Les fils nickel titane

Les habitudes alimentaires de nos patients, surtout adolescents, changent. JAIN (43) rapporte que la consommation moyenne des américains en lait et boissons sucrées a évolué dernièrement. En 1966, les américains consommaient environ 76 litres de boissons sucrées et 125 litres de lait par an. En 2003, le ratio s’était inversé avec environ 174 litres de boissons sucrées et 83 litres de lait. En 2009, la consommation de sodas a encore augmenté. YIP (73) rapporte ainsi qu’au Royaume Uni, sur les 2 à 3 litres d’eau nécessaires par jour pour un Homme, la moitié de ce volume est composée de sodas.

Un soda se définit comme « une boisson gazeuse faite d’eau chargée de gaz carbonique, additionnée de sirop de fruit » (Le Petit Larousse). Des acides sont rencontrés dans les sodas. Les plus rencontrés sont l’acide carbonique (H2CO3), l’acide phosphorique (H3PO4) et l’acide citrique E330 (C6H8O7).

Par ailleurs, l’orthodontie nécessite la mise en place de dispositifs, souvent métalliques, sur les dents afin de le déplacer. Le comportement des différents matériaux utilisés dans la cavité buccale peut être analysé sous deux angles différents : les effets du matériau sur le milieu, ainsi que les effets du milieu sur le matériau. Dès l’insertion d’une attache ou d’un arc dans le milieu buccal, une cascade de réactions chimiques se met en place. La consommation de boisson acide pourrait donc avoir un impact sur ces dispositifs, en particulier en ce qui concerne la résistance à la corrosion. La corrosion d’un matériau s ‘accompagne d’une perte de matière pouvant avoir des conséquences sur l’organisme et générer des réactions d’hypersensibilité.

Ainsi, le but de ce travail est d’étudier et de comparer le comportement électrochimique d’alliages utilisés en orthodontie en milieu acidifié. Le choix des alliages s’est porté sur deux types utilisés dans les premiers stades d’un traitement d’orthodontie : les alliages cuivrenickel-titane et les alliages acier inoxydable multibrins.

LES FILS NICKEL TITANE

HISTORIQUE

Les premiers alliages orthodontiques en nickel-titane ont d’abord été présentés par ANDREASEN en 1971 : ils sont connus sous le nom de Nitinol et sont issus des recherches de BUEHLER en 1963 (16) .

On peut classer historiquement les différents alliages nickel-titane ainsi :
– 1972 : le Nitinol conventionnel. Nitinol est l’acronyme de Nickel-Titanium Naval Ordnance Laboratory. On attribuait la possibilité de la mémoire de forme à ces alliages. En fait, le premier arc mis sur le marché, appelé Nitinol®, était composé de 50% de nickel et de 50% de titane. Il ne présentait pas d’effet « mémoire de forme », à cause du travail à froid réalisé sur cet arc lors de sa fabrication. Cet alliage présente cependant les avantages suivants selon KUSY (48): rigidité basse, force continue et faible, haut « springback » (= effet de détente, effet de ressort selon LOREILLE (50)). Mais on lui reproche de ne travailler que dans le domaine élastique et non dans le domaine pseudo-élastique.

– 1985 : NiTi chinois TIEN HUA CHENG de l’institut de recherche générale des métaux non ferreux de Pékin. Il possède une température de transition plus basse que le Nitinol, et une élasticité plus importante. Il présente une rigidité basse et une élasticité élevée. Le rapport charge/déformation est considérablement plus élevé pour de faibles activations que pour de grandes activations (16).

– 1986 : NiTi japonais développé par MIURA et MOGGI avec le soutien de la Furukawa Electric Corporation. Il est commercialisé actuellement sous le nom de Bioforce®, Sentalloy® ou Neosentalloy®. Ce fil possède un excellent effet détente et il y a peu de déformation plastique du matériau .

– 1994 : Apparition du Copper Ni-Ti® présenté par SACHDEVA. Au début, ces alliages étaient très difficiles à contrôler car pour une variation très faible de la composition, la température de transformation de l’alliage variait de 1°C. Le principe de la thermoélasticité repose sur le fait que l’alliage est activé par la chaleur de la cavité buccale et retourne à sa forme initiale par ce moyen. Pour KUSY (48), cet arc semble être le meilleur.

Il délivre par rapport au nickel-titane classique une force constante sur une plus grande étendue d’activation. Il présente aussi un meilleur effet détente ainsi qu’une résistance à la déformation permanente plus marquée.

LES 3 EFFETS DE CES FILS

Selon IIJIMA (41), les fils orthodontiques en alliage nickel-titane possèdent certaines caractéristiques comme la super-élasticité et la mémoire de forme. Les alliages nickel-titane super-élastiques sont donc utilisés en orthodontie dans les premières phases de traitement, que sont le nivellement et l’alignement des dents, grâce aux forces constantes délivrées par ces alliages. L’effet caoutchoutique est également rapporté comme une propriété de ces alliages.

Le terme de transformation martensitique décrit la transformation de l’austénite en martensite. Elle s’effectue sans diffusion des espèces atomiques entre des températures dites basse (température « martensitique ») et haute (température « austénitique ») selon JORDAN (44). Généralement, la charge d’un fil orthodontique s’effectue entre 22°C (température ambiante) et 35°C alors que la décharge se réalise à 35°C. Ainsi, un alliage, pour être performant dans le milieu buccal, doit être austénitique à température ambiante (= température de mise sous contrainte de l’arc). Il faut également que la température Martensite start (Ms) ne soit pas trop basse par rapport à la température ambiante afin que les contraintes imposées lors de l’insertion de l’arc dans les attaches orthodontiques provoquent la transformation martensitique. Il faut également que la température Austenite finish (Af) soit inférieure à 37°C (44).

L’effet superélastique
L’application d’une contrainte induit des variantes de martensite orientées qui provoquent une déformation importante dans le même sens que cette contrainte. Cette déformation est réversible : lors de la suppression de la contrainte, il se produit la réaction inverse en austénite. Ce comportement est appelé effet superélastique (53).

La super-élasticité se manifeste par la récupération complète de la forme de l’échantillon lorsque la contrainte cesse. Lors de l’application d’une contrainte, on observe tout d’abord la déformation élastique de l’austénite. Puis il y a formation de martensite (correspond au premier plateau sur la courbe de charge/décharge). Lorsque la contrainte cesse, il y a retour de la martensite en phase austénitique par transformation inverse, via un second plateau. La déformation élastique initiale de l’austénite est aussi récupérée à la fin de ce second plateau (44).