétés Les cires sont molles et fragiles. De toutes ses propriétés, ce sont les thermiques qui présent le plus d intérêts au laboratoire, et principalement la thermo plasticité, ou la capacité de ramollir sous l action de la chaleur. Intervalle de fusion L intervalle de fusion d une cire est la température moyenne de fusion de tous ses composants. C est le passage de l état solide à l état liquide. Il peut varier en fonction de la diversité de ses composantes. Il se trouve généralement entre 48 C et 90 C. Température en C Temps en secondes Température en C Liquide Intervalle de fusion Solide Durcissement Lors de son refroidissement la cire ne passe pas directement de l état liquide à l état solide. Lorsqu elle est refroidie la cire commence à durcir à environ 56 C et se solidifie en dessous de 40 C. Durant cet intervalle de températures, elle est souple et malléable, pouvant ainsi être manipulée aisément. Cet état de la cire permet une grande variété d applications au laboratoire. Temps en secondes 3

4 Coefficient d expansion thermique Les cires sont les matériaux dentaires qui présentent le plus haut coefficient de dilatation thermique. Lors de son passage de l état solide à l état liquide, et inversement, se produisent des variations volumétriques, de dilatations et de contractions. Plus la dureté de la cire est élevée, plus grande est la probabilité d observer un coefficient de dilatation thermique élevé. Un refroidissement uniforme de la cire réduit considérablement ces tensions. Conductivité thermique En raison de sa composition et sa structure moléculaire, la cire est un très mauvais conducteur thermique. Il est donc indispensable de chauffer la totalité de sa masse uniformément. Ce réchauffement peut être réalisé à l aide d un bain-marie, d un four programmé, d air chaud ou d une flamme. Écoulement (épanchement) Il s agit de la capacité de s écouler, de se déformer. Elle est déterminée par deux facteurs, la température de la cire lors de la déformation et de la quantité de force appliquée. La cire n est jamais totalement rigide, et peut se déformer lorsqu elle est soumise à des forces ou des tensions, même à température ambiante. Plus la plasticité de la cire est élevée plus son épandage est possible. Couleur Pour faciliter la mise en oeuvre d un travail, la couleur de la cire choisie est extrêmement importante. Un contraste entre la couleur du modèle en plâtre et la couleur de la cire est conseillé. Certains travaux nécessitant la visualisation précise des moindres détails, ainsi, lors de la réalisation de travaux de fraisage l attention et la concentration sont telles que la couleur de la cire doit être agréable pour ne pas fatiguer la vue. Lors de la réalisation d un wax-up, une cire couleur émail est recommandée. Dureté Selon l utilité, les cires présentent différentes consistances. La dureté de la cire est directement liée à l ampleur de ses tensions. Pour un bridge de grande portée, par exemple, après l union de tous les éléments avec de la cire cervicale, il est intéressant de mettre la maquette en cire, sur modèle, dans de l eau tiède (environ 42 C). En laissant refroidir le tout à température ambiante, l on diminue considérablement les tensions internes et superficielles du modelage. 4

5 Types de cire au laboratoire Cire d occlusion Se présente sous forme d un bourrelet, et est assez malléable pour permettre l enregistrement de l occlusion. Cette cire tolère des températures supérieures à l environnement buccal (soit 37 C) sans présenter de déformation ou de distorsion. Cire pour bases de prothèses adjointes Aussi appelée cire 7 ou 9, elle est composée de 75% de paraffine, cire blanche d abeille, de résine, d essence de térébenthine ainsi que de colorants. La cire pour bases de prothèses adjointe est assez malléable pour permettre le positionnement des dents artificielles lors du montage, ainsi que la sculpture de la gencive artificielle. Cire de sculpture pour prothèses conjointes En raison de ses propriétés plastiques et élastiques, cette cire peut être utilisée pour réaliser des modelages suivant la méthode d addition ou de soustraction de cire. Entièrement calcinable, elle est employée conformément au concept de la coulée à cire perdue. La cire brûle durant le préchauffage des cylindres. Elle est éliminée par l oxydation du carbone, transformé en gaz volatil. À une température de 500 C, elle ne laisse aucun résidu dépassant 0,1% du poids initial. 5

6 Cire de fraisage La cire de fraisage permet la création de bords extrêmement minces et précis, elle est donc très dure. Généralement enrichie en cire de carnauba, pour son extrême dureté, elle est la cire la plus dure utilisée dans le domaine dentaire. Étant très dure et cassante, cette cire présente des difficultés de mise œuvre lors du wax-up de couronnes totales nécessaire au fraisage. Pour contourner ce problème, il est possible de différencier la cire utilisée pour les parties fraisées, généralement linguales, et le reste de la couronne. L on peut également utiliser une cire qui soit un compromis intéressant entre dureté, précision et facilité de modelage. Cire cervical Il s agit d une cire résineuse à contraction limitée, également appelée cire morte ou inerte. Elle reproduit avec extrême précision les bords cervicaux des couronnes et des chapes. Elle est également utilisée comme couche primaire pour les inlays, onlays et overlays. En règle générale, pour tout contact entre la cire et le plâtre, les die en particulier, l utilisation de cire inerte est recommandée afin d éviter des tensions de surface. Cire pour wax-up (modelage diagnostique) Ses propriétés sont similaires à celles de la cire pour la sculpture de prothèses conjointes. Elle est relativement facile à être sculpter, et est également calcinable. Plus chère, elle est habituellement vendue en coffrets et proposée en plusieurs nuances de blancs, jaunes et de bruns. Le but est de reproduire le plus naturellement possible certains effets présents dans l émail des dents naturelles. 6

