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ACADÉMIE DE NANCY – METZ UNIVERSITÉ DE LORRAINE FACULTÉ D’ODONTOLOGIE
ANNÉE 2018 N°10282
THÈSE
pour le
DIPLÔME D’ÉTAT DE DOCTEUR EN CHIRURGIE DENTAIRE
par
Lorraine BAUDOUIN
Née le 3 Octobre 1991 à Épinal (88)
Utilisation des PAEK en odontologie prothétique : applications cliniques actuelles et perspectives
Présentée et soutenue publiquement le 29 Juin 2018
Examinateurs de la thèse :
Pr. J-M. MARTRETTE Professeur des Universités Président Dr. A-S. VAILLANT Maître de Conférences des Universités Directrice Dr. P. HIRTZ Assistant Hospitalier Universitaire Directeur Dr. L. ROCCHI Docteur en chirurgie dentaire Juge
« Par délibération en date du 11 décembre 1972, la Faculté de Chirurgie Dentaire a arrêté que les opinions émises dans les dissertations qui lui seront présentées doivent être considérées
comme propres à leurs auteurs et qu’elle n’entend leur donner aucune approbation ni improbation. »
Président : Professeur Pierre MUTZENHARDT Doyen : Professeur Jean-Marc MARTRETTE Vice-Doyens : Dr Céline CLEMENT – Dr Rémy BALTHAZARD – Dr Anne-Sophie VAILLANT
Membres Honoraires : Dr L. BABEL – Pr. S. DURIVAUX – Pr A. FONTAINE – Pr G. JACQUART – Pr D. ROZENCWEIG - Pr ARTIS - Pr M. VIVIER
Doyens Honoraires : Pr J. VADOT, Pr J.P. LOUIS Professeur émérite : Pr M-P FILLEUL
Département Odontologie pédiatrique Sous-section 56-01
Mme DROZ Dominique Maître de Conférences * Mme JAGER Stéphanie Maître de Conférences *
M. PREVOST Jacques Maître de Conférences Mme HERNANDEZ Magali Maître de Conférences Associée *
M. LEFAURE Quentin Assistant Mme DARSAT Claire Assistante*
Département Orthopédie dento-faciale Sous-section 56-01
M. EGLOFF Benoît Maître de Conférences * Mme GREGOIRE Johanne Assistante
Mme LAWTON Mathilde Assistante Département Prévention, épidémiologie,
économie de la santé, odontologie légale Sous-section 56-02
Mme CLÉMENT Céline Maître de Conférences * M. BAUDET Alexandre Assistant *
Mme NASREDDINE Greyce Assistante
Département Parodontologie Sous-section 57-01
M. AMBROSINI Pascal Professeur des Universités * Mme BISSON Catherine Maître de Conférences *
M. JOSEPH David Maître de Conférences * M. PENAUD Jacques Maître de Conférences M. LACH Patrick Assistant
Mme MAYER-COUPIN Florence Assistante
Mme PAOLI Nathalie Enseignante univ. – Praticien attachée*
Département Chirurgie orale Sous-section 57-01
Mme GUILLET-THIBAULT Julie Maître de Conférences * M. BRAVETTI Pierre Maître de Conférences Mme PHULPIN Bérengère Maître de Conférences *
M. CLERC Sébastien Assistant*
M. HASNAOUI Nasr Assistant
Mme KICHENBRAND Charlène Enseignante univ. – Praticien attachée*
Département Biologie orale Sous-section 57-01
M. YASUKAWA Kazutoyo Maître de Conférences * M. MARTRETTE Jean-Marc Professeur des Universités * Mme EGLOFF-JURAS Claire Assistante*
Département Dentisterie restauratrice, endodontie
Sous-section 58-01
M. MORTIER Éric Maître de Conférences * M. AMORY Christophe Maître de Conférences M. BALTHAZARD Rémy Maître de Conférences * M. ENGELS-DEUTSCH Marc Maître de Conférences M. VINCENT Marin Maître de Conférences*
Mme GEBHARD Cécile Assistante M. GEVREY Alexis Assistant M. GIESS Renaud Assistant *
Département Prothèses Sous-section 58-01
M. DE MARCH Pascal Maître de Conférences M. SCHOUVER Jacques Maître de Conférences Mme VAILLANT Anne-Sophie Maître de Conférences * Mme CORNE Pascale Maître de Conférences Associée *
M. CIESLAK Steve Assistant M. HIRTZ Pierre Assistant * M. KANNENGIESSER François Assistant Mme MOEHREL Bethsabée Assistante*
M. VUILLAUME Florian Assistant Département Fonction-dysfonction, imagerie,
biomatériaux Sous-section 58-01
Mme STRAZIELLE Catherine Professeur des Universités * Mme MOBY (STUTZMANN) Vanessa Maître de Conférences *
M. SALOMON Jean-Pierre Maître de Conférences Mme WILLEMIN Anne-Sophie Assistante Associée
Souligné : responsable de département * temps plein Mis à jour le 08/02/2018
À notre Président de Thèse,
Monsieur le Professeur MARTRETTE Jean Marc, Docteur en Chirurgie Dentaire
Spécialiste qualifié en Médecine Bucco-Dentaire Docteur en Sciences Pharmacologiques
Habilité à diriger des Recherches
Professeur des Universités-Praticien Hospitalier
Sous-section : Chirurgie orale ; parodontologie ; biologie orale Doyen de la Faculté d’Odontologie de Nancy
Nous vous remercions de l’honneur que vous nous avez fait en acceptant la présidence de cette thèse.
Veuillez trouver dans ce travail l’expression de notre reconnaissance et de notre respect.
À notre Juge et Directeur de Thèse,
Monsieur le Docteur Pierre HIRTZ Docteur en Chirurgie Dentaire Assistant Hospitalier Universitaire Sous-section : Prothèses
Avec beaucoup d’émotion et de sincérité,
Nous vous remercions d’avoir accepté de diriger notre travail.
Nous portons une grande estime à la gentillesse, la sympathie et la disponibilité dont vous avez fait preuve au cours de nos études.
Nous vous remercions pour la qualité de votre enseignement.
Veuillez trouver ici l’expression de notre profond respect et de nos sincères remerciements.
À notre Juge et Directrice de thèse,
Madame le Docteur Anne-Sophie VAILLANT Docteur en Chirurgie Dentaire
Maître de Conférences des Universités Ancien interne des Hôpitaux de Nancy Sous-section : Prothèses
Vice-Doyen de la Faculté d’Odontologie de Nancy
Nous vous sommes reconnaissants d’avoir accepté de codiriger notre thèse.
Un grand merci pour votre confiance, votre disponibilité et l’aide à l’élaboration de ce travail.
À notre juge,
Madame le Docteur Léa ROCCHI Docteur en Chirurgie Dentaire
Vous nous faites l’honneur de siéger au jury de notre thèse.
Nous sommes sensibles à l’attention que vous avez portée à notre travail et pour votre bienveillance.
Soyez assurée de notre profond respect.
Bien amicalement…
SOMMAIRE
CHAPITRE 1 : LES POLYARYLETHERKETONES (PAEK) 1. Définitions utiles
2. Présentation de la grande famille des PAEK 3. Usages des PAEK
4. Dérivés des PAEK utilisés en odontologie 5. Dérivés spécifiques adaptés à l’art dentaire
CHAPITRE 2 : APPLICATIONS DES PAEK EN PROTHÈSE FIXÉE 1. Indications générales des PAEK en prothèse fixée
2. Contre-indications générales
3. Utilisation des PAEK en prothèse fixée transitoire 4. Utilisation des PAEK pour la prothèse fixée d’usage
CHAPITRE 3 : APPLICATIONS DES PAEK EN PROTHÈSE AMOVIBLE 1. Indications des PAEK en prothèse amovible
2. La prothèse amovible à infrastructure en PAEK
3. La prothèse amovible en PAEK sur coiffes télescopiques 4. Utilisation des PAEK en prothèse maxillo-faciale
CHAPITRE 4 : APPLICATIONS DES PAEK EN PROTHÈSE IMPLANTAIRE 1. Principales indications des PAEK en prothèse implantaire
2. PAEK et vis implantaires
3. Des corps de scannage en PAEK 4. Suprastructures implantaires en PAEK
5. Infrastructure de prothèse amovible sur implant CONCLUSION
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : représentation schématique d’un polymère. (Source : Kurtz, 2012) ... 19 Figure 2 : schéma des différentes phases de transition thermique d’un polymère thermoplastique. ... 20 Figure 3 : représentation schématique de la microstructure d’un polymère thermoplastique semi-cristallin (PEEK) avec des régions amorphes et cristallines.
