Actualisation des indications de la zircone en prothèse fixée

Le zirconium (Zr) fait partie des métaux de transition. Sous sa forme oxydée, le dioxyde de zirconium (ZrO₂) – plus connu sous le nom de zircone – se présente sous la forme d'un cristal aux propriétés particulières. Utilisé dans le domaine médical à partir de 1969 dans la confection de têtes fémorales, son apparition dans le domaine de l'odontologie remonte aux années 1980.

Les restaurations céramo-métalliques restant pour l'instant le gold standard en ce qui concerne les restaurations périphériques, la zircone a su trouver sa place dans l'arsenal thérapeutique au cours des dernières décennies.

Cet article va décrire sa structure et ses propriétés afin de pouvoir en poser les indications et les limites.

Zircone : structure et propriétés

La classification actuelle des matériaux en céramique utilisés en odontologie est fondée sur leur composition chimique :

– céramiques feldspathiques ;

– vitrocéramiques ;

– verres hydrothermaux ;

– céramiques alumineuses ;

– céramiques à base d'hydroxyde de zirconium.

Toutes les céramiques sont composées d'une phase vitreuse (où la matrice est désordonnée), responsable du potentiel esthétique du matériau, et d'une phase cristalline (où la matrice est ordonnée) donnant sa résistance à la céramique.

La résistance à la flexion augmente avec la proportion de phase cristalline du matériau tandis que l'aptitude au collage est directement liée à l'importance de la phase vitreuse.

Structure chimique de la zircone

La zircone est une céramique qui présente la propriété de cristalliser en trois types de réseaux en fonction de la température : monoclinique (M), cubique (C) ou tétragonal, ce qui se traduit par un renforcement mécanique (^fig. 1).

À température ambiante, la zircone est sous forme monoclinique et ne présente pas d'intérêt en odontologie.

Elle passe de la structure monoclinique à la structure tétragonale à 1 170 ^oC alors que, lors de son refroidissement, le passage de la structure tétragonale à la structure monoclinique se produit à environ 100 ^oC en dessous de cette température.

Cependant, cette transformation allotropique s'accompagne d'un retrait de 3 à 4 % lors du frittage, conduisant à l'apparition de contraintes pouvant se transformer en fracture. Cette instabilité a été un frein à son développement et les industriels ont contourné ce problème en y ajoutant des agents dopants – oxydes d'yttrium (Y₂O₃), de magnésium (MgO) et de calcium (CaO) – permettant de stabiliser sa structure.

Propriétés

La zircone est une céramique technique constituée de 100 % de polycristaux. Sous sa forme dopée avec 3 à 4 % d'oxyde d'yttrium (la zircone Y-TZP utilisée dans le domaine de l'odontologie), elle possède une structure métastable tétragonale à température ambiante.

Les propriétés physico-chimiques de cette zircone ont donné lieu à une utilisation importante dans le domaine biomédical. Ce sont les suivantes :

– haute résistance ;

– ténacité à la fracture ;

– dureté importante (1 200 Vickers) ;

– résistance à l'usure ;

– non-magnétisme ;

– isolation thermique ;

– inertie chimique ;

– faible conduction thermique ;

– résistance aux attaques acides et basiques ;

– résistance à la corrosion ;

– module d'élasticité bas pour les céramiques (proche de celui de l'acier) et coefficient de dilatation thermique proche de celui du fer.

La phase métastable de la zircone augmente sa résistance face à la propagation de fissures grâce au phénomène d'absorption des contraintes. Les cristaux maintenus artificiellement en phase tétragonale par l'yttrium vont capter cet apport d'énergie et passer en phase monoclinique. Ce phénomène de changement de phase s'accompagne d'une augmentation volumique des cristaux qui limite, ou arrête, la propagation de fissures. Au-delà d'un certain niveau de contrainte, la fissure entraîne la fracture du matériau. Les contraintes environnementales (humidité, sablage, meulage...) vont conduire au vieillissement prématuré de la zircone. Celui-ci va se manifester par une transformation tétragonale-monoclinique qui va finir par être irréversible et conduire à la création de fissures en superficie se propageant vers l'intérieur du matériau.

