implantologie
ZIRCOMANIA : du rêve à la réalité Dr Catherine HO VAN TRUC - Dr Jean PERISSE
Après un article consacré aux protocoles de fabrication de
une déflexion permet d’éviter l’anastomose entre les diverses
la zircone, nous allons détailler ici les propriétés mécaniques
fissures et on constate une transformation au niveau des
et physico-chimiques de ce composant des prothèses den-
micro fissures assurant la protection de ces zones.
taires. En effet, depuis une vingtaine d’années, les prothèses dentaires ont évolué vers des infrastructures non métalliques, pour des raisons d’esthétisme et de biocompatibilité. Ces technologies modernes font l’objet de nombreuses présentations auprès des professionnels de santé et des patients. Comprendre et connaître les caractéristiques de ce matériau et ses modalités de fabrication, est un enjeu fondamental pour que les praticiens l’utilisent dans des conditions optimales.
E NTRONS
DANS LE VIF DU SUJET POUR ÉTUDIER
LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DE LA ZIRCONE .
Il faut bien comprendre que ces propriétés dépendent principalement de la structure dense en micro grains et sans défauts de la zircone : pureté de la pièce, porosité, structure cristalline (proportion de phase tétragonale et monoclinique), caractéristiques géométriques, état de surface … En effet, la présence de micro-défauts de structure de 1 à 10μm peut influencer ces propriétés.
DE
QUELLES MESURES PARLE T-ON
?
Tout d’abord, la ténacité (voir graphique ci-dessous). C’est la résistance du matériau à la propagation d’une fissure. La ténacité de la zircone est corrélée à son comportement Rcurve. La phase métastable de la zircone (matériaux non stable en théorie, en raison d’une vitesse de transformation très faible) augmente sa résistance devant la propagation de fissure par un phénomène d’absorption des contraintes. Les cristaux maintenus artificiellement en phase quadratique grâce à l’Yttrium, profitent de l’apport d’énergie pour revenir en phase monoclinique.
Graphiques 1 et 2 : ténacité des matériaux à rupture fragile et des matériaux
Des mécanismes actifs se trouvant à l’arrière de la fissure
ductiles (ductibilité : aptitude d’un matériau à supporter une déformation per-
réduisent sa propagation. Par la différence de volume entre
manente sans rupture)
la phase monoclinique (vol supérieur de 3 à 5%) et la phase
La zircone est dix fois plus tenace que le verre pour une même force donnée.
quadratique, la fissure peu aussi se combler au fur et à mesure, par les déchets des grains libérés par la fracture ;
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La ténacité d’un matériau se mesure d’après le coefficient
phique ci-dessous). Le traitement HIP, grâce à l’augmentation
Kic, soit : Kic=_b (yV_a) où _b = tension de fracture - y =
de sa densité, confère à la zircone une résistance presque
facteur géométrique - a = dimension du défaut.
doublée (1400 et 1600 MPa) par rapport à un frittage natu-
L’étude de la zircone soumise aux cycles de fatigues permet
rel. On observe des valeurs deux fois plus élevées pour la
de conclure à une sensibilité exponentielle à la propagation
zircone comparée à la céramique infiltrée et plus encore à
d’une fissure qui indique une extrême sensibilité du matériau
l’alumine. C’est grâce à cette résistance à la flexion très éle-
aux contraintes. Les prédictions à long terme varient énormé-
vée qu’il est envisageable de réaliser des pièces prothétiques
ment selon les hypothèses initiales de la taille des défauts.
de longues portée en zircone, conçues avec des sections de connexions réduites et donc plus esthétiques.
La dureté. Elle se définit comme étant la résistance d’un
En général, la résistance mécanique en flexion est précisée
matériau à la pénétration d’un autre corps plus dur que lui.
par le fabricant, mais sans indiquer les conditions des essais
La zircone HIP possède une grande dureté.