(Source : Kurtz, 2012) ... 20 Figure 4 : échelle des polymères en fonction de leurs performances. (Source : Gobert, 2013) ... 21 Figure 5 : formule chimique du Polyetheretherketone avec deux fonctions éthers (orange) et une fonction cétone (bleu). (Source : Kurtz, 2012) ... 23 Figure 6 : Photographie d’un bridge en PEEK, la couleur est terne et blanchâtre.
(Source : Victrex, 2015) ... 25 Figure 7 : Radiographie après la mise en place de piliers de cicatrisation en PEEK.
Les piliers sont radiotransparents. (Source : Koutouzis et coll,. 2011) ... 26 Figure 8 : formule chimique du Polyetherketoneketone avec une fonction éther (orange) et deux fonctions cétones (bleu). (Source : Wypych, 2016) ... 30 Figure 9 : a) granules de BioHPP®, b) pellets de BioHPP®, c) disques à usiner BioHPP®. (Source : Bredent, 2013) ... 34 Figure 10 : Système For 2 Press de Bredent. (Source : Bredent, 2013) ... 35 Figure 11 : a) Photographie représentant la mise en revêtement de la maquette en cire (bleu) montée sur une tige de coulée (vert) dans un cylindre de pressée. b) Photographie montrant le BioHPP® fondu, l’aspect doit être crémeux et homogène. (Source : Bredent, 2013) ... 35 Figure 12 : Organigramme récapitulatif du processus de pressée de BioHPP®. ... 36 Figure 13 : a) Retouches de la pièce prothètique. b) Sablage de la pièce coulée.
(Source : Bredent, 2013) ... 38 Figure 14 : a) Mise en place d’une couche de composite cosmétique. b) Polissage de la pièce prothétique. (Source : Bredent, 2013) ... 39 Figure 15 : coupe schématique des différentes structures d'une prothèse avec une armature en BioHPP® et une partie esthétique en résine composite. (Source : Bredent, 2013) ... 41
Figure 16 : a) lingotins de pressée Pekkton® ivory, b) disques à usiner Pekkton® ivory.
(Source : Cendres+Métaux, 2015) ... 43
Figure 17 : Organigramme récapitulatif du processus de pressée de Pekkton® Ivory. ... 44
Figure 18 : a) PEKKtherm. b) PEKKpress. (Source : Cendres+Métaux, 2015) ... 45
Figure 19 : usinage d'une armature en PEKK. (Source : Gobert, 2013) ... 45
Figure 20 : armature de bridge en PEKK. (Source : Gobert, 2013) ... 50
Figure 21 : a) dent 65 cariée, b) dent 65 après pose d’une coiffe pédiatrique en BioHPP® vue intraorale, c) vue vestibulaire de la coiffe pédiatrique en BioHPP® sur 65. (Source : Ritterbusch et Waschek, 2014) ... 53
Figure 22 : Vue vestibulaire, situation initiale des dents mandibulaires. (Source : Zoidis et Papathanasiou, 2016) ... 54
Figure 23 : a) Vue occlusale, essayage de l’infrastructure en PEEK. b) Vue occlusale, après collage du bridge collé transitoire. (Source : Zoidis et Papathanasiou, 2016) ... 55
Figure 24 : Vue vestibulaire après collage de la pièce prothétique transitoire. (Source : Zoidis et Papathanasiou, 2016) ... 55
Figure 25 : a) Vue occlusale après chirurgie réparatrice. b) Vue vestibulaire de la plaque de Hawley avec le remplacement de l’incisive latérale droite manquante. (Source : Andrikopoulou et coll., 2016) ... 56
Figure 26 : a) Vue occlusale lors de l’essayage de la maquette en résine acrylique. b) Vue occlusale du résultat final avec la prothèse collée en PEEK comportant la 12 manquante. c) Vue vestibulaire du résultat final. d) Vue vestibulaire montrant le passage des brossettes interdentaires. (Source : Andrikopoulou et coll., 2016) 57 Figure 27 : coupe sagittale de la répartition des forces de contraintes sur l’ensemble des composants de la dent, selon le modèle d’étude. (Source : Lee et coll., 2017) ... 60
Figure 28 : Photographie d’un Inlay-core à clavette en PEKK. (Source : Pham, 2014) ... 61
Figure 29 : restauration coronaire extensive avec une infrastructure en PEEK (partie blanche) recouverte d’une résine composite indirecte esthétique. (Source : Zoidis et coll., 2017) ... 62
Figure 31 : a) vue vestibulaire de la préparation pour une endocouronne avec réduction occlusale. b) vue occlusale de la chambre pulpaire et de sa préparation. (Source : Zoidis et coll., 2017) ... 63 Figure 32 : a) vue vestibulaire lors de l’essayage de l’infrastructure en PEEK. b) vue vestibulaire après la pose de la prothèse. (Source : Zoidis et coll., 2017) ... 64 Figure 33 : Image 3D des scans du maître modèle (jaune) et du montage directeur (rouge) et visualisation de leur superposition. (Source : Gerard, 2016) ... 66 Figure 34 : a) Image du choix de l’axe d’insertion de la prothèse, après le tracé des limites. b) Visualisation tridimensionnelle de l’infrastructure en PEEK (blanc) et de la coque cosmétique (jaune). (Source : Gerard, 2016) ... 66 Figure 35 : a) Infrastructure en PEEK après son usinage. b) Coque cosmétique après son usinage. (Source : Gerard, 2016) ... 66 Figure 36 : a) Assemblage des deux structures. b) Découpe incisale et caractérisation esthétique. ... 67 Figure 37 : Bridge complet après finitions, vue vestibulaire (a), vue palatine (b).
(Source : Gerard, 2016) ... 67 Figure 38 : Vue de l’intrados d’une prothèse amovible complète sur infrastructure en PEKK et des dents en disilicate de lithium. (Source : Dawson et coll., 2017) .... 71 Figure 39 : Comparaison entre un châssis classique en Cobalt-Chrome (a) et un châssis en PEEK épaissi (b). (Source : Fages et coll., 2016) ... 71 Figure 40 : a) Vue linguale de l’ancienne PAPIM. b) Vue linguale de la PAP à infrastructure en BioHPP®. (Source : Zoidis et coll., 2016) ... 74 Figure 41 : Vue vestibulaire en occlusion avec la PAP en PEEK. (Source : Zoidis et coll., 2016) ... 75 Figure 42 : Vue palatine d’une prothèse amovible partielle à infrastructure en PEEK maxillaire. (Source : Hosten, 2017) ... 75 Figure 43 : Cas particulier avec des axes d’insertion divergents au niveau des molaires. La rigidité des crochets en Cr-Co n’aurait pas permis leur bonne mise en place. La flexibilité des crochets en PEEK permet de passer les contre- dépouilles sans forcer sur les dents. (Source : Hosten, 2017) ... 76 Figure 44 : Cas d’une prothèse complètement biocompatibilité non irritante pour une patiente allergique à la résine. L’intrados est totalement recouvert de PEEK.