La grande dureté de la zircone lui permet d'être utilisée dans un éventail d'indications allant de la chape à la couronne unitaire monolithique et aux bridges de grande étendue dento-portés et implanto-portés. Sa faible conductivité thermique permet son utilisation sur dent vivante.

Propriétés optiques

L'intégration esthétique de la prothèse dépend grandement de la transmission de la lumière au travers de la prothèse et des tissus environnants, l'indice de réfraction du matériau doit donc se rapprocher de celui de l'émail naturel. En effet, la diffusion de la lumière est un processus complexe. Les rayons lumineux doivent être absorbés, réfléchis et réfractés de façon la plus similaire possible entre la coiffe et la dent naturelle.

Autrefois uniquement blanche et opaque, la zircone n'apportait pas ce naturel recherché même si elle permettait de masquer les moignons dyschromiques. Mais les progrès techniques ont permis l'élaboration de zircones de différentes teintes et translucidités, assurant une meilleure intégration dans la cavité orale.

Ces différentes translucidités sont obtenues en jouant sur la taille des grains de zircone et par l'incorporation d'additifs (particules d'alumine) de manière homogène. La forme tétragonale de la zircone est anisotrope et conduit à des phénomènes de biréfringence qui, associés au fort indice de réfraction de ce matériau, limitent la translucidité. La forme cubique, quant à elle, est isotrope, son comportement optique est homogène et la translucidité est accrue. Les variétés cubiques sont obtenues à température ambiante grâce à une augmentation de la teneur en oxyde d'yttrium avec comme corollaire une plus grande fragilité et une moindre résistance au vieillissement. Il est donc conseillé de limiter leur utilisation aux restaurations de petite étendue (couronne et bridge de trois éléments).

Sous lumière noire, la dent naturelle possède une fluorescence que l'on se doit de reproduire. La zircone n'étant pas intrinsèquement fluorescente, celle-là est obtenue par l'ajout de céramiques de recouvrement.

D'un point de vue radiologique, la zircone est suffisamment radio-opaque pour contrôler l'adaptation cervicale, tout en n'étant pas source d'artefacts radiographiques au scanner ou à l'imagerie par résonance magnétique (IRM).

Propriétés biologiques

Les céramiques sont tolérées par l'organisme sans induire de réaction tissulaire biologique locale ou générale des tissus à leur contact. Mais au-delà de la simple tolérance biologique, la zircone permet la fixation des fibroblastes gingivaux à sa surface et, ainsi, la sécrétion de la fibronectine afin de créer une pseudo-attache épithéliale. La biocompatibilité des piliers en titane et en zircone est identique, avec une intégration tissulaire similaire et une adhérence bactérienne comparable, voire supérieure pour la zircone par rapport au titane.

Enfin, en raison de sa faible conductivité thermique, la zircone peut être utilisée sur dent vivante. Ce caractère isolant est dû à la présence de lacune d'oxygène au sein du matériau. Elle évite aussi les problèmes liés au polymétallisme.

Procédés de mise en forme

Le dioxyde de zirconium existe sous deux formes :

– la zircone frittée HIP (hot isostatic pressing) ;

– la zircone préfrittée.

En raison de sa grande dureté et de son retrait lors du frittage (uniquement calculable par des machines-outils), la zircone est un matériau uniquement usinable par conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) à partir de blocs. L'usinage des pièces prothétiques peut être réalisé avant ou après frittage. Cependant, la zircone déjà frittée nécessite un temps de fraisage plus long que celle qui ne l'est pas et conduit à des usures précoces du matériel d'usinage. C'est pourquoi l'usinage sous sa forme préfrittée est la solution privilégiée dans les laboratoires de prothèses. Le temps d'usinage en est réduit de plus de la moitié et la machine est soumise à moins d'efforts. Cependant, la moindre modification de la zircone après son frittage peut conduire à la création de fissures qui peuvent se propager et causer la fracture de la pièce prothétique, raison pour laquelle une planification et un réglage précis de la pièce sont nécessaires en amont.