(flexion 3 points, 4 points, bi-axiale …). Il est pourtant essentiel de connaître ces conditions d’essais avant d’inter-
Parlons ensuite de la résistance à la flexion (voir gra-
préter les résultats. Notons que la résistance des matériaux à basse ténacité est limitée et liée à la taille du défaut. Module d’élasticité longitudinale : Module de Young (Loi de Hooke) (voir graphique ci-dessous). Au-delà d’une certaine force appliquée, appelée limite élastique, le matériau prend une déformation permanente. On dit qu’il est déformé plastiquement. Le module d’élasticité de la zircone autorise une déformation peu importante du matériau avant rupture (en élasticité).
Graphique 3 : résistance à la flexion des matériaux à rupture fragile et des matériaux ductiles
QUELQUES
PARAMÈTRES MODIFIANT LES
PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DE LA ZIRCONE
Les retouches après frittage sont considérées comme déstabilisantes. Il est préférable de limiter ces reprises et de les réaliser sous eau afin d’éviter l’échauffement local. Certains recommandent de recuire systématiquement la zircone à 1000°C après retouche. Les rectifications de surface peuvent réduire la résistance des pièces prothétiques. Chaque rayure serait une amorce partielle de fissure. (Kosmac and coll : étude du modèle de Weibull : probabilité à la rupture). Graphique 4 : élasticité des matériaux à rupture fragile et des matériaux ductiles
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Le design de la pièce usinée doit éviter le plus possible
solubilité chimique en comparaison avec les autres
les angles vifs qui sont des zones de concentration de
céramiques. L’absence quasi-totale de phase vitreuse la rend
contraintes. Une épaisseur minimale de matière doit être
très résistante à la corrosion sous acide pendant des
observée (au minimum 0,5 mm dans la partie interne du
temps relativement courts (24h). La zircone n’est pas avide
pilier zircone et 1mm dans la partie émergente du pilier zir-
d’oxygène et résiste ainsi à l’oxydation.
cone. O. Etienne et S. Baixe recommandent une angulation
L’énergie électronique de l’oxyde de zirconium implique une
implant piliers inférieure à 39°. Certains fabricants ne vont pas au-delà de 15°, les risques de fractures étant trop important.
conductivité électrique, un électromagnétisme et la possibilité d’une polarité dans les prothèses. Par contre, le fait d’avoir des petits cristaux très homogénéisés induit une diffu-
Les conditions d’usinage. Une machine industrielle en cinq axes permettra un usinage fidèle au modèle, meilleur
sion électrique de peu d’amplitude.
qu’une machine à trois ou quatre axes. La quatrième géné-
COMMENT
ration de bridges dont l’armature est issue d’une seule et
Dans le milieu buccal, les matériaux sont soumis à des
unique pièce, grâce à un procédé de fraisage contrôlé par
charges statiques et dynamiques, ainsi qu’à une action chi-
ordinateur, offre une amélioration de la précision d’adapta-
mique qui modifient leur stabilité et leur résistance à long
tion.
terme. La dégradation de la zircone TZP est accélérée
VIEILLIT LA ZIRCONE
?
notamment par la présence de vapeur d’eau ou d’eau. Notons que la coloration de la zircone introduit des défauts
Certains fabricants de poudre ajoutent une faible quantité
de structure à l’échelle atomique par la présence d’ajouts
d’alumine, ce qui réduit le vieillissement de la zircone.
minéraux (colorants) dégradant ainsi légèrement ses pro-
L’utilisateur devra vérifier cette proportion pour garantir le
priétés mécaniques. Les infrastructures colorées offrent de
matériau. Notons enfin qu’un polissage très minutieux aug-
meilleurs résultats esthétiques et mécaniques. Il est conseillé
mente la résistance à long terme.
de cuire le cosmétique sans liner opaque. Les teintes obtenues par imprégnation de surfaces semblent augmenter la
Un grattage mal mesuré peut provoquer des fissures, des
solidité des zones imprégnées.