(Source : Hosten, 2017) ... 76
Figure 45 : Prothèse complexe avec une couronne céramo-métallique sur 23 et attachement extra-coronaire. La partie femelle en téflon est inclue dans l’intrados de la PAP en PEEK. Ce procédé est également utilisé en full zircone avec un attachement, type glissière, également en zircone, pour une prothèse combinée entièrement biocompatible. (Source : Hosten, 2017) ... 76 Figure 46 : Vision schématique des différentes structures de la prothèse amovible sur coiffes télescopiques. (Source : Rösch et Mericske-Stern, 2008) ... 77 Figure 47 : a) Piliers implantaires télescopiques et infrastructure de la prothèse amovible télescopique en PEKK Pekkton® Ivory. b) Vue de l’intrados de la prothèse. (Source : Park et coll., 2017) ... 79 Figure 48 : Photographie de la situation initiale. (Source : Hirmer et Kather, 2015) . 79 Figure 49 : Schéma de la prothèse amovible sur coiffes télescopiques et ses matériaux. ... 80 Figure 50 : Visualisation numérique des parties primaires sur les dents piliers maxillaires. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 81 Figure 51 : a) essayage de la maquette en cire. La dimension verticale est augmentée, la 33 n’est plus dans le plan fonctionnel. b) Montage wax up de 33. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 81 Figure 52 : Second essayage validé, avec intégration de 33. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 82 Figure 53 : a) Assemblage des segments en PEEK de la partie tertiaire. b) Résultat final de la prothèse amovible télescopique à infrastructure en PEEK. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 82 Figure 54 : Résultat final de la prothèse mandibulaire. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 82 Figure 55 : Mise en place des parties primaires sur les dents piliers et de la facette sur 33. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 83 Figure 56 : Photographies après mise en bouche finale des prothèses télescopiques à infrastructure en PEEK maxillaire et mandibulaire. (Source : Hirmer et Kather, 2015) ... 83 Figure 57 : a) Photographie de la perte tissulaire après chirurgie avec une communication bucco-sinusienne. b) Ancienne prothèse maxillo-faciale
Figure 58 : Vue palatine de l’essayage intrabuccal de la structure en PEEK. (Source : Costa-Palau et coll., 2014) ... 86 Figure 59 : Obturateur maxillo-facial final. (Source : Costa-Palau et coll., 2014) ... 86 Figure 60 : de gauche à droite : vis en PEEK 20% dioxyde de titane, vis en PEEK 50%
fibre de carbone et vis en titane grade 5. (Source : Schwitalla et coll., 2016) ... 89 Figure 61 : image d’un corps de scannage en PEEK de la marque Straumann®.
(Source : Straumann®, 2015) ... 90 Figure 62 : Photographie montrant un pilier de cicatrisation en PEEK (gauche) et un en titane (droite). (Source : Volpe et coll., 2008) ... 92 Figure 63 : a) Vue occlusale des piliers de cicatrisation en PEEK à trois mois. b) Radiographie à trois mois. (Source : Koutouzis et coll., 2011) ... 93 Figure 64 : a) Vue occlusale de pilier de cicatrisation en titane à trois mois. b) Radiographie à trois mois. (Source : Koutouzis et coll., 2011) ... 93 Figure 65 : Schémas d’un pilier préfabriqué (gauche) et d’un pilier personnalisé (droite). (Source : Gobert, 2013b) ... 95 Figure 66 : a) Piliers préfabriqués selon la taille et l’angulation en BioHPP®. b) Pilier personnalisé doté d’une base en titane, après une céroplastie le pilier en BioHPP® est pressé. (Source : Bredent, 2013) ... 95 Figure 67 : a et b) Modélisation de piliers personnalisés en PEEK BioHPP® par procédé CAO. c) Obtention des piliers personnalisés en BioHPP® usinés par le procédé FAO. (Source : Gerard, 2015) ... 96 Figure 68 : a) Photographie pré-opératoire avec une fracture de 12. b) Vue vestibulaire après la mise en place du pilier préfabriqué en PEEK. (Source : Tetelman et Babbush, 2008) ... 97 Figure 69 : a) Vue vestibulaire lors de la préparation du pilier. b) Photographie du résultat final avec la couronne provisoire en place. (Source : Tetelman et Babbush, 2008) ... 98 Figure 70 : a) Céroplastie du pilier sur sa base en titane. b) Pilier en cire sur sa tige de coulée à gauche, et pilier personnalisé en Pekkton après pressée. (Source : Gobert, 2013b) ... 99 Figure 71 : a) Photographie vue vestibulaire après la pose du pilier. b) Vue vestibulaire après la pose des couronnes provisoires en résine composite. (Source : Gobert, 2013b) ... 100
Figure 72 : a) Vue vestibulaire du pilier en PEKK après trois mois de « maturation » gingivale. b) Photographie prise deux mois après la pose des couronnes définitives céramo-céramiques. (Source : Gobert, 2013b) ... 100 Figure 73 : Photographie du montage directeur. (Source : Gerard 2014) ... 101 Figure 74 : a) Modélisation de la barre transvissée sur logiciel de CFAO. b) Essayage de la barre usinée. (Source : Gerard 2014) ... 102 Figure 75 : a) Collage des facettes sur la barre. b) Résultat après assemblage et polissage. (Source : Gerard 2014) ... 102 Figure 76 : a) Vue de la prothèse finie sur articulateur. b) Pose de la prothèse fixée complète implanto-portée. (Source : Gerard 2014) ... 103 Figure 77 : a) Schéma du système Novaloc®. b) Photographie de l’intrados d’une PACSI avec deux matrices et deux éléments de rétention de couleur bleue.
(Schittly et coll., 2008) ... 104 Figure 78 : a) Visualisation sur le modèle en plâtre des matrices Novaloc® en PEEK (blanc) et en titane (gris). b) Visualisation de la position très vestibulée de la matrice Novaloc® en PEEK dans la prothèse. (Novaloc®, 2016) ... 105 Figure 79 : a) Radiographie de la situation initiale avant la réalisation de la prothèse maxillaire. b) Modèle en plâtre doté des répliques des piliers Locator®. (Source : Adler et coll., 2015) ... 106 Figure 80 : Montage directeur sur cire avec les logements des piliers, vue de l’intrados (a), vue occlusale (b). (Source : Adler et coll., 2015) ... 106 Figure 81 : a) Infrastructure en cire sur les tiges de coulée en vue de la pressée. b) Photographie de l’infrastructure en PEEK revêtue d’une couche d’opaque.
(Source : Adler et coll., 2015) ... 107 Figure 82 : a) Assemblage des dents prothétiques sur l’infrastructure à l’aide de la clé de vérification en silicone. b) Vue de l’intrados de l’infrastructure avec les logements des parties femelles des piliers Locators®. (Source : Adler et coll., 2015) ... 107 Figure 83 : a) Photographie de la PACSI après finitions. b) Photographie du résultat final après mise en bouche de la prothèse maxillaire et visualisation des rapports occlusaux avec la prothèse antagoniste. (Source : Adler et coll., 2015) ... 108 Figure 84 : Photographie du montage directeur en cire validé par le praticien et le
Figure 85 : Photographies des piliers sculptés en cire, vue palatine avec les analogues et les bases en titane (a), vue vestibulaire sur la fausse gencive (b). (Source : Pisseloup, 2017) ... 109 Figure 86 : Photographie des piliers pressés en BioHPP® et la clé en silicone (a) qui guide le repositionnement du montage directeur (b) pour le scannage. (Source : Pisseloup, 2017) ... 110 Figure 87 : Images du modèle scanné avec le montage esthétique (vert) et la conception de l’infrastructure (jaune) avant son usinage. (Source : Pisseloup, 2017) ... 110 Figure 88 : a) Vue palatine du collage des dents prothétiques, la clé en silicone aide au bon repositionnement. b) Vue vestibulaire du résultat final après finitions.