Les différentes variétés de zircones disponibles permettent de les utiliser au niveau des secteurs antérieurs ou postérieurs, soit comme une armature recouverte d'une céramique cosmétique, soit pour une prothèse full zircone (réservée plutôt aux secteurs postérieurs du fait des qualités optiques de la zircone insuffisantes pour un résultat esthétique optimal).

La caractérisation des pièces prothétiques est donc réalisable de différentes façons. Les blocs peuvent être pré-imprégnés dans la masse pour la confection des chapes. Des couronnes monolithiques peuvent être caractérisées de façon plus précise par la technique dite des aquarelles (apport de colorants au pinceau). Cette technique permet, par l'utilisation de solutions contenant des ions métalliques, la caractérisation en surface avec l'ajout de glazure secondaire.

Un vrai travail d'émaillage sur l'infrastructure par l'utilisation de céramiques au coefficient de dilatation thermique proche de celui de la zircone peut être plus indiqué.

Ce recouvrement de surface présente comme avantage secondaire de limiter les phénomènes d'usure des dents antagonistes qui ont pu être signalés par certaines études et permet également de limiter la rugosité. La finition de surface influence positivement la réflexion de la lumière et, ainsi, l'intégration esthétique de la pièce.

Indications de la zircone en prothèse fixée

Zircone et restaurations partielles fixées

Les restaurations partielles fixées nécessitent une adhérence aux tissus dentaires et les zircones, en raison de leur structure cristalline pure, ne font pas l'objet d'un consensus concernant le mode d'assemblage. Le collage de la zircone semble cependant possible grâce à un nettoyage de l'intrados prothétique, à un sablage avec des particules d'alumine de 50 μm avec une pression réduite 0,05 MPa, suivi de l'application d'un agent de couplage – monomère phosphaté (Clearfil Ceramic Primer® ; Kuraray, Monobond Plus®, Ivoclar Vivadent) ou colle avec monomère phosphaté (Panavia®) – se liant chimiquement à la zircone sablée.

Complément 1
MATÉRIAUX D'ASSEMBLAGE DES RESTAURATIONS FIXÉES À BASE DE ZIRCONE

Différents matériaux sont à la disposition du praticien pour mettre en place des restaurations en zircone, tout en sachant que, le mordançage classique à l'acide fluorhydrique étant inefficace, il faut traiter l'intrados prothétique tribochimiquement (Rocatec™, 3M ESPE) et utiliser un matériau à haut pouvoir adhésif :

• les ciments verre ionomère modifiés par adjonction de résine (CVIMAR) ;

• les résines 4-méta (Super-Bond C&B®) ;

• les résines composites à base de phosphate dihydrogène méthacryloxydécyl (MDP) telles que la Panavia® (Kuraray) ;

• les composites automordançants (RelyX™ Uni-Cem™, 3M ESPE).

Indications de la zircone dans les restaurations périphériques sur dent naturelle

Quand l'indication de coiffe périphérique est posée, le praticien a à sa disposition un éventail de matériaux. Ce choix ne doit pas être fait de façon aléatoire mais selon des critères précis.

Type de restauration

Les exigences mécaniques ne sont pas les mêmes pour une couronne unitaire que pour une restauration plurale. Si les restaurations unitaires subissent uniquement des contraintes de compression ou de cisaillement, des forces de flexion s'ajoutent au niveau des connectiques des restaurations plurales.

Une gestion de l'aire de la connectique est à prendre en compte par le prothésiste afin de limiter les fractures de ces zones.

La zircone infiltrée d'oxyde d'alumine (InCeram Zirconia®) présente des résistances à la flexion de 700 MPa, soit 9 fois celle de la céramique feldspathique traditionnelle, ce qui en fait un matériau de choix pour les bridges postérieurs, avec une intégration esthétique comparable à celle d'un bridge céramo-métallique.

Des exceptions associant coiffe périphérique et restauration partielle peuvent être faites : c'est le cas de ce bridge de 3 éléments présentant un inlay sur 15, 16 étant élément intermédiaire, et une couronne sur 17. Posé il y a plus de 15 ans, il donne toujours satisfaction à la patiente (^fig. 2 et ³).

Restaurations esