Rappel sur les céramiques à usage dentaire

Caractéristique

Le test de flexion permet de mesurer la résistance à la rupture du matériau. Il est  calibré en fonction de la norme iso 6872, avec des blocs toujours de la même taille : longueur 25mm longueur, largeur 5mm et épaisseur 2mm. Pour la Zircone partiellement stabilisée elle serait de 800 à 1200 MPa (1) Elle est environ deux fois supérieure à celle des céramiques à base d’oxyde d’alumine actuellement sur le marché et 5 fois supérieure à celle des vitrocéramiques standard. La résistance à la rupture variera selon le type de zircone : en effet les valeurs les plus basses correspondent à des Zircone Monolithique dite « translucide » contenant une phase cubique. En fonction du pourcentage de celle-ci, la résistance sera comprise entre 550 Mpa et 800Mpa.
Pour les zircones d’armature ou monolithique Y-TZP qui sont plus opaques, la résistance sera comprise entre 800 Mpa et 1200 MPa. L’emplacement d’une restauration, et par conséquent la force de morsure appliquée : illustrée à la figure 3, est essentiel pour déterminer le niveau de résistance requis d’un matériau en zircone. La plupart des fractures se produisent sur les molaires et les prémolaires en raison de la forte contrainte qu’elles subissent à l’arrière de la bouche. Pour éviter les fractures, l’épaisseur occlusale doit être ajustée pour compenser la résistance du matériau en zircone sélectionné.
Par exemple, comme le montre le Graphique 1, si une restauration en zircone avec une résistance à la flexion de 1100 MPa doit résister à une force de 400 Newtons, alors l’épaisseur occlusale minimale doit être de 0,6 mm. En bref, la conception de la préparation doit tenir compte de la résistance de la zircone utilisée. Nous pouvons aussi observer sur le graphique que si on augmente l’épaisseur de la restauration de 0,4 mm on multiplie sa résistance par près de 2,5 : cela fait donc réfléchir sur les épaisseurs de réduction. Cela explique la solidité des zircones monolithiques, malgré leurs résistances à la rupture moins élevées que les zircones d’armature. En effet elles ne possèdent pas de céramique cosmétique et sont donc plus épaisse.
La ténacité est une mesure de la résistance à la propagation d’une fissure dans un matériau. Cette mesure permet d’évaluer la résistance à long terme d’un matériau.. Ceci est un paramètre important pour l’utilisation clinique d’un matériau. Cliniquement, on a des fissures qui se développent dans la zircone mais elles n’entraînent pas une fracture complète ou une défaillance de la restauration. La ténacité d’une zircone se situe entre 7 et 15 MPamll2,4, soit près du double de celle d’une céramique à l’oxyde d’aluminium. En raison de sa structure polycristalline tétragonale, lorsqu’une fissure se développe, le matériau se transforme en une forme monoclinique. Cette transformation est associée à une augmentation locale de 4% en volume, ce qui produit un « effet de blocage » sur la fissure et stoppe son expansion. En outre, sans aucune matrice de verre, les matériaux à base d’oxyde de zirconium sont généralement plus solides et offrent plus de résistance à la fissuration que les autres céramiques.

Atouts

Biocompatibilité

Des études in vitro et in vivo ont confirmé la biocompatibilité supérieure des poudres YTZP de haute pureté, en particulier lorsqu’elles sont totalement purifiées de leur contenu radioactif. Les céramiques en zircone sont des matériaux chimiquement inertes et aucune réaction locale ou systémique n’a été rapportée. Des tests in vitro ont montré que les céramiques en zircone présentaient une cytotoxicité similaire à celle de l’alumine (toutes deux inférieures à l’oxyde de titane). Aucun effet cytotoxique, oncogène ou mutagène sur les fibroblastes ou les cellules sanguines n’a été observé (9) et aucun effet stochastique ou aberration chromosomique induit par les céramiques Y-TZP n’a pu être retrouvé. (10)
Le comportement in vivo du Y-TZP comparé à celui de l’alumine n’a pas permis de mettre en évidence de différence quant à la réaction tissulaire. (9, 11, 12) Au cours de différentes études chez l’animal, il a été démontré que les implants en zircone étaient ostéointégrés aussi bien que ceux en titane. L’ostéointégration dépend l’état de surface de l’implant. Le manque d’étude sur le traitement de surface des implants en zircone ne permet pas de recommander leurs utilisations dans la pratique quotidienne. (13, 15) Les implants en zircone mis en charge immédiatement pourraient assurer une stabilité à long terme sans aucun problème biomécanique en respectant les mêmes indications que les implants en titane. (15, 16)
La biocompatibilité accrue des implants en zircone a également été confirmée par la solidité du tissu osseux obtenue après six semaines de cicatrisation chez le lapin. (17) La colonisation bactérienne des surfaces de zircone s’est avérée inférieure à celle dessurfaces en titane.