(Source : Pisseloup, 2017) ... 111 Figure 89 : Photographies prises après la mise en bouche de la prothèse amovible d’usage sur piliers télescopiques. (Source : Pisseloup, 2017) ... 111 Figure 90 : a) Radiographie panoramique deux ans après la pose d’un all-on four à armature en PEEK. b) Infrastructure/suprastructure implantaire en PEEK BioHPP®. (Source : Zoidis, 2017) ... 112 Figure 91 : Photographie de la prothèse fixée complète sur implant. (Source : Zoidis, 2017) ... 112 Figure 92 : Photographie de la situation initiale lors de la première visite (a) et radiographie panoramique (b). (Source : Oh et coll., 2017) ... 113 Figure 93 : a) Photographie de la prothèse fixée d’usage. b) Radiographie panoramique après pose de la prothèse fixée mandibulaire sur implants. (Source : Oh et coll., 2017) ... 113 Figure 94 : a) Photographie, vue vestibulaire, après la pose de la prothèse d’usage. b) Photographie de face après la mise en bouche de la restauration. (Source : Oh et coll., 2017) ... 114
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Température de transition vitreuse et de fusion des différents PAEK.
(Source : Giraud, 2011) ... 22 Tableau 2 : comparaison du module d’élasticité. (Source : Rho et coll., 1993) ... 27 Tableau 3 : Tableau récapitulatif comparant la résistance à la flexion. ... 28 Tableau 4 : Tableau récapitulatif comparant les propriétés mécaniques du PEEK et du PEKK. ... 32 Tableau 5 : Propriétés mécaniques et chimiques des PEEK et PEKK commercialisés en odontologie. (Source : Jacquot, 2017) ... 33 Tableau 6 : Tableau récapitulatif des procédures d’assemblage de BioHPP® ... 42 Tableau 7 : Tableau récapitulatif des procédures d’assemblage de Pekkton® ivory 47 Tableau 8 : Comparaison des propriétés des matériaux communément utilisés en prothèse provisoire. (Source : Lugagne Delpon, 2017) ... 52 Tableau 9 : Moyennes des valeurs de rétention (en Newton) des crochets en PEEK, PEKK et Co-Cr selon leurs sections, la profondeur de la contre-dépouille et le nombre de cycles subis. (Source : Tannous et coll., 2012) ... 73
INTRODUCTION
Depuis la fin du XIXe siècle, les premières matières plastiques synthétisées apparaissent, créés à partir de produits naturels (cellulose, …) chimiquement modifiées. Au XXe siècle, les besoins de la guerre poussent la recherche industrielle à développer de nouvelles matières entièrement synthétiques (PMMA, Téflon, silicone,
…). Puis à partir des années 1950, la consommation de masse et les avancées technologiques ont introduit les plastiques dans notre vie quotidienne.
Grâce à leurs compositions particulières ainsi qu’à leurs propriétés mécaniques et biologiques intéressantes, les Polyaryletherketones (PAEK) ont trouvé leur place dans les grands domaines industriels, tels que l’automobile, l’aéronautique, l’électroménager, …. Depuis les années 1980, cette grande famille de matériaux plastiques est très prisée dans le domaine médical, comme matériau bio-implantable en chirurgie de la colonne vertébrale et plus récemment dans les chirurgies réparatrices crânio-faciales.
Aujourd’hui, ces matériaux entrent peu à peu dans notre arsenal thérapeutique, en implantologie ainsi qu’en odontologie prothétique, ils restent cependant encore méconnus.
L’objectif de ce travail est de présenter, dans un premier temps, ces matériaux de hautes performances et d’en dégager les propriétés intéressantes en odontologie prothétique. Nous décrirons dans une seconde partie les applications actuelles des PAEK en odontologie prothétique, à l’aide de plusieurs cas cliniques issus de la littérature scientifique. Nous aborderons ainsi les indications, les avantages mais aussi les inconvénients de leurs utilisations en prothèse fixée, en prothèse amovible puis en implantologie prothétique avant de conclure sur leur avenir en odontologie.
CHAPITRE 1 : LES POLYARYLETHERKETONES (PAEK)
1. Définitions utiles
Les Polyarylétherkétones, dans la suite de ce travail abrégés PAEK, désignent une famille de polymères thermoplastiques semi-cristallins à haute performance.
1.1. Les polymères
Les polymères représentent, de manière simplifiée, les matières plastiques et sont utilisés par l’homme depuis la nuit des temps. Ils sont, en effet, présents à l’état naturel, comme la cellulose et l’amidon, les cuirs, caoutchoucs et les fibres telles que le lin et la soie.
L’arrivée des polymères synthétiques a cependant révolutionné plusieurs domaines industriels depuis le début du XXe siècle, notamment dans les emballages (polyéthylène), le textile (nylon), les transports, l’électroménager, le nucléaire (téflon).
Il s’agit de macromolécule composée d’un très grand nombre d’unités de répétition appelés monomères. (Nguyen, 2014)
Les polymères peuvent être constitués d’un seul et même motif, ils sont dits homopolymères, ou bien posséder différents monomères et seront alors appelés copolymères. Ils peuvent également être linéaires ou ramifiés. (Figure 1) (Kurtz, 2012)
Figure 1 : représentation schématique d’un polymère. (Source : Kurtz, 2012)
1.2. Les polymères thermoplastiques
Le terme thermoplastique qualifie un plastique capable d’une transformation mécanique sous l’effet de la chaleur. Il se ramollit en chauffant et durcit en refroidissant. Cette transformation est réversible et peut être répétée.
Un polymère thermoplastique semi-cristallin se caractérise par la présence de plusieurs phases : une phase amorphe et une phase cristalline. Il possède alors deux phases de transitions thermiques : une phase de transition vitreuse et une phase de fusion (Figure 2).
La température de transition vitreuse correspond à l’intervalle de température à travers lequel la matière passe d’un état semi-liquide à un état vitreux.
A température élevée, l’agitation thermique permet une grande mobilité au sein de la chaîne moléculaire, la matière est à l’état fondu. Lorsque la température diminue lentement depuis l’état fondu, les chaînes s’immobilisent et peuvent dans certains cas former des empilements réguliers et s’organiser en domaines ordonnés, appelés cristaux. Ces derniers sont inclus dans des zones désordonnées (amorphes). La cristallisation n’est pas complète, d’où le terme semi-cristallin (Figure 3).
Monomère A
Homopolymère A-A-A-A-A-A-A-A
Homopolymère linéaire A-A-A-A-A-A-A-A-A-A
Figure 2 : schéma des différentes phases de transition thermique d’un polymère thermoplastique.
Le taux de cristallinité est une caractéristique propre à chaque polymère et dépend fortement de son passé thermique, la vitesse de refroidissement ou les recuits par exemple, ce qui peut modifier ses propriétés mécaniques. On considère que pour des propriétés mécaniques optimales, le taux de cristallinité doit être compris entre 25 et 30%.
En effet, le taux de cristallinité augmente lorsque la vitesse de refroidissement diminue, ce qui implique une augmentation du module d’élasticité et donc une diminution de la résistance au choc. (Giraud, 2011)
Figure 3 : représentation schématique de la microstructure d’un polymère Phase amorphe
(état semi-liquide)
Phase vitreuse (semi-cristalline) Phase de transition vitreuse
Phase de fusion
2. Présentation de la grande famille des PAEK
Les polyaryletherketones sont constitués d’une chaîne moléculaire de noyaux aromatiques très stables liés par un atome d’oxygène (éther) et un groupe carbonyle (cétone).
La figure 4 représente les PAEK au sommet de l’échelle de performance des polymères. Le plus connu de la famille est sans nul doute le PEEK, polyetheretherketone, que nous détaillerons par la suite. Le plus récent est le PEKK pour polyetherketonketone dont nous étudierons également les caractéristiques. Les PEEKK, PEK et PEKEKK font aussi partis des PAEK, cependant ils ne sont pas utilisés en dentisterie, nous ne les développerons donc pas au cours de notre travail. (Kurtz, 2012)
Figure 4 : échelle des polymères en fonction de leurs performances. (Source : Gobert, 2013)
Les propriétés des PAEK dépendent de la distribution des fonctions éthers et cétones.
En effet, le ratio influe sur leurs résistances thermiques et leur température de mise en forme. Plus la quantité de cétone est grande, plus la rigidité du matériau est importante, et leur température de transition vitreuse et de fusion augmentent également.
(Salamone, 1998) Le tableau 1 résume les caractéristiques thermiques de certains PAEK liées à leur composition chimique, plus particulièrement le rapport (N) entre le nombre de fonctions éthers et cétones. En effet, le PEEK, avec deux fonctions éthers
pour une fonction cétone (N=2), possède des températures de transitions thermiques plus basses que celles du PEKK, composé de deux fois plus de fonctions cétones.
Tableau 1 : Température de transition vitreuse et de fusion des différents PAEK.
(Source : Giraud, 2011)
POLYMÈRES N=éther/cétone T° vitreuse (°C) T° fusion (°C)
PEEK 2 143 334
PEKK 0,5 165 386
PEK 1 154 367
PEEKK 1 158 363
3. Usages des PAEK
Leurs structures chimiques polyaromatiques confèrent à ces matériaux une grande stabilité à haute température (> 300 °C).
Ils possèdent d’excellentes propriétés mécaniques dans un intervalle de température très variable, une bonne résistance au feu, aux produits chimiques, à l’hydrolyse, à l’usure ainsi qu’une bonne intégrité électrique. Ces nombreuses caractéristiques permettent l’utilisation des PAEK dans de nombreux domaines industriels.
Très prisés dans l’industrie automobile, pour les qualités citées ci-dessus mais également pour sa mise en œuvre aisée ; les PEEK se retrouvent dans les joints, les bagues d’embrayage, les composants de freinage ABS, les buses d’injection…
Particulièrement légers, ils participent à la course à l’allègement notamment dans l’aéronautique. Ils sont utilisés comme matériaux de remplacement pour des métaux usinés (acier inoxydable, aluminium, titane…), dans l’électronique, les équipements haute tension et les milieux sensibles aux incendies etc.…
Plus récemment, ils ont prouvé leur efficacité dans le monde médical, par leur incroyable biocompatibilité, ces matériaux inertes sont devenus une alternative standard au titane en chirurgie orthopédique du rachis. (Kurtz, 2012)
Depuis une dizaine d’années, nous pouvons les retrouver en odontologie dans les dispositifs temporaires/provisoires, comme les capuchons de cicatrisation et piliers
4. Dérivés des PAEK utilisés en odontologie
4.1. PEEK
4.1.1. Présentation
Le Polyétherétherkétone, dit PEEK, est le plus connu de la famille des PAEK. Il s’agit d’un matériau polymère synthétique de faible poids moléculaire, très résistant aux hautes températures, à la corrosion et aux produits chimiques, qui en fait un matériau très intéressant dans de nombreux domaines industriels. Breveté en 1963 puis commercialisé en 1978 par la société Imperial Chemical Industries (ICI), il est depuis utilisé dans les secteurs de l’aérospatial, l’automobile, les transports ferroviaires, le nucléaire et également très prisé dans le domaine médical comme matériau bio- implantable.
Appelé poly(oxy-1,4-phénylèneoxy-1,4-phénylènecarbonyl-1,4-phénylène) en nomenclature universelle, sa structure chimique est très similaire à celles de ses homologues PAEK avec deux fois plus de fonctions éthers que cétones. Sa formule est présentée ci-dessous (Figure 5).
Figure 5 : formule chimique du Polyetheretherketone avec deux fonctions éthers (orange) et une fonction cétone (bleu). (Source : Kurtz, 2012)
En odontologie, il existe plusieurs types de PEEK commercialisés, parmi lesquels nous pouvons citer :
- BioHPPÒ de Bredent en système pressé ou en CFAO - JUVORAÔ Dental Disc de Juvora en CFAO
- DENTOKEEP PEEK Disc de NT Trading en CFAO.
4.1.2. Biocompatibilité et potentiel allergène
Le terme biocompatibilité fait référence à la capacité d’un matériau à remplir sa fonction souhaitée vis à vis d’une thérapie médicale, sans provoquer d’effets indésirables locaux ou systémiques chez le receveur de cette thérapie, tout en générant la réponse la plus appropriée dans cette situation et en optimisant la performance clinique de cette application médicale. (Williams, 2008)
Depuis plus de vingt ans, la biocompatibilité des PEEK est étudiée. Les études in vitro menées par Katzer et coll. n’ont montré aucune preuve d’activité cytotoxique ou mutagène. (Katzer et coll., 2002) Wenz et coll. ont également démontré que le PEEK possède une « excellente » biocompatibilité cellulaire in vitro. (Wenz et coll., 1990) Les études in vivo menées par Rivard et coll. sur les tissus nerveux du lapin ont montré une réaction normale des tissus nerveux vis-à-vis des matériaux PEEK et aucune réaction indésirable (nécrose, inflammation) n’a été démontré. Il en conclut que le PEEK n’est pas cytotoxique. (Rivard et coll., 2002)
Williams et coll. ont mis en évidence la réponse inflammatoire des tissus mous après l’implantation intramusculaire de disques en PEEK chez le rat, sur une période de six mois. Leurs observations ont suggéré que le PEEK provoquait une « réponse minimale » du tissu musculaire, mais sans signe d’une irritation réelle des tissus.
(Williams et coll., 1987)
De plus, le PEEK est connu pour être un matériau inerte ; il ne relargue pas d’ions ou de constituants, ni ne créée de réaction indésirable avec les tissus durs ou mous.
(Toth, 2012)
D’après ces études, les matériaux PEEK n’ont pas de potentiel allergène. Cette propriété est une des plus intéressantes du PEEK, et est à la base de nombreuses recherches en odontologie prothétique, afin d’envisager la prothèse sans métaux et de créer une alternative durable pour les patients qui y sont allergiques ou intolérants.
D’après ces nombreuses études, le PEEK est donc un matériau inerte biologiquement parlant, non cytotoxique, non mutagène, sans potentiel allergène et répond aux exigences de la norme ISO 10993 relative aux dispositifs médicaux et à leurs évaluations biologiques.
4.1.3. Propriétés chimiques et thermiques
Déjà évoqué précédemment, le PEEK présente une grande résistance chimique et thermique, due à sa structure moléculaire.
En effet, sa température de dégradation est de l’ordre de 490°C et ses propriétés mécaniques sont encore bonnes jusqu’à 250°C. (Giraud, 2011)
Le PEEK est insoluble dans la plupart des solvants et possède une grande résistance à l’eau à température ambiante et élevée. Cette forte résistance à l’hydrolyse lui permet de résister à des cycles de stérilisation à 138 °C sans diminuer ses propriétés mécaniques. (Schweitzer, 2000)
4.1.4. Propriétés optiques et esthétiques
Comparée aux restaurations prothétiques uniquement métalliques, la couleur blanche- crème des PEEK et des PEKK, est plus attrayante pour les patients exigeants au niveau esthétique (figure 6). De plus, ils possèdent un faible degré de décoloration.
Cependant, le manque de transparence, de luminosité et leur couleur blanchâtre justement, ne permettent pas à ces matériaux une réhabilitation monolithique en secteur antérieur. (Skirbutis et coll., 2017)
Figure 6 : Photographie d’un bridge en PEEK, la couleur est terne et blanchâtre.
(Source : Victrex, 2015)
Dans certains cas, cette couleur blanchâtre peut avoir un avantage esthétique, notamment avec le système Novaloc® en PEEK, qui sera détaillé dans la quatrième partie de ce travail.
Les PAEK sont radiotransparents et n’engendrent pas d’artefacts. Un pâle halo est visible sur la radiographie. Cette propriété pourrait éventuellement aider à détecter des caries sous couronnes ou encore du ciment de scellement résiduel. A contrario, la radiotransparence peut également rendre difficile la vérification radiographique de
la bonne adaptation d’un élément prothétique (mise en place d’un pilier implantaire en PEEK, …) (figure 7). (Al-Rabab’ah et coll., 2017; Zoidis et coll., 2017)
Figure 7 : Radiographie après la mise en place de piliers de cicatrisation en PEEK.
Les piliers sont radiotransparents. (Source : Koutouzis et coll,. 2011)
4.1.5. Propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques du PEEK répondent aux normes ISO 10477 relatives aux matériaux à base de polymère utilisés dans l’art dentaire.
• Densité
Le PEEK possède une densité très faible de l’ordre de 1,3 g.cm-3. À volume égal de matériau, le titane, utilisé dans les piliers supra-implantaires et les suprastructures, est environ 3,5 fois plus lourd que le PEEK avec une densité de 4,4 g.cm-3. Les alliages non précieux, tels Nickel-Chrome (Ni-Cr) et Cobalt-Chrome (Co-Cr), sont environ six fois plus lourd que le PEEK à volume égal, avec une densité de 7,5 g.cm -3. (Gregoire et coll., 2009; Dejou, 2009)
C’est donc un matériau très léger, et cette caractéristique est tout à fait intéressante
• Module d’élasticité
Le module d’élasticité, aussi appelé module de Young, est une constante qui relie la contrainte de traction appliqué à un matériau et la déformation (allongement) de ce matériau qui en résulte.
Plus le module d’élasticité est élevé, plus le matériau est rigide. Le module de Young du PEEK se situe entre 3 GPa et 4 GPa.
Le tableau 2 compare le module d’élasticité du PEEK à d’autres matériaux utilisés en odontologie prothétique, comme le titane, les alliages Cobalt-Chrome et Nickel- Chrome, ainsi qu’à l’os cortical. Il nous permet de déduire que son module est faible et se rapproche de l’os cortical et de la dentine (15 GPa). Etant aussi élastique que l’os, le PEEK peut alors agir comme un « interrupteur de contraintes », aussi appelé
« Off-Peak » et réduire les forces transférées de la restauration aux structures dentaires en les absorbant. Son utilisation pourrait être intéressante dans le cas de racines faibles et être un atout dans les armatures de grande portée. (Zoidis et coll., 2017)
Tableau 2 : comparaison du module d’élasticité. (Source : Rho et coll., 1993)
4 5 14
79
110
225
200
0 50 100 150 200 250
PEEK PEKK Os cortical Or Titane Co-Cr Ni-Cr
Comparaison du module d'élasticité
Module d'élasticité (GPa)
• Résistance à la flexion
Le test de flexion est un essai mécanique utilisé dans le but de connaître la résistance à la flexion d’un matériau et sa résistance à la rupture. La flexion est la courbure obtenue sur une éprouvette posée sur deux appuis à ses extrémités, après l’action d’une force exercée en son milieu.
La résistance à la flexion est principalement exercée sur le groupe incisvo-canin lors de la mastication. (Jacquot, 2009)
La résistance à la flexion du PEEK est de l’ordre de 180 MPa selon les données de BioHPP® de Bredent. (Bredent, 2013) Le tableau 3 montre qu’elle se rapproche des valeurs de l’os, de l’émail et de la dentine, qui sont respectivement de 150 MPa, < 180 MPa et < 207 MPa. (Perelmuter et coll., 2009)
La résistance à la flexion du titane (grade 5) est de l’ordre de 950 MPa. Dans le cadre de restauration implantaire, la résistance à la flexion est très élevée et le risque de résorption osseuse est grande autour de l’implant. De ce fait, la résistance à la flexion du PEEK semble plus adaptée que celle du titane. (Rocchi, 2016)
Tableau 3 : Tableau récapitulatif comparant la résistance à la flexion.
180 200
150 180 207
950
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
PEEK BioHPP® PEKK Pekkton® Os cortical Émail Dentine Titane
Comparaison de la résistance à la flexion
Résistance à la flexion (MPa)
• Résistance à la traction
L’essai de traction consiste à appliquer une force de traction sur une éprouvette standardisée du matériau à évaluer. Il permet de connaître le comportement mécanique du matériau. (Jacquot, 2009)
La résistance à la traction est de 80 à 100 MPa. Elle se rapproche de la résistance à la traction de l’os cortical (120 MPa). (Tannous et coll., 2012; Najeeb et coll., 2016)
• Résistance à la compression
L’essai de compression consiste à placer une éprouvette sur une presse et à exercer deux forces axiales opposées.
La résistance à la compression s’exerce essentiellement sur les faces occlusales des dents postérieures lors de la mastication.
Selon les données de Victrex®, le PEEK pur non renforcé en fibre de carbone est de 125 MPa. La résistance à la compression de l’os est d’environ 190 MPa et celle de la dentine est d’environ 300 MPa, plus élevées que le PEEK. Ce dernier possède donc une résistance en compression relativement faible. (Bolla et coll., 2009)
• Résistance à la fatigue
La fatigue est la diminution des propriétés mécaniques d’un matériau soumis à une charge cyclique.
Le PEEK possède une bonne résistance à la fatigue, enregistrée à environ 1 million de cycles, selon les données Victrex®.
La littérature semble corroborer ces données, cependant aucune étude scientifique sur la résistance à la fatigue du PEEK n’a été trouvée.
Afin d’augmenter ses performances mécanique ou esthétique, le PEEK peut être modifié. Il peut, en effet, se présenter pur ou encore renforcé en charge de céramique ou en dioxyde de titane, cela dans le but d’optimiser son aspect. En revanche, certaines applications cliniques comportant des contraintes de forces élevées imposent un matériau solide pouvant répondre aux critères requis.
C’est ainsi qu’il existe un PEEK renforcé en fibre de carbone, plus dur à travailler mais dont les capacités mécaniques seraient accrues. Ce dernier est plutôt utilisé en comme implant dentaire. Récemment, des tenons en PEEK renforcé en fibre de carbone sont mis à l’étude dans le cadre de restaurations corono-radiculaires, en alternative au traditionnel tenon en fibre de verre. Cependant, ces modifications pourraient peut-être remettre en question la parfaite biocompatibilité du PEEK, notamment par l’utilisation du dioxyde de titane aujourd’hui controversée. La recherche se poursuit sur les améliorations à apporter à ce jeune matériau de l’arsenal dentaire.
(Dubois, 2015)
4.2. PEKK
4.2.1. Présentation
Le polyétherkétonekétone, PEKK, est le dernier né de cette famille. Encore très récent, il présente toutefois d’excellentes caractéristiques, le plaçant au-dessus du PEEK.
Il a été synthétisé pour la première fois en 1962 par W.H.Bonner, puis développé et mis sur le marché en 1988 par l’entreprise DuPont aux Etats-Unis, dans le domaine aérospatial. Depuis les années 2000, la société Oxford Performance Material développe les applications du PEKK. En 2015, des implants crâniaux en PEKK par impression 3D ont été élaborés.
Le poly(oxy-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylenecarbonyl-1,4-phenylene), en nomenclature universelle, est composé de deux fonctions cétones pour une fonction éther, ce qui rend la chaine moléculaire plus rigide et augmente ses propriétés mécaniques.
Figure 8 : formule chimique du Polyetherketoneketone avec une fonction éther
En odontologie, le PEKK est disponible sous le nom de Pekkton®ivory de Cendres+Métaux, un dérivé de OXPEKK® utilisé depuis plusieurs années comme matériaux implantable en médecine (arthrodèse cervicale en PEKK).
4.2.2. Biocompatibilité
Le matériau de base OXPEKK®, développé par Oxford Performance Material, a subi les tests de biocompatibilité, cytotoxicité, génotoxicité, selon la norme ISO 10993 et a été approuvé par la FDA aux Etats-Unis. Aucun risque cytotoxique ou génotoxique n’a été démontré.
4.2.3. Propriétés chimiques
Tout comme ses semblables de la famille des PAEK, la structure chimique de PEKK lui confère une grande stabilité chimique, il est insoluble dans de nombreux solvants et une bonne résistance à l’hydrolyse à température ambiante et élevée.
(Cendres+Métaux, 2015; Adamzyk et coll., 2016)
4.2.4. Propriétés mécaniques
Le PEKK est un matériau récent, les propriétés citées dans les articles scientifiques sont régulièrement celles des fabricants.
• Densité
Tout comme le PEEK, PEKK est un matériau très léger avec une densité moyenne de 1,4 g.cm-3. (Cendres+Métaux, 2015)
• Module d’élasticité
Son module d’élasticité est de l’ordre de 5 GPa pour Pekkton® ivory. (Jacquot, 2017) Il est proche de celui de l’os cortical (14 GPa) et de la dentine. Cette caractéristique importante, lui permet de jouer un rôle « d’interrupteur de contraintes » et réduire les forces transférées aux structures dentaires, à l’instar du PEEK.
• Résistance à la flexion
La résistance à la flexion est comprise entre 140 et 200 MPa selon les données de OXPEKK®, et de 200 MPa pour Pekkton® ivory. (Jacquot, 2017) Ces valeurs sont très similaires au PEEK et donc aux valeurs de l’os, la dentine et l’émail.
• Résistance à la traction
La résistance à la traction du PEKK est de l’ordre de 110 MPa à 115 MPa, selon les données de OXPEKK® et Pekkton® ivory. (Jacquot, 2017)
• Résistance à la compression
La résistance à la compression du PEKK est légèrement supérieure au PEEK, selon les données de Pekkton® ivory. Sa résistance est de l’ordre de 240 MPa. Il reste cependant inférieur à la dentine (300 MPa). (Cendres+Métaux, 2015)
• Résistance à la fatigue
La résistance à la fatigue du PEKK est légèrement supérieure à celle du PEEK, d’environ 1,2 millions de cycles selon Pekkton® ivory. (Cendres+Métaux, 2015)
Le tableau 4 résume les propriétés mécaniques du PEEK et du PEKK en comparaison aux tissus naturels.
Tableau 4 : Tableau récapitulatif comparant les propriétés mécaniques du PEEK et du PEKK.
PEEK PEKK Os cortical Dentine Email Résistance à la flexion 180 GPa 200 GPa 150 GPa 180 GPa 207 GPa Résistance à la traction 80-100 GPa 110-115 GPa 120 GPa - - Résistance à la compression 125 GPa 240 GPa 190 GPa 300 GPa -
Fatigue 1 Million 1,2 Millions - - -
Densité 1,3 g.cm-3 1,4 g.cm-3 - - -
5. Dérivés spécifiques adaptés à l’art dentaire
Il existe différents PEEK et PEKK commercialisés pour la pratique dentaire. Selon les fabricants, ils ont chacun leurs caractéristiques propres bien qu’ils soient assez semblables, comme nous le montre le tableau 5. Nous développerons uniquement le PEEK BioHPP® de Bredent ainsi que le PEKK Pekkton® de Cendres+Métaux, les matériaux les plus avancés dans la littérature scientifique et sûrement les plus utilisés malgré leur relative jeunesse dans notre domaine.
Tableau 5 : Propriétés mécaniques et chimiques des PEEK et PEKK commercialisés en odontologie. (Source : Jacquot, 2017)
Industriels Marques Résistance
traction Résistance
flexion Module
d'élasticité Absorption Solubilité Bredent
BioHPP® (pressée)
180 MPa 4,6 GPa 6,5 µg.cm-3 0,1 µg.cm-3 BreCam.BioHPP®
(CFAO) Cendres+
Métaux
Pekkton® (pressée)
115 MPa 200 MPa 5 GPa 8,7 µg.cm-3 0,2 µg.cm-3 Pekkton® (CFAO)
Evonik VESTAKEEP® PEKK
(CFAO) 110 MPa 175 MPa 4,8 GPa 0,40%
Juvora PEEK-OPTIMATM
(CFAO) 108 MPa 170 MPa 4,2 GPa
5.1. BioHPP® : un exemple de PEEK développé pour l’odontologie
5.1.1. Présentation
BioHPP® est un matériau thermoplatique de haute performance de la gamme Bredent.
Il est composé à 80% de PEEK et 20% de charges de céramiques de 0,3 à 0,5 µm de diamètre. Les charges nanocéramiques apportent un rôle de pigments ; BioHPP® est de couleur blanche mais disponible à ce jour en trois couleurs : blanche, dentine et rose. La finesse des grains de céramiques lui confère d’excellentes aptitudes au polissage et évite par la suite le dépôt de plaque dentaire.
BioHPP® est disponible sous forme de granules, de pellets ou de disques à usiner, comme le montre la figure 9. Il peut être mis en œuvre suivant trois techniques
différentes, par pressée, par moulage par injection ou encore par le procédé de Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur (CFAO).
a) b)
c)
Figure 9 : a) granules de BioHPP®, b) pellets de BioHPP®, c) disques à usiner BioHPP®. (Source : Bredent, 2013)
5.1.2. Mise en œuvre
• Procédure de pressée
La figure 10 présente le système For 2 Press de Bredent, conçu pour la mise en œuvre de BioHPP® en utilisant la technique de coulée à cire perdue.
Figure 10 : Système For 2 Press de Bredent. (Source : Bredent, 2013)
Après la réalisation de la maquette en cire, on procède à la mise en revêtement dans un cylindre de pressée avec un matériau de revêtement prévu à cet effet. Le cylindre est ensuite préchauffé dans un four de chauffe de 630 °C à 850 °C, afin de faire fondre la cire (figure 11). On laisse ensuite refroidir à 400 °C, température de fusion de BioHPP®.
a) b)
Figure 11 : a) Photographie représentant la mise en revêtement de la maquette en cire (bleu) montée sur une tige de coulée (vert) dans un cylindre de pressée. b) Photographie montrant le BioHPP® fondu, l’aspect doit être crémeux et homogène.
(Source : Bredent, 2013)
On peut alors introduire BioHPP®, sous forme de granules ou de palets, la quantité étant fonction du poids de cire. Lorsque BioHPP® est correctement fondu, avec une apparence crémeuse et homogène, le cylindre est ensuite transféré dans le système For 2 Press.
Le processus de pressée démarre automatiquement sous vide, puis on laisse refroidir le cylindre à température ambiante en maintenant la pression de pressée.
Le processus de pressée dure environ 35 minutes, le prothésiste peut ensuite procéder au démoulage.
Les résidus de matériaux de revêtement pourront être éliminés lors d’un sablage à l’oxyde d’alumine sous pression de 2 à 3 bars.
Le contrôle de l’ajustage de la pièce prothétique peut se faire à l’aide d’une fraise en carbure de tungstène. Les retouches par meulage ou polissage sont facilement réalisables sans risque de modifier les propriétés mécaniques, à l’inverse de la zircone par exemple. On peut ensuite procéder au conditionnement. (Bredent, 2013; Gerard, 2015)
La figure 12 résume les étapes de mise en œuvre de BioHPP® lors de la procédure de pressée.
• Technique d’usinage par CFAO
BioHPP® peut également être usiné en Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur, dans un appareil de fraisage standard, en utilisant des disques de fraisage breCAM.BioHPP® associés à des fraises breCAM.cutter spécialement conçues à cet effet tout en suivant les recommandations du fabricant (fraises et vitesses de coupes).
Cette technique est utilisée pour la réalisation de pièces prothétiques unitaires, d’infrastructures de bridges, de piliers personnalisés ou encore de barres supra- implantaires.
Dans un avenir où la numérisation prend une place de plus en plus grande dans nos thérapeutiques, la capacité d’usinage du PEEK est un de ses atouts majeurs et fait de ce matériau un rival potentiel du titane pour les années à venir. En effet, l’usinage du titane est particulièrement cher alors que les matériaux thermoplastiques sont beaucoup moins coûteux à mettre en œuvre. Par exemple, d’après les données industrielles, la marque Invibio® a estimé devoir changer de fraise à usiner après la réalisation de 10 bridges de trois éléments en céramique, alors que les fraises étaient encore utilisables après avoir usiner 50 bridges de trois éléments en PEEK. (Invibio®, 2011)
• Coulée par injection
Peu utilisé dans la mise en œuvre du PEEK, le système Thermopress 400 de Bredent, conçu pour la mise en œuvre de résines thermoplastiques, permet toutefois la réalisation de châssis en Bio XS® (PEEK) par la technique de coulée par injection.