7 Cire de modelage pour stellites Les stellites sont modelés avec la même cire que pour la sculpture de prothèses conjointes. Ceci essentiellement pour sa facilité de mise en œuvre, et sa superficie aisément lissée, ce qui facilite le polissage avenir. Généralement composée à 50% de paraffine, elle est complétée par de la cire de carnauba, gomme de Dammar et divers colorants. Cire de dépouille Principalement utilisée pour la réalisation des prothèses partielles amovibles, c est une cire très fluide qui permet de décharger les zones de contre dépouille et d éliminer les angles morts d un modèle avant sa duplication. Elle peut aussi être trouvée sous forme de plaques auto-adhésives, pratiques pour la dépouille des grilles de rétentions au niveau des selles. Cires préformées Ce sont des cires spéciales, de différentes tailles, formes, couleurs et plasticité. Elles sont utilisées pour gagner du temps lors du modelage de bridges en prothèse conjointe, mais également en prothèse adjointe pour la réalisation des différents éléments constituants les stellites. Les crochets, barres linguales, grilles de rétention et rugosités palatinales en cire permettent un réel gain de temps lors de l exécution de tels travaux. Cependant ces préformes doivent être individuellement adaptées à chaque situation. 7

8 Cire utilitaire La cire utilitaire présent des propriétés plastiques importantes, même à température ambiante. Multifonctionnelle, elle est aussi bien utilisée en prothèse adjointe que conjointe, réparations, dépouilles, fixation, etc Sa température de fusion est de 78 C. Cire collante La cire collante est un mélange de cire blanche d abeille et de résine provenant de sève d arbres. Elle est également multifonctionnelle quand il s agit de dépouiller, unir, coller ou connectez. Elle peu également servir à stabiliser temporairement des pièces à souder. Chaque cire doit être utilisé dans son contexte, en respectant les instructions du fabricant. 8

9 Le revêtement En prothèse dentaire, il existe trois types de revêtements. Les revêtements plâtre, traditionnellement utilisé pour la coulée de l or (Au) basse fusion, pratiquement en disparition. Les revêtements agglutinés par silicate d éthyle sont en perte de popularité. Ils étaient fréquemment utilisés pour la coulée des prothèses partielles amovibles, également appelés «Binder» ou «revêtements à alcool». Leur précision est discutable, ils sont peu résistants et les procédures d utilisation sont complexes. Le troisième type est un revêtement à liant phosphate qui répond aux exigences de tout type de coulée, en alliage précieux ou non précieux, prothèses céramo-métalliques, inlays, onlay, overlays, couronnes et bridges, prothèses partielles amovibles, et même céramique pressée. Les revêtements phosphatés (détaillés par la suite) sont les plus populaires en raison de la qualité des surfaces obtenues après coulée, de l absence de contamination des alliages, et de la tolérance aux températures élevées nécessaires à la coulée des métaux non précieux. Les revêtements phosphatés sont divisés en deux catégories: le type I pour inlays, onlay, overlays, couronnes et bridges, et le type II pour les châssis métalliques. Composition Les revêtements phosphatés sont composés d une charge réfractaire (poudre) et d un liant (liquide). Lors du mélange des deux composants il est recommandé de verser initialement le liquide dans le bol, puis d y déverser la poudre. Cela empêche l inclusion de bulles d air, et rend le mélange plus homogène. 9

10 Charge réfractaire (poudre) La charge réfractaires est composée de deux formes cristallines de la silice: le quartz et la cristobalite. Le quartz se retrouve en abondance dans la nature, la cristobalite est produite artificiellement par la torréfaction du quartz à 1600 C. Certains additifs tels que des colorants et des oxydes réfractaires sont également présents dans les revêtements. La plus part des revêtements phosphatés contiennent les mêmes composants, cependant la granulation et de la qualité de matière première peut varier d un produit à l autre. Quartz Cristobalite Liant (liquide) Le liant est généralement composé d oxyde de magnésium, de di-hydrogène de phosphate d ammonium, de phosphate de mono ammonium et de silice colloïdale. En raison de la présence de phosphate d ammonium dans le liquide, ces revêtements sont appelés revêtements phosphatés. Dans le cas des revêtements plus anciens, appelés «Binder» ou «revêtements à alcool», le liant est composé d alcool, de silicate d éthyle et d acide. 10

11 Propriétés La qualité d un revêtement est déterminée par ses diverses propriétés: sa capacité de reproduction de détails microscopiques, sa superficie extrêmement lisse, son expansion contrôlable, son temps de manipulation confortable, son sablage aisé, être suffisamment poreux pour évacuer les gaz, et être un matériau réfractaire, donc non inflammable. Les informations techniques fournies par les fabricants sont les suivantes: Temps de travail Détermine le temps de travail disponible pour mettre les cylindres en revêtement ou couler les modèles en cas de duplication. Il varie en fonction de la température ambiante. La chaleur accélère le durcissement du revêtement. De ce fait, en été il est conseillé de stocker la poudre et le liquide dans une armoire réfrigérée ou dans un frigidaire, entre 10 C et 12 C en évitant de congeler le liquide afin d éviter sa cristallisation, et ainsi la modification de ses propriétés. Le bol de mélange lavé à l eau chaude accélère également le durcissement du revêtement. Une nouvelle génération de revêtements phosphatés permet l augmentation du temps de travail d environ 5 minutes, ceci est particulièrement destiné aux pays tropicaux, ayant de très hautes températures ambiante. Temps de travail en minutes Température ambiante Temps de prise Le temps de prise initial, mesurée à l aide du système d aiguille Vicat, correspond à la durée nécessaire de durcissement intégral du revêtement. Ce temps d attente minimum, après mise en revêtement du cylindre correspond à la réaction exothermique du revêtement, libérant une chaleur pouvant atteindre 85 C. Les revêtements traditionnels, ou lents, sont enfournés après la réaction exothermique, environ 45 minutes après le début du malaxage. Les revêtements appelés «speed» ou choc thermique, sont enfournés durant la réaction exothermique, en général entre 20 et 30 minutes après le début du malaxage. 11