Propriétés optiques

Pour la Zircone en tant qu’armature de prothèse : l’oxyde de Zircone est un bon pigment blanc et un bon opacifiant en raison de son opacité totale à la lumière visible et de son indice de réfraction élevé (2.1 à 2.2). L’effet opaque l’oxyde de zirconium est dû aux particules dispersées dont la taille est légèrement supérieure à la longueur d’onde de la lumière et à l’indice de réfraction de sa matrice. L’opacité accrue des céramiques en zircone peut être très utile dans des situations cliniques exigeantes sur le plan esthétique, par exemple en cas de pilier dischromatiques ou d’inlay-core en métal. (1, 20)

Vieillissement

Les céramiques Y-TZP souffrent d’un phénomène de dégradation à basse température. La transformation spontanée progressive de la phase tétragonale en monoclinique entraîne la dégradation des propriétés mécaniques du Y-TZP (1). Une transformation lente de la phase tétragonale en monoclinique (transition T-M) se produit lorsque le Y-TZP est en contact avec de l’eau, de la vapeur, (23) des fluides corporels ou pendant la stérilisation à la vapeur (1), ce qui entraîne des dommages superficiels.
Les effets du vieillissement sont la réduction de la ténacité, de la dureté et de la densité, et une augmentation du contenu de la phase monoclinique. La dégradation des propriétésmécaniques, due à la transition T-M, se produit avec micro et macro fissuration de la matière. (25) La transition T-M commence à la surface et progresse dans la masse du matériau. La réduction de la taille des grains et / ou l’augmentation de la concentrationde stabilisant peut réduire le taux de transformation. Enfin la transformation T-M est augmentée dans l’eau ou dans la vapeur.
La dégradation de la surface du matériau au cours du vieillissement à basse température implique usure, microfissurations, arrachage du grain, génération de débris de particules et éventuelle défaillance prématurée. (26) Des élévations de surface ont probablement lieu à cause de la transformation plus volumineuse en phase monoclinique. (27) La plupart des fabricants de 3Y-TZ, ne recommandent pas le meulage ou sablage pour éviter à la fois la transformation t → m et la formation de défauts de surface qui pourraient être préjudiciables à la performance à long terme.
La transformation t-m peut être diminuée en jouant sur plusieurs facteurs, par exemple en diminuant la taille des grains, ou en augmentant la concentration d’oxydes qui stabilise la zircone. On notera cependant que les zircones cubiques sont moins sensibles à la transformation t-m que les zircones tétragonales. Jusqu’à présent, les études réalisées sur le vieillissement de la zircone monolithique sont essentiellement in vitro, et le recul clinique des études in vivo est insuffisant. Une poursuite des études et du suivi clinique s’avère donc nécessaire dans le futur pour en tirer des conclusions pratiques. Au terme de dix années de recul ce phénomène n’est cependant pour l’instant pas considéré comme critique et les résultats sont très prometteurs.

Allergie

Selon les recherches effectuées par Gökçen-Röhlig et al (116), les prothèses fixes en zircone peuvent constituer une alternative aux prothèses céramo-métalliques chez les patients allergiques au métal. Pour les allergies à la Zircone, il n’y a pas de donnée spécifique concernant la sensibilisation cutanée du zirconium sous forme métallique, cependant on trouve dans la littérature des données pour certains composés de zirconium (lactate de zirconium et de sodium, dioxyde de zirconium, tétrachlorure de zirconium) qui sont contenues dans des déodorants ou crèmes topiques, qui forment des granulomes cutanés. (Source Fiche Zirconium : Commission des normes, de l’équité, de la santé et de la sécurité du travail REPTOX)

Radioactivité

La poudre de zircone contient de petites quantités de radionucléides 226Ra et 228Th. (28, 29, 30) En raison de ces impuretés radioactives, différentes inquiétudes ont été exprimées au début des années 1990 au sujet de l’utilisation de la céramique de zircone pour des applications médicales et dentaires. Toutefois, après purification, il est possible d’obtenir des poudres de zircone peu radioactives (<100 Gyh-1). (31, 32) Ces valeurs sont inférieures aux valeurs limites européennes pour l’exposition externe ou interne du corps humain, et sont comparables à celles des céramiques d’alumine et des alliages de Co-Cr. (33) La radioactivité des poudres Zircone est donc généralement inférieure à la radioactivité ambiante normale induite par les radiations naturelles. (28, 33)

Conduction de la chaleur

La zircone a un très faible coefficient de conductivité thermique. Cela signifie qu’une couronne en zircone ne conduira pas la chaleur ou le froid aussi facilement qu’une couronne en métal, offrant une isolation pour les dents vivantes sensibles.

Évolution des matériaux

La zircone comme additif

Elle était couramment utilisée pour renforcer l’alumine avant l’apparition des couronnes entièrement constituées de Zircone. C’était un procédé utilisé par VITA, des blocs d’In Céram Zirconia® (Ab03 70% et Zr02 30%) étaient infiltrés de verre après usinage. L’apport d’oxyde de zirconium augmente la résistance à la flexion mais également la ténacité à la rupture et la résistance à la fatigue.
D’après Margossian et Laborde (117) en 2007, l’In-Ceram® Zirconia était indiquée pour la réalisation de faux moignon de pilier dentaire, les petits bridges antérieurs de trois à quatre éléments, et postérieurs de trois éléments, les piliers anatomiques implantaires. Ce matériau se fait rare, il peut être obtenu par la technique de la barbotine, qui n’est plustrès utilisée en France de nos jours, ou sous forme de bloc à usiner par CFAO. Ces blocsont une structure cristalline préfrittée poreuse, qui est infiltrée par un verre et frittée après usinage.