Afin de compenser la contraction de prise pendant le refroidissement, il faudra utiliser un plâtre spécial à expansion pour la conception du modèle en plâtre. Lors de la réalisation de la maquette en cire, il faudra également veiller à sur-dimensionner l’épaisseur des crochets, les faire plus courts et s’appuyer sur le collet des dents. Lors de la mise en moufle, la maquette est reliée par des tiges d’injection de 10mm de diamètre. Les granules de Bio XS® sont fondus lors du préchauffage du Thermopress.
Vient ensuite le temps de l’ébouillantage des moufles et une fois placées dans l’appareil, on pourra lancer l’injection. Après refroidissement, on pourra démouler et contrôler l’ajustage de la pièce prothétique.
5.1.3. Procédure d’assemblage
La couleur blanche à grisâtre du PEEK ainsi que sa faible translucidité, limitent son utilisation, notamment dans le cadre des restaurations monolithiques en secteur antérieur. Afin de palier ce désavantage esthétique, le PEEK sera recouvert de résine composite. Aujourd’hui encore, de nombreuses études sont menées sur les capacités adhésives du PEEK. En effet, sa grande résistance à la plupart des solvants chimiques, due à sa structure moléculaire particulière, et sa faible énergie de surface sont un défi pour l’amélioration de sa liaison au composite cosmétique, et à son collage aux tissus dentaires.
• Conditionnement
Dans le cadre de restaurations fixées, une résine composite cosmétique sera appliquée afin de recouvrir l’infrastructure en PEEK. La liaison doit être suffisante pour garantir la pérennité de la restauration. Plusieurs études ont été menées sur les traitements de surfaces mécaniques et chimiques du PEEK, sur les agents de couplage, les systèmes adhésifs et les résines composites pour améliorer et atteindre des forces de liaisons adéquates.
Selon les recommandations de BioHPP® de Bredent, après vérification de la pièce prothétique et des éventuelles retouches, l’infrastructure est sablée avec des particules d’oxyde d’aluminium de 110 µm de diamètre sous une pression de 2 à 3 bars, à une distance d’au-moins 3 cm (figure 13).
a) b)
Figure 13 : a) Retouches de la pièce prothètique. b) Sablage de la pièce coulée.
(Source : Bredent, 2013)
On applique ensuite un primaire d’accroche spécifique de la marque Bredent, visio.link (PMMA), afin d’obtenir une cohésion suffisante entre le composite cosmétique et l’infrastructure en BioHPP®. L’ensemble est alors revêtu d’un composite. Selon Bredent, toutes les résines composites peuvent être utilisées, avec une préférence pour la résine de cette même gamme visio.lign®. Pour finir, un polissage minutieux est effectué (figure 14). (Bredent, 2013)
a) b)
Figure 14 : a) Mise en place d’une couche de composite cosmétique. b) Polissage de la pièce prothétique. (Source : Bredent, 2013)
Dans la littérature, différents protocoles ont été étudiés :
- En l’absence de traitement de surface, l’adhésion est insuffisante. La topographie de surface et la structure chimique du PEEK affectent l’adhésion aux adhésifs. La microrugosité augmente la surface de contact du PEEK avec l’adhésif et augmente donc leur cohésion. (Hallmann et coll., 2012) Ainsi certaines études ont testé des traitements de surfaces chimiques comme le mordançage à l’acide sulfurique. L’hypothèse, selon laquelle, l’acide sulfurique crée une surface poreuse et perméable permettant d’accroître l’adhésion micromécanique, n’est pas encore acceptée de tous. (Silthampitag et coll., 2016)
- L’utilisation d’un système adhésif est essentielle pour établir une liaison forte à la résine composite. Sans adhésif aucune adhésion n’a été démontrée. De plus sa composition chimique influence l’adhésion. Il semblerait que les meilleurs résultats ont été obtenus avec les systèmes adhésifs à base de monomères de méthylméthacrylates. (Stawarczyk et coll., 2014) L’utilisation de visio.link, Signum PEEK Bond et Monobond® Plus a été mise en évidence pour des petits bridges. (Stawarczyk et coll., 2015)
Le meilleur traitement de surface n’a pas encore été trouvé, il est ainsi difficile d’établir des recommandations générales.
• Revêtement cosmétique
BioHPP® peut-être recouvert de différents matériaux comme les résines composites ou encore les céramiques (figure 15). La céramique ne sera cependant pas cuite sur la base en PEEK mais assemblée par collage. Bredent recommande l’utilisation des composites cosmétiques de la gamme visio.lign®. (Bredent, 2013)
La cohésion entre BioHPP® et le matériau cosmétique est primordiale pour la pérennité des prothèses fixées.
Selon Bredent, la résistance à la cohésion a été testée et respecte les normes EN ISO 10477, dont la valeur minimale autorisée est de 5 MPa, cependant les valeurs communément acceptées en cliniques sont de 15 MPa au minimum. Il semblerait que des valeurs supérieures à 25 MPa auraient été obtenues à l’aide du primaire d’adhésion visio.link.
L’utilisation de rétentions micromécaniques, telles que des perles ou des paillettes de rétention, peut éventuellement être utilisée avant l’application d’un adhésif, afin d’optimiser la cohésion. Pour finir, une couche d’opaque est appliquée avant la mise en place du composite cosmétique. (Bredent, 2013)
Une étude propose un traitement par Air Abrasion avec des particules d’alumines de 50 µm suivi d’un mordançage à l’acide sulfurique avant l’application du système adhésif. (Uhrenbacher et coll., 2014)
Dans le cadre d’un bridge collé, Zoidis et Papathanasiou ont procédé ainsi : après un traitement de l’infrastructure en BioHPP® par Air abrasion de particules d’alumines de 110 µm de diamètre, un primaire d’accroche est appliqué (visio.link) avant d’être recouvert par une résine composite par photopolymérisation indirecte (Gradia, GC).
(Zoidis et Papathanasiou, 2016)
Figure 15 : coupe schématique des différentes structures d'une prothèse avec une armature en BioHPP® et une partie esthétique en résine composite. (Source : Bredent, 2013)
• Scellement ou collage
L’assemblage des restaurations BioHPP® en bouche se fait généralement selon un protocole classique de collage des céramiques ou composites, selon Bredent.
Un conditionnement des surfaces à coller sera nécessaire, en commençant par le sablage de la pièce prothétique en BioHPP® à l’oxyde d’aluminium de 110 µm de diamètre.
En revanche, d’après le fabricant Bredent, les couronnes provisoires BioHPP®
peuvent être scellées avec un ciment provisoire, type oxyde de zinc sans eugénol ou à base de silicone A, sur des infrastructures implantaires métalliques ou en dioxyde de zirconium ou sur l’émail et la dentine. Et inversement, une couronne en alliage métallique, en dioxyde de zirconium, ou en BioHPP® peut être scellée provisoirement sur un pilier en BioHPP® avec ces mêmes ciments provisoires. Un primer type visio.link n’est pas requis pour le scellement provisoire.
Dans le cas de scellement d’usage, un sablage est toujours recommandé, puis l’application d’un primer (type visio.link) puis l’utilisation d’une colle adhésive (type PANAVIAÔ, Variolink®) est préférée à un ciment auto-adhésif ou un ciment verre- ionomère. (Bredent, 2013)
Andrikopoulou et Zoidis ont, eux, procédé comme suit : l’infrastructure en BioHPP®
subit un sablage à l’oxyde d’aluminium de 50 µm, elle est ensuite plongée dans un bain d’alcool à ultrason pendant 5 minutes puis recouvert du primer visio.link.
