Les matériaux céramique en « prothèse sans métal »

Introduction

En prothèse fixée, l’introduction des matériaux alternatifs aux alliages métalliques a commencé au début du siècle dernier avec les premières propositions d’utilisation de céramiques feldspathiques [¹]. Cependant, l’avènement clinique de ces solutions thérapeutiques doit beaucoup à JW. McLean qui fut le premier, en 1965, à suggérer l’addition d’alumine pour renforcer les céramiques feldspathiques, fragiles, utilisées jusque-là [²].

Dès lors, la profession et les industriels n’ont cessé d’améliorer les propriétés physiques et esthétiques de ces matériaux. Les travaux de M. Sadoun dans les années 1980 ont donné naissance à la gamme In Ceram, à base d’alumine infiltrée, élaborée en barbotine puis en blocs d’usinage. Enfin, la dernière céramique en date, la zircone, est apparue au début des années 1990 [³].

À ce jour, la variété d’indications cliniques possibles couvre la presque totalité des besoins prothétiques, depuis les restaurations a minima comme les facettes jusqu’aux bridges étendus, en passant par les inlays-onlays et les couronnes unitaires [⁴].

Cependant, devant les multiples propositions offertes actuellement, le chirurgien-dentiste est souvent désorienté et transfère intégralement son choix vers son collaborateur, le prothésiste de laboratoire. Cet article a pour but de présenter, le plus synthétiquement possible, les matériaux céramique actuels, en précisant leurs atouts et leurs limites, leurs indications et leurs contre-indications cliniques. En ce sens, il devrait aider le praticien à communiquer et échanger en toute connaissance de cause avec son patient et son laboratoire de prothèse.

Classification des matériaux céramique

La classification la plus commune et la plus intéressante pour le clinicien est celle qui répartit les matériaux céramique selon leur composition (^tableau I). Celle-ci distingue trois grandes familles :

les vitrocéramiques : les particules cristallines y sont dispersées dans une matrice vitreuse ;

– les céramiques alumineuses infiltrées : les particules cristallines sont frittées dans un premier temps, créant un matériau poreux entre les cristaux ; ces espaces sont secondairement infiltrés de verre ;

– les céramiques denses ou polycristallines, dans lesquelles il n’existe pas de phase vitreuse.

Vitrocéramiques

Elles sont actuellement disponibles sous forme poudre/liquide, sous forme de lingotins pour pressée ou sous forme de blocs pour la CFAO. Elles se subdivisent en trois sous-classes selon leur composition.

Céramiques feldspathiques

Principalement constituées de silice (SiO₂) elles contiennent aussi des éléments comme l’alumine (Al₂O₃), le potassium (K₂O) ou le sodium (Na₂O). Ce sont les céramiques de stratification, dont la composition en feldspath naturel ou synthétique est modifiée par adjonction de pigments colorés et d’opacifiants pour fournir une gamme étendue de propriétés optiques adaptées à la reproduction des masses émail ou dentine. Elles peuvent être utilisées comme armature dans le cas des facettes montées sur « die » réfractaire. Toutefois, leurs propriétés mécaniques faibles avant collage rendent leur manipulation délicate dans ce type d’indication.

Céramiques feldspathiques enrichies en leucite

La proportion importante de leucite (env. 50 %) que contient cette sous-famille permet d’en accroître un peu les caractéristiques mécaniques. À nouveau, l’ajout d’éléments cristallins divers permet de décliner le même matériau en plusieurs translucidités. Le matériau représentant au mieux cette famille est la céramique IPS Empress esthetic® d’Ivoclar Vivadent.

Céramiques feldspathiques enrichies en dissilicate de lithium

Les cristaux allongés de dissilicate de lithium, en quantité importante (70 %) apportent une réelle résistance initiale à ces matériaux, qui profitent encore secondairement d’un collage efficace aux tissus dentaires. Empress II®, devenue aujourd’hui IPS e.max®, représente la forme la plus diffusée de ce matériau, sous forme de lingotins à presser ou de blocs à usiner. L’indice de réfraction très favorable des cristaux de dissilicate de lithium permet de faire varier la translucidité de ce matériau. Ainsi, la gamme actuelle est composée de 4 classes de translucidité différentes : successivement HT, LT, MO et HO de la plus translucide à la plus opaque.