12 Proportions liquide / poudre Les indications du fabricant au sujet de la proportion liquide / poudre doivent impérativement être respectés. Il est malheureusement fréquent de voire certains techniciens ne mesurant pas les proportions des matériaux, invoquant l expérience. Ils se trompent, l œil humain n est pas assez précis! Il est essentiel de mesurer la quantité exacte de liquide nécessaire au mélange, afin de produire des résultats constants. Résistance à la pression La pression exercée sur un revêtement permet de mesurer sa résistance, elle est exprimée en Méga Pascal (MPa). 1MPa = 1N/mm2, ce qui signifie qu une force de 1MPa correspond à un poids d environ 100g (1N) exercée sur une surface de 1mm2. Les revêtements de type I pour inlays, couronnes et bridges, prothèses conjointes en général, ont une résistance à la pression d environ 5 à 10MPa. Les revêtements de type II pour stellites, ont une résistance à la pression de 15 à 20MPa, ce qui est essentiel lors de la duplication de modèles. En règle général, les revêtements visqueux lors du malaxage sont plus résistants à la pression que les revêtements liquides. Lorsque la concentration de liquide est importante, au détriment de l eau distillée, le revêtement présente plus grande résistance. Un revêtement hautement résistant à la pression présente les avantages d être compacte, fin et précis, mais ne facilite pas le sablage. 12

13 Préchauffage Un préchauffage conventionnel, lent, exige une stabilisation de 30 minutes à environ 270 C, permettant une expansion idéale de la cristobalite. Une seconde stabilisation de 30 minutes à environ 570 C est nécessaire à l expansion adéquate du quartz. Dans le cas d un préchauffage rapide, la température d enfournement correspond à la température finale. Dans ce cas, l expansion de la cristobalite et du quartz est simultanée. En cas d enfournement rapide, l ouverture du four durant l élimination de la cire peut être dangereuse car les gazes dégagées peuvent s enflammer au contact de l oxygène. Le type d alliage utilisé détermine la température finale de préchauffage des cylindres. Type d alliage Préchauffage des cylindres Au 750 C Ag-Pd 850 C Ni-Cr 950 C Co-Cr-Mo 1050 C Pour contenir le revêtement et former les cylindres, l on peut utilisé des anneaux métalliques revêtus internement de fibre de céramique, des moufles en caoutchouc permettant l expansion libre du revêtement, ou des anneaux préformés en plastique pour les châssis métalliques. La taille du cylindre détermine le temps nécessaire de stabilisation final du four. Ce temps augmente en fonction de la taille du cylindre, afin de permettre à la chaleur ambiante du four d atteindre le centre du cylindre. Type de cylindre 1x 3x 6x 9x Stellite Stabilisation final 20-30min min min min. Le nombre de cylindres présents dans le four détermine également le temps de stabilisation final du four. Ainsi, plus il y a de cylindres dans un même four, plus la température finale sera maintenue. 13

14 Expansions Les revêtements utilisés pour la coulée de prothèses dentaires sont appelés revêtements compensateurs. Cela vient du fait d avoir la capacité de se dilater et ainsi compenser la rétraction du métal lors de sa cristallisation. Un alliage de métaux non précieux présente une rétraction plus importante qu un alliage de métaux précieux. Il existe deux types d expansions, l expansion de prise et l expansion thermique. Le contrôle de ces expansions est important pour parvenir à un ajustage adéquat des couronnes sur les moignons ou des contre fraisages sur les fraisages primaires par exemple. Expansion de prise L expansion de prise correspond à l expansion du revêtement durant son durcissement. Elle est mesurée à l aide d un extensomètre ; instrument utilisé pour mesurer de petits mouvements d extension d un corps soumis à une déformation. L expansion de prise, comprise entre 1,2% et 1,4% environ, peut varier d un revêtement à l autre mais varie également sous les conditions suivantes : Température ambiante La température ambiante, au moment de la manipulation, influence l expansion de prise du revêtement. Plus la température ambiante est élevée, le plus d expansion de prise sera importante. Température des matériaux La température du liquide et de la poudre influencent l expansion de prise. Il est conseillé de stocker ces matériaux dans une armoire réfrigérée ou dans un frigidaire, entre 10 C et 12 C, afin d obtenir des résultats constants. Un bol de mélange lavé à l eau chaude modifie également l expansion de prise du revêtement. Quantité de liquide dans le mélange Si les proportions indiquées par le fabricant ne sont pas respectées, les résultats obtenus de correspondront pas aux spécifications du produit. Il est également essentiel de respecter les instructions du fabricant afin d obtenir des résultats constants. Pourcentage de liquide de revêtement et d eau distillée Le pourcentage d eau distillée contenue dans le liquide de revêtement est la manière la plus significative de contrôler son expansion de prise. En employant exclusivement le liquide propre au revêtement l on obtient une expansion de prise maximale. Au fur et à mesure que l on dilue ce liquide avec de l eau distillée, l expansion de prise du revêtement diminue. L utilisation constante d un même revêtement permet d obtenir des résultats précis. Lors de la réalisation de travaux en or (Au), le pourcentage de liquide propre au revêtement peut être dilué jusqu à 50% par de l eau distillée pour compenser la faible rétraction de l or (Au). 14

15 La réalisation de bridges non précieux de grande étendue est complexe, et l expansion de prise pose un réel problème. L ajustage de chaque élément individuel peut être satisfaisant, mais l ensemble du bridge peut présenter des distorsions. Pour contourner ce problème, il est possible de travailler avec des expansions de prise locales. C est-à-dire utiliser une expansion de prise différente pour l intérieur de chaque élément et pour le remplissage du cylindre. L autre possibilité est de sectionner la structure et de la souder. 80% 50% Durée de malaxage à la main La durée de malaxage de la poudre et du liquide à la main influence l expansion de prise. Le temps de malaxage à la main devrait toujours être aux alentours de 15 secondes afin d obtenir des résultats constants et de pouvoir contrôler l expansion de prise de manière précise. % d expansion Temps de spatulation en secondes Intensité et durée de malaxage sous vide Pour un mélange homogène du revêtement, un temps de malaxage sous vide d au moins une minute est recommandé, généralement à 360min-1. L intensité et la durée de malaxage sont déterminants pour le résultat final. 15

16 Expansion thermique L expansion thermique du revêtement est contrôlée par la vitesse de chauffe du four et les temps de stabilisation aux différents paliers. En général l expansion thermique ne devrait pas être modifiée. Elle correspond à l expansion de la cristobalite et du quartz à des températures déterminées. La programmation du four de chauffe doit strictement respecter les recommandations du fabricant. Expansion de la cristobalite La cristobalite, à température ambiante, se présente sous forme cristalline de tétragonale. Au-dessus de 270 C, elle subie son expansion, et ses cristaux se transforment en cube. Pour permettre une expansion homogène, une stabilisation de 30 minutes à cette température est essentielle. 270 C Phase alpha Phase bêta Expansion du quartz Le quartz, à température ambiante, se présente sous forme cristalline hexagonale, appelée phase alpha. A 570 C, il subi son expansion vers une forme trigonale, appelée bêta. Ici également, pour permettre une expansion homogène, une stabilisation de 30 minutes à cette température est essentielle. 570 C Phase alpha Phase bêta 16

17 % d expansion Cristobalite Quartz Température du four en C Dans un cadre d un enfournement rapide, l expansion de la cristobalite et du quartz est simultanée. Elle se produit à température d enfournement, le plus souvent donc à température finale de préchauffage. Selon les revêtements, l expansion thermique d environ 0,6% à 300 C peut atteindre 1,4% au-delà de 600 C. Avec silice colloidal % d expansion Température du four en C 17

18 Expansion totale La somme des deux expansions ; expansion de prise et expansion thermique, représente l expansion totale du revêtement. Cette expansion totale s achève aux alentours de 600 C et atteint 2,5%. Elle peut s étendre à 3%, si l on utilise de la silice colloïdale dans le liant. Le contrôle de l expansion de prise est difficile et peu exact en raison du nombre de facteurs impliqués. Pour obtenir des résultats constants il est important de respecter un protocole strict de mise en revêtement. L expansion thermique est beaucoup plus facilement contrôlable, simplement par le respect des températures et paliers de préchauffage. Expansion de prise 81% 19% Expansion thermique Les revêtements récents ont été conçus dans le but d équilibrer l incidence de l expansion de prise et de l expansion thermique sur l expansion total du revêtement, ce qui facilite nettement son contrôle. Expansion de prise 55% 45% Expansion thermique 18

19 Silicose La silicose fait partie d un groupe de maladies appelées pneumoconiose. Il s agit d une maladie pulmonaire provoquée par l inhalation de particules de poussières de silice. Lorsque nous inhalons des particules de silice, celles-ci se logent dans les surfaces humides à l intérieur de notre système respiratoire. Certaines de ces particules peuvent atteindre nos poumons et se loger dans nos bronches. Notre organisme, à l encontre de ce corps étranger, forme de la fibrose essayant de l absorber. S agissant de silice (petites pierres de quartz) notre organisme n a pas les moyens de la supprimer. Par conséquent la formation de fibrose est inutile et se traduit par une réduction progressive et irréversible de la capacité respiratoire, même après l arrêt de l exposition aux poussières. Cette fibrose pulmonaire peut entraîner une maladie professionnelle grave, la silicose, connue dans le monde entier comme maladie typique des mineurs. Au laboratoire, le prothésiste dentaire doit se protéger au moyen d aspirations ou de masques protecteurs pour filtrer la poussière et éviter toute forme d inhalation de poudre de revêtement. 19