éclatements et des arrachements. Contrôler la vitesse permet de protéger les propriétés de la zircone. Avec les abrasifs
Pour conclure, retenons que les propriétés mécaniques de la
adéquats, des vitesses de 3000 à 12 000 tours seront très
zircone dépendent directement de la qualité et de la prove-
efficaces, sans dommage significatif pour la zircone, avec
nance des matières premières, de la validation des différents
ou sans eau, tant que la pièce ne s’échauffe pas. Mais le
paramètres d’usinage, du suivi et de la maintenance du
grattage doit donner une rugosité suffisante pour augmenter
matériel de production (machines) et enfin de la fiabilité et
la surface de contact avec la masse apportée (adhérence du
de la reproductivité de la totalité du procédé de fabrication.
cosmétique). Un sablage de la zircone permet d’enlever les
(Sachant cependant que pour une même cuisson dans un
éléments cristallites prêts à partir et donner un aspect satiné
même four, nous pouvons trouver des différences entre les
à la surface. En revanche, les ultrasons sont à prescrire, pro-
pièces).
vocant de nombreuses fractures. Pour obtenir un état de surface idéal, un traitement ther-
D ANS
UN SECOND TEMPS , ABORDONS LES PRO -
mique judicieux permettra un brûlage des impuretés de sur-
PRIÉTÉS PHYSICO - CHIMIQUES DE LA ZIRCONE .
face ainsi qu’un apport d’énergie thermique qui réparera les petites agressions de surface dues au meulage.
En règle générale, la zircone stabilisée à l’yttrium présente une radioactivité largement inférieure aux exigences des
LA
ZIRCONE EST-ELLE BIOCOMPATIBLE
?
normes. Cependant, le fabricant doit fournir le niveau de
La biocompatibilité est la capacité d’un matériau à être uti-
radioactivité de la zircone qu’il commercialise.
lisé avec une bonne réponse des tissus receveurs. Le succès de la biocompatibilité des implants en bouche dépend de
D’autre part, la zircone TPZ présente une très faible
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l’adhésion des tissus autour de l’implant. Les études in vitro (...)
implantologie
ont démontré la stabilité de la zircone dans les conditions
tielles à suivre afin de garantir une reproductibilité des
intra buccales. Les poudres et les particules de zircone n’in-
propriétés de la zircone. Les difficultés rencontrées avec
duisent pas d’inflammation ni de toxicité sur les cellules
la zircone sont généralement consécutives aux malfaçons
lymphocytes et monocytes. La plupart des résultats publiés
du travail fait en laboratoire. Pour chaque étape du pro-
montrent une absence de toxicité sur les tissus conjonctifs et
cessus de fabrication, le laboratoire se doit d’apporter la
l’os. La tolérance en bouche par les tissus mous
preuve de l’application rigoureuse des protocoles ainsi
est parfaite, favorisant l’adhésion et la prolifération cel-
que de la maintenance des machines outils. Le moindre
lulaire.
détail peut compromettre les propriétés mécaniques et physicochimiques de l’armature.
On a pu constater une absence de corrosion et une diminution de la prolifération bactérienne sur la zircone par rap-
L’intervention du chirurgien dentiste est
port au titane. Cependant un composant non biocompatible
importante pour valider le travail du prothé-
peut s’introduire lors de l’opération d’usinage. Ce pro-
siste. Celle-ci nécessite une confiance absolue
blème ne se pose pas dans le cas d’usinage de bloc déjà
dans les intervenants à qui il confie la pro-
frittés.
duction de l’armature. Ces procédés sont
D’autres études doivent être faites pour confirmer la supé-
encore en évolution et doivent être considérés
riorité de la zircone à long terme.
avec précaution.
En vulgarisant l’utilisation de la zircone, la démultiplication des origines des matières premières et des systèmes de fabrication risque d’induire une dérive des règles essen-
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