Céramiques alumineuses infiltrées

Cette famille est essentiellement représentée par trois matériaux de la gamme In Ceram® (Vita). Proposées initialement sous une forme poudre/liquide mise en œuvre en barbotine au laboratoire [⁵], elles sont actuellement disponibles en blocs usinables. Dans les deux cas, l’infiltration secondaire d’un verre d’alumino-silicate de lanthanum est nécessaire pour donner ses propriétés finales au matériau en comblant les porosités. La présence de magnésium (MgO₂) dans l’In Ceram Spinell® lui confère des propriétés de translucidité excellentes, tandis qu’au contraire l’adjonction de zircone (ZiO₂) dans l’In Ceram Zirconia® en fait la céramique la plus opaque du marché [⁶]. L’In Ceram alumina® constitue quant à elle un compromis entre ces deux translucidités. Par ailleurs, les propriétés mécaniques diffèrent aussi et constituent un critère de choix clinique.

Céramiques denses

Ce sont des céramiques constituées d’une seule phase cristalline, sans aucune phase vitreuse. Cette particularité rend inutile toute procédure de mordançage acide comme pour les vitrocéramiques. Elles sont obtenues par frittage de poudres d’alumine ou de dioxyde de zirconium selon le cas. Leur microstructure finale ne doit présenter ni porosités ni inclusions sous peine de modifier leurs propriétés mécaniques. Elles sont représentées actuellement par deux matériaux.

Alumine dense

Cette première proposition de céramique dense a été faite par la société NobelBiocare avec son système Procera®, sous la dénomination de Procera Alumina®. La poudre d’alumine dense est pressée sur un « die » surdimensionné (de 20 % env.) puis préfrittée sous pression isostatique avant d’être usinée dans son extrados. L’armature ainsi constituée est ensuite frittée à 1 600 °C, en subissant une contraction équivalente au surdimensionnement initial.

Zircone Y-TZP

La zircone utilisée en odontologie est une zircone contenant environ 3 % d’yttrium (en poids), agent utilisé pour stabiliser le matériau en phase cristalline quadratique, phase plus performante mécaniquement [⁷]. Sa résistance à la flexion, et surtout sa ténacité, en font la céramique d’armature la mieux adaptée aux réalisations prothétiques plurales. La pureté initiale, la finesse des grains constituant la poudre initiale et la qualité des frittages sont des éléments d’importance dans l’obtention de caractéristiques physiques finales.

Cette microstructure influence directement les propriétés du matériau, et plus particulièrement sa résistance et sa translucidité (^fig. 1). Elle conditionne aussi les indications cliniques qui relèvent exclusivement de la dentisterie adhésive, puisque seules les vitrocéramiques sont mordançables et offrent un ancrage micromécanique et chimique fort.

Armature ou monobloc. Ces matériaux peuvent être utilisés comme matériaux d’armature ou comme matériaux composant l’ensemble de la restauration prothétique, dans le cas de réalisation « monobloc ». L’armature céramique nécessite toujours le recours à une céramique de stratification (feldspathique) mise en œuvre secondairement et constituant le savoir-faire du prothésiste céramiste (^fig. 2). Au contraire, la pièce prothétique « monobloc » est classiquement finie à l’aide de maquillants de surface (^fig. 3 et ⁴). Pour les cas les plus simples, elle peut être gérée par le praticien lui-même (système Cerec®, Sirona).

Propriétés optiques des matériaux

La couleur d’une restauration est une alchimie complexe dans laquelle interviennent de nombreuses composantes [⁸, ⁹]. Au-delà des trois principales, luminosité-teinte-saturation, les propriétés de fluorescence et d’opalescence, de même que la micro et la macro-géographie de surface, conditionnent la biomimétique finale. Parmi les propriétés optiques, certaines influencent directement les indications cliniques des différents matériaux : la translucidité et la luminosité.