20 Alliages Actuellement l on peut trouver une grande variété d alliages dentaires sur le marché, plus de 2000, de compositions très différentes et applications variées. Les métaux composant ces alliages doivent être biocompatibles, relativement faciles à couler et à souder, et aisément polissables. L alliage idéal présente peu de contraction lors de sa solidification, un minimum de réactivité avec les revêtements, résistance à l abrasion, haute dureté et résistance à la corrosion. Co-Cr = Cr-Co L identification d un alliage est faite par les éléments qui le constituent. Ses composants sont énumérés par ordre décroissant. Par exemple pour un alliage dédié au stellite, la dénomination Cr-Co n est pas correcte. Le métal prédominant dans ce type d alliage est le cobalt (Co), présent à environ 60%. La dénomination Co-Cr est plus appropriée car le métal de base est le cobalt (Co). Les fabricants proposent leurs alliages sous diverses formes, ainsi l on trouve des plots, des cylindres, des parallélépipèdes ou cubes, des feuilles, des sphères ou des gouttes. Une nouvelle génération d alliages, appelés alliages bio, ne contiennent pas de palladium (Pd) ni de cuivre (Cu), uniquement de l or (Au) et de la platine (Pt). Le cuivre (Cu) s altère rapidement et devient très vite toxique. Les alliages argent (Ag) et palladium (Pd) ne contiennent pas de cuivre (Cu), lorsque le cuivre (Cu) est présent, cet alliage ne contiendra pas d argent (Ag). La céramique appliquée sur des alliages à base d argent (Ag) ne peut être que de basse fusion. La dénomination d alliages d argent (Ag) et de palladium (Pd) comme «alliages semi-précieux» n est pas aux normes, Les alliages de cuivre (Cu) et d aluminium (Al) sont appelés Or non précieux. Ces derniers ne peuvent être utilisées que pour des tests, des stages ou dans des écoles de prothèses. Ils sont prohibés pour un usage dans l environnement buccal. 20

21 Biocompatibilité La composition d un alliage dentaire peut être exprimée de deux manières différentes: en pourcentage du poids spécifique (densité), ou en quantité d atomes de chaque élément constituant l alliage, qui est dons le pourcentage de la masse atomique. La densité et la masse atomique peuvent être très différentes l une de l autre, un métal léger contient de nombreux atomes, et un métal lourd ne contient que peu d atomes. Par exemple, le béryllium (Be), très léger, a une masse atomique à peu prêt cinq fois plus élevée que son poids spécifique. La masse atomique nous procure une meilleure vision de la quantité d atomes qui pourrait être libérés et affecter l organisme. Cependant les fabricants détaillent généralement la composition de leurs alliages en pourcentage du poids spécifique (densité). Tous les alliages dentaires libèrent des éléments dans la cavité buccale, mais pas forcément en concentration proportionnelle à leur composition. La quantité l éléments libérés est directement proportionnelle à la diversité des alliages présents dans une même cavité buccale. Un effet galvanique peut se produire entre les différents types d alliages présents dans le même environnement buccal. Ainsi, le public doit assumer les risques constitués par l usage d alliages dentaires, et considérer si leur utilisation est bénéfique. Dans la plupart des cas, la quantité d éléments libérés par les alliages dentaires est bien inférieure à la quantité ingérée par le régime alimentaire. À long terme, les éléments contenus dans le notre propre alimentation peuvent eux-mêmes être nocifs à notre santé. 21

22 La biocompatibilité d un alliage est directement liée à sa corrosion. La présence d ions en quantité suffisante peut modifier ou neutraliser totalement le métabolisme cellulaire des tissus gingivaux voisins, mais rien ne garantit que des dommages se produiront. Plus le temps d exposition de cellules à des ions métalliques est long, moindres en seront les effets biologiques. Ces effets biologiques locaux due à la libération d éléments font encore l objet d intenses débats. La question centrale est de savoir si l émanation de ces éléments est suffisante pour menacer le bon fonctionnement des tissus biologiques adjacents. Il doit y avoir émanation d ions pour causer une allergie. Par conséquence il se produit une inflammation des tissus gingivaux. Des recherches ont démontrées qu une allergie à un alliage dentaire ne peut se produire qu en présence de corrosion et de libération d ions métalliques. Il n est pas évident de déterminer si une réaction inflammatoire produite par l émanation d ions métalliques est un mécanisme allergénique ou toxique, voire une combinaison des deux. Généralement les réactions allergéniques sont caractérisées indépendamment de la dose appliquée. L influence des effets biologiques des métaux sur l organisme dépend de leurs moyens d absorption. Ainsi les éléments libérés par des implants sont plus conséquents que ceux libérés par des restaurations coronaires. Du titane (Ti) a été découvert dans le foie de patients porteurs d implants. Les éléments libérés dans les régions cervicales entre les couronnes et la gencive marginale, ainsi que ceux libérés dans l intrados des stellites sont très concentrés, car ils ne sont pas dilués par la salive. 22

23 Les statistiques montrent que 15% de la population est sensibles au nickel (Ni), 8% au cobalt (Co) et 8% au chrome (Cr). La concentration d argent (Ag) diminue de manière significative les activités cellulaires. Les ions d or (Au) n interagissent pas avec les tissus d une manière à causer des réactions allergéniques. Les patients sensible au palladium (Pd) sont quasiment systématiquement sensibles au nickel (Ni). La raison pour laquelle certains ions métalliques provoquent des allergies et d autres non, n est pas connue. Des recherches supplémentaires sont encore nécessaires dans ce domaine. En général, la surchauffe d un alliage conduit à la formation d oxydes, pas toujours visibles à l oeil nu. La salive, composé d environ 99% d eau, ainsi que de bicarbonate de sodium, chlore, calcium, magnésium et phosphate, exerce un pouvoir corrosif important sur ces oxydes. A l heure actuelle il n est pas encore possible de connaître la totalité des effets biologiques engendrés par les alliages dentaires. Le choix d un alliage n est pas facile, et implique des données de valeurs, juridiques, techniques et surtout la satisfaction du patient. La plupart du temps le choix est philosophique, basé sur les éventuels risques biologiques. Il est tout de même conseillé d employer des alliages dentaires provenant de sociétés constituées d un secteur de recherches et de développement évolué. L évaluation d un alliage devrait toujours impliquer des tests de corrosion et de biocompatibilité, afin de déterminer si la libération d éléments est biologiquement significative. 23

24 Propriétés Les informations techniques fournies par les fabricants sont les suivantes: Couleur Détermine la couleur de l alliage, généralement chromée pour les non précieux ainsi que pour l argent (Ag) et le palladium (Pd), et de couleur dorée pour les alliages précieux contenant un pourcentage élevé d or (Au). Les alliages chromés ayant un pourcentage élevé d or (Au) sont également appelés «Ors blancs», décolorés par le palladium (Pd). Le titane (Ti) se présente sous une couleur grisâtre, nettement moins brillant que le chrome (Cr). Poids spécifique ou densité (g/cm3) La densité d un corps est le rapport entre le poids spécifique de la matière qui le constitue et son volume. La densité d un métal est proportionnelle à la somme des poids des atomes et des molécules présents dans l alliage, et l espace existant entre eux. Il est important de connaître la densité d un alliage pour pouvoir calculer la quantité de métal nécessaire à la coulée d une maquette en cire. Ainsi, le poids de la cire (avec tiges de coulée) est multiplié par la densité de l alliage, afin de connaître la quantité exacte de métal nécessaire à la coulée. Les tiges de coulée sont déjà incluses dans le poids final. 24

25 Dureté Vickers (HV) La dureté Vickers correspond à la dureté de surface, à la résistance à l abrasion, à l usure ou à la pénétration d un matériau par un autre. Plus la valeur est élevée plus la surface est dure et résistante à la pénétration. Pour mesurer la dureté Vickers l on emploi une pyramide en diamant de base carrée. Elle est pressionnée, par d une force normalisée, contre la surface de la pièce à mesure. Il en résulte une empreinte de forme carrée, dont les diagonales sont mesurées à l aide d un microscope. L on se réfère ensuite à une table en y reportant la valeur des diagonales de l empreinte obtenue et la charge utilisée. Le degré de dureté obtenu est donné en HV, Hardness Vickers, généralement entre 120 et 420 pour les alliages dentaires. En fonction de la dureté des matériaux, un changement de charge est souvent nécessaire afin d obtenir des valeurs cohérentes. Ainsi, l on applique une charge de 50N (HV5) sur les surfaces d alliages de métaux précieux (plus mous), et une charge de 100N (HV10), sur les surfaces d alliages de métaux non précieux (plus dures). Module d élasticité (MPa ou N/mm2) Le module d élasticité est la mesure de résistance d un matériau soumis à une déformation élastique. Plus un matériau est rigide, plus son module d élasticité est élevé, donc plus grande la force nécessaire à sa déformation. Pour les stellites, par exemple, l idéal serait un module d élasticité élevé pour éviter que les crochets ne soient trop flexibles. La valeur du module d élasticité est déterminée par la force nécessaire à une élongation de 0,2%. Une machine universelle de test est utilisée pour réaliser l élongation de l alliage. 25

26 Limite élastique (MPa) Elle peut également être appelée limite d allongement ou de dilatation. Elle correspond à la force nécessaire pour atteindre la limite entre une simple déformation élastique et une déformation plastique définitive. Une déformation élastique permet à l alliage, après suppression des forces exercées, de reprendre sa forme originale. Une déformation plastique, même après suppression des forces exercées, est définitive. Le paramètre de référence est 0,2%, déterminant la transition entre une déformation élastique et une déformation plastique. Dans le cas d un stellite, une valeur élevée est recommandable, afin d éviter une déformation définitives des crochets. Allongement à la rupture (%) Également appelée flexibilité ductile. Il correspond à l élongation maximum d un matériau précédent sa propre rupture. La valeur, exprimée en pourcentage, est indépendante du diamètre de la pièce d expérimentation. Sous l augmentation des forces exercées, la fracture correspond à un stade avancé de la déformation plastique. Coefficient d expansion thermique (10-6K-1) Souvent dénommé CET, il répond à la loi de la thermodynamique. Lorsque la température d un matériau augmente, l espace inter atomique augmente également. Ce phénomène engendre une expansion appelée dilatation thermique. Le comportement thermique du métal et la porcelaine doivent coïncider. Pendant le refroidissement des deux matériaux de la température de cuisson de la céramique à la température ambiante, les tensions résiduelles doivent être suffisamment faibles et convenablement dirigées pour éviter des fissures ou éclats dans la porcelaine. Le coefficient d expansion thermique du métal devrait toujours être légèrement plus élevé que celui de la céramique, afin de se contracter d avantage durant le refroidissement. Cette différence de coefficient d expansion permet à la céramique d être en compression résiduelle, ce qui lui procure plus grande résistance. 26