Translucidité

C’est la capacité d’un matériau à laisser passer la lumière en la diffusant, sans toutefois permettre de distinguer l’objet en arrière-plan. Elle est dépendante du minéral de la phase cristalline, de la proportion de verre, mais aussi de l’épaisseur du matériau [⁶, ¹⁰, ¹¹] (^fig. 5).

Cette propriété, et par conséquent la céramique choisie, est directement liée [¹², ¹³] :

– à la nature de la sous-structure (naturelle ou reconstituée) qui peut présenter des caractéristiques très diverses (développées dans l’article de Seguela et al. dans ce numéro) ;

– au matériau d’assemblage et à ses propriétés optiques intrinsèques.

Luminosité

C’est la propriété d’un matériau à réfléchir la lumière incidente plutôt qu’à la diffuser. Plus cette luminosité est proche de celle de la dent, plus le rendu esthétique sera naturel. Parmi les matériaux céramiques, la zircone présente la plus forte luminosité et la céramique feldspathique la plus faible. D’un point de vue scientifique, cette luminosité n’est pas mesurée directement mais évaluée par l’indice de réfraction lumineuse (^tableau II). Les valeurs de réfraction de la dentine et de l’émail [¹⁴, ¹⁵] doivent être prises en compte dans la stratégie restauratrice, directe ou indirecte [¹⁶].

Propriétés mécaniques des céramiques

Le second critère d’importance dans le choix du matériau est lié à ses propriétés mécaniques [⁷]. Parmi celles-ci, plusieurs éléments doivent être pris en compte dans la réflexion initiale :

Résistance et ténacité intrinsèque du matériau

La résistance de la céramique est classiquement évaluée par des tests de flexion ou de cisaillement [¹⁷-¹⁹] répondant plus ou moins aux conditions cliniques. Comme tout matériau fragile, la céramique a une résistance à la flexion correspondant à sa résistance à la fracture (^fig. 6). Quant à la ténacité, propriété de résistance à la fissuration, elle met en évidence l’atout indéniable de la zircone sur les autres matériaux.

Résistance du matériau après collage

Cette spécificité concerne surtout les vitrocéramiques dont l’aptitude au collage est particulièrement bonne [²⁰-²²]. En effet, après un protocole de préparation spécifique (^fig. 7), faisant intervenir successivement l’acide fluorhydrique puis la silanisation, les valeurs d’adhésion du matériau à la dent sont doublées, voire triplées [²³]. Ainsi, lorsque ces vitrocéramiques préparées sont collées à l’émail, un « corps unique » est créé dont le comportement peut être comparé à celui de la dent naturelle [²⁴].

Liaison du matériau à la céramique cosmétique feldspathique

La liaison céramo-métallique constitue une référence en termes de résistance au cisaillement. Si la liaison entre une vitrocéramique d’armature et la céramique feldspathique sus-jacente est forcément excellente compte tenu de la nature identique des matériaux [²⁵], il n’en est pas de même entre la zircone et sa cosmétique entre la zircone et la céramique feldspathique [²⁵-²⁷]. Fort de ce constat indéniable, la réalisation au laboratoire de prothèse doit être adaptée afin de compenser cette limite (thème abordé dans l’article de De March et Etienne).

Dureté du matériau et son abrasivité

Le dernier élément d’importance dans un choix clinique raisonné est constitué par la dureté du matériau, dont l’impact clinique est surtout important pour les solutions « monobloc ». Dans ces options prothétiques, le choix du matériau fait varier la dureté superficielle dans un rapport de 1 à 5 (^fig. 8). Ceci étant, concernant l’usure des dents naturelles antagonistes, la dureté est une caractéristique ayant moins d’influence que la rugosité de la surface [²⁸]. Cette dernière est dépendante directement du protocole de finition au laboratoire, qui doit éviter l’inclusion de microbulles en surface et assurer un polissage mécanique avant le glaçage final.

De nouvelles propositions sont apparues récemment, notamment sur l’emploi du matériau zircone en méthode monobloc. À ce jour, l’absence de recul clinique ne permet pas de considérer la solution « full-zircone » comme judicieuse, ni mécaniquement (par sa dureté), ni surtout esthétiquement. Les premières études tribologiques in vitro montrent que la surface d’une telle couronne ne subit aucune usure face à l’émail, au contraire des vitrocéramiques [²⁹]. L’émail antagoniste à la zircone semble s’user dans les mêmes proportions que face aux vitrocéramiques [²⁹], témoignant d’une abrasivité voisine.

Faire son choix, simplement…

Tout arbre décisionnel comporte des biais ou des imperfections, des raccourcis. Toutefois, il permet au praticien peu aguerri de se lancer dans une nouvelle technologie en minimisant les risques d’échec [²², ³⁰, ³¹].

En ce sens, l’examen clinique initial doit permettre de guider ce choix et surtout d’éviter une contre-indication éventuelle (^fig. 9).

L’estimation de la situation des futures limites prothétiques permet d’emblée d’écarter les solutions à base de vitrocéramiques lorsque l’installation de la digue est compromise. Dès lors, le scellement adhésif au ciment verre-ionomère modifié par adjonction de résine (CVIMAR) devient le mode d’assemblage privilégié et peut être associé à une armature alumineuse ou en zircone.

Au-delà de cette première condition, le choix de l’armature doit ensuite tenir compte de la translucidité relative du matériau et du support sous-jacent. À situation favorable, il sera préféré une solution plus translucide, tandis qu’un support dyschromié sera avantageusement masqué par une céramique plus opaque.

De plus, le cas particulier de la prothèse plurale impose la zircone comme option d’armature céramique. C’est aussi dans ces situations que la question du recours aux alliages métalliques peut se poser.

Enfin, les indications et les contre-indications relatives ou formelles peuvent être vues au travers d’une finalité sécuritaire ou esthétique (^{tableaux III} et ^IV). Les options rapportées ici sont la synthèse des avancées et des études cliniques publiées. Elles ne constituent pas une recommandation absolue, mais se différencient des propositions ponctuelles dont le recul clinique est encore insuffisant. Les facteurs limitants sont plus souvent cliniques que techniques et, en ce sens, l’expérience du clinicien aguerri lui permet parfois des réalisations audacieuses qui peuvent être publiées comme autant de cas cliniques. Ces options ne sont pas prises en compte dans les tableaux ci-dessus, qui constituent une aide au praticien débutant en solutions « sans-métal ».

Conclusion

Les matériaux céramique peuvent aujourd’hui remplacer avantageusement les armatures métalliques en prothèse fixée [³²]. Leurs atouts esthétiques et biologiques indéniables doivent toutefois respecter des indications cliniques strictes qui sont imposées par la microstructure du matériau.

Pour les armatures unitaires, les options sont variées et doivent tenir compte de la possibilité ou non d’installer un champ opératoire pour coller, ainsi que de la couleur de la structure sous-jacente. Pour les armatures plurales, la zircone constitue le matériau de choix dans cette optique « sans métal », grâce à ses propriétés mécaniques. Toutefois, la gestion du matériau zircone demande une rigueur bien supérieure à celle nécessaire pour les armatures plurales céramo-métalliques, en particulier du fait de sa faible liaison avec la céramique cosmétique sus-jacente. Au laboratoire, le respect des protocoles d’application de « liner », de chauffe et de refroidissement lents lors de la cuisson de la céramique cosmétique, et surtout le design des armatures, devraient permettre d’éviter les délaminations et autres éclats (chippings) rapportés avec les premières générations de travaux prothétiques. Au fauteuil, la qualité des préparations initiales et de l’intégration occlusale finale constitue aussi une exigence indispensable au succès à long terme.

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