27 Préchauffages des cylindres (en C) Correspond à la température finale à laquelle les cylindres doivent être maintenus avant d être coulés. Cette température varie en fonction de l alliage utilisé; voir le chapitre «préchauffage des revêtements». Le temps de stabilisation à cette température dépend de la taille du cylindre, et peut varier de 20 minutes à une heure et demie. Alliages pécieux Alliages non-précieux Conjointe Au-Pt Au-Pd Ag-Pd Ni-Cr-Mo Co-Cr-Mo Ti Adjointe Au-Ag-Pt Au-Ag-Pd Co-Cr-Mo Ni-Cr-Mo Ti Intervalle de fusion ( C) Déterminé par deux températures, la plus basse appelée solidus, à laquelle le métal se trouve à l état solide, et la plus haute appelée liquidus, à laquelle le métal se trouve à l état liquide. Dans cet intervalle, qui varie de 30 C à 130 C selon la composition, le métal se trouve à l état pâteux. Certaines particules sont déjà liquides alors que d autres sont encore solides. Température de coulée Liquidus Solidus Température de coulée ( C) Lorsque la température atteint le liquidus, la totalité de l alliage se trouve à l état liquide. Un arrêt du chauffage de l alliage à ce moment précis conduit à un processus de solidification immédiat de certaines particules. Par conséquent, il est essentiel que la température de coulée dépasse d environ 50 C à 150 C (7 à 15%) la température liquidus de l alliage, permettant ainsi au métal encore liquide de remplir le cylindre dans sa totalité. 27

28 Composition des alliages dentaires Les alliages dentaires sont issus de la combinaison d à peu prêt 30 métaux différents. Ils peuvent être divisés en deux groupes: les métaux précieux et les métaux non précieux. Les métaux précieux peuvent aussi être appelés métaux nobles. Les alliages précieux peuvent être divisés en trois sous-classes: faible teneur en or (Au) - de 75%; haute teneur en or (Au) + de 75% et or (Au) pure ou électrodéposition de particules. Malgré le fait d être bon marchés, les alliages de cobalt (Co) et chrome (Cr), également appelées alliages basiques ou non précieux, présentent une biocompatibilité équivalente à celle des alliages précieux. Depuis 1936, date d introduction de ce type d alliages dans le dentaire, il n a pas été signalé un seul cas d allergie. Due à une forte teneure en chrome (Cr), ces alliages présentent grande résistance à la corrosion. L adhésion des résines (photo polymérisables) à été est démontrée supérieur sur du Co-Cr, cependant l adhésion de la céramique reste plus adéquate sur les métaux précieux. L usinage et le polissage de pièces coulées en métaux précieux son largement plus aisés. Voici les caractéristiques des dix métaux les plus couramment trouvés dans les alliages dentaires, à commencer par les quatre métaux précieux. Or (Au) Parmi les minéraux c est l or (Au) le plus convoité par l hommes. Il a été depuis bien longtemps responsable pour la conquête de terres et l origine de nombreuses batailles. L or (Au) a également eu un rôle très important dans la recherche et les sciences telle que la chimie. Il s agit d un métal jaune, brillant, ductile, malléable, conducteur électrique et thermique, résistant à la corrosion et le plus inerte qui soit. Il est parfaitement biocompatible en milieu buccal. Densité: 19,3g/cm3; température de fusion: C. Argent (Ag) L argent (Ag) est un métal blanc, brillant, souple et malléable. Il se trouve souvent taché de brun ou de gris. Il s agit d un bon conducteur électrique et d un élément très stable face à son exposition à l air ou à l eau. Son principal inconvénient est sa perte graduelle de luminosité. Densité: 10,5g/cm3; température de fusion: 906,8 C. 28

29 Palladium (Pd) Il a l apparence de l acier et ne se décolore pas au contact de l air. Le palladium (Pd) est un métal blanc gris, souple et ductile. Sa présence dans un alliage en augmente considérablement la dureté et la résistance. L or (Au) peut être décoloré avec du palladium (Pd), appelé de ce fait «or blanc». Densité: 12g/cm3; température de fusion: C. Platine (Pt) L origine du mot provient de l Espagnol platina, et signifie «petit argent». Le platine (Pt) est un métal argenté, brillant, et ne se décolore pas au contact de l air. Il est malléable et ductile. Comme tous les métaux précieux il est insensible aux acides ls plus forts. Aujourd hui le platine (Pt) est plus coûteux que l or (Au). Il devient magnétique lorsqu il est lié au fer (Fe). Densité: 21,1g/cm3; température de fusion: C. Nickel (Ni) Il est l un des allergénique les plus courant, et entre les métaux il est le plus puissant sensibilisant. En expérimentant l incidence de l allergie au nickel (Ni) on a observé que le taux d incidence chez les femmes est dix fois supérieur à celui chez les hommes. Selon des tests réalisés, un alliage contenant du nickel (Ni) perd ses propriétés allergéniques lorsqu il contient un minimum de 20% de chrome (Cr). Il est alors suffisamment stable et résistant à la corrosion dans l ambiance buccale. En général une allergie au nickel (Ni) se révèle durant le premier mois, au cours duquel les ions émis sont réduits à 80%. Il est peu probable qu un patient présente une allergie au nickel (Ni) après six mois. Ce métal est connu comme un cancérogène pour les personnes qui le manipulent constamment. Densité: 8,9g/cm3; température de fusion: C. 29

30 Chrome (Cr) Le mot chrome vient du grec chroma et signifie couleur, car ses composants présentent une grande variété de couleurs différentes. Le chrome (Cr) est un métal argenté, brillant, très dure et fragile. Il a un faible comportement magnétique. À température ambiante, il ne souffre d aucune action produite par des agents corrosifs. Au sein d un alliage, sa principale fonction est d augmenter la résistance à la corrosion et à la pigmentation, ainsi le chrome (Cr) peut être comparé à la peinture d une voiture. Densité: 7,2g/ cm3; température de fusion: C. Cobalt (Co) Ce minerai été utilisé au Moyen Age pour teindre les vitraux, et était détesté par les ouvriers qui l employaient car il était très toxique. Sa grande toxicité et ses pouvoirs de produire de belles couleurs dans le verre étaient considérés comme œuvres du diable, d où son nom allemand Kobold. De couleur grise claire à des teintes bleutées, le cobalt (Co) est un métal dur bien que fragile. Il ressemble au fer (Fe) et au nickel (Ni). Grâce à sa haute perméabilité magnétique il est fréquemment employé dans la production d alliages magnétiques. Au sein d un l alliage le cobalt (Co) est un élément clé fournissant dureté, résistance et rigidité. Densité: 8,9g/ cm3; température de fusion: C. Molybdène (Mo) Le molybdène (Mo) est un métal gris blanc, dur et très résistant. Il a un module d élasticité élevé, et parmi les métaux les plus fréquemment rencontrés, seul le tungstène (W) et le tantale (Ta) ont une température de fusion plus élevée. Sa toxicité est jugée faible par la littérature. Le molybdène (Mo), due à ses particules plus petites rend l alliage plus dense et plus compacte. Densité 10,2g/cm3; température de fusion: C. 30

31 Béryllium (Be) L utilisation de béryllium (Be) en dentisterie est relativement récente. Il est le plus léger des métaux utilisés, et améliore les propriétés mécaniques des alliages. Le béryllium réduit la température de fusion de l alliage, améliore l adhésion entre la céramique et le métal, et facilite le polissage en générant une surface brillante après la coulée, produite par l oxyde de béryllium (BeO). Par contre les émanations de béryllium (Be), lors de la coulée, sont très toxiques et sont à l origine d une maladie pulmonaire grave : la beriliose. La poussière de béryllium (Be) est également cancérogène et il est recommandé d utiliser une aspiration lors du dégrossissage. La législation internationale préconise que le béryllium (Be) soit mentionné lorsque sa teneure dans l alliage dépasse 0,02%. La quantité maximum de béryllium (Be) contenue dans un alliage ne peut dépasser 2%. Densité: 1,8g/cm3; température de fusion: C. Titane (Ti) Gris argenté, le titane (Ti) n est pas très brillant lorsqu il est poli. Il est particulièrement léger, dur et cassant. L utilisation du titane (Ti) en dentisterie nécessite des mesures spéciales durant son élaboration. La coulée devrait être réalisée sous vide et complétée par la projection de gaz argon (Ar). Le titane (Ti) réagit en présente de carbone (C), d azote (N) et d oxygène (O). Durant le processus de coulée l interaction de ces éléments contenus dans l air ou dans les revêtements entraîne un durcissement de la surface de l objet coulé. Cette couche d environ 50μm à 100μm d épaisseur est appelée «Alpha case». Elle doit être entièrement éliminée lors du polissage afin de permettre l application de céramique et de fournir au métal suffisamment de résistant à la corrosion. La biocompatibilité du titane (Ti) a été confirmée par 30 ans de développement technique et 20 ans d observation clinique. Il est parfaitement biocompatible avec les tissus osseux, mais beaucoup d auteurs considèrent qu il manque encore des recherches concernant le comportement du titane (Ti) dans l environnement buccal, principalement lorsqu il s agit de coulées à cire perdue. Densité: 4,5 g/cm3; température de fusion: C. 31

32 D autres éléments, tels que le carbone (C), le cuivre (Cu), l étain (Sn), le fer (Fe), le gallium (Ga), l indium (In), l iridium (Ir), le magnésium (Mg), le manganèse (Mn) le niobium (Nb), l azote (N), le rhénium (Re), le rhodium (Rh), le ruthénium (Ru), le silicium (Si), le tantale (Ta), le tungstène (W), le zinc (Zn) et le zirconium (Zr), sont également présents dans les alliages dentaires. Carbone (C) Cuivre (Cu) Etain (Sn) Fer (Fe) Gallium (Ga) Indium (In) Iridium (Ir) Magnésium (Mg) Manganèse (Mn) Niobium (Nb) Zinc (Zn) Zirconium (Zr) Étant donné leur présence en quantité minime, ils ont relativement moins d influence sur les propriétés physiques et la biocompatibilité des alliages. En dentisterie peu de métaux sont utilisés à l état pur, l or (Au) et le titane (Ti) en sont les rares exceptions. 32

33 Bibliographie KAISER, F. Fresado no Laboratório. Curitiba: Editora Maio, KAISER, F. PPR no Laboratório. 2ed. Curitiba: Editora Maio, NALLY, J.-N. - Materiaux et alliages dentaires, composition, applications et techniques, Paris: Julien Prélat Ed., PHILLIPS, R.W. Materiais dentários. 10ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, STEDMAN, D Dicionário Médico. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, WATAHA, J.C. Biocompatibility of dental casting alloys. J Prosthet Dent, v83, n2 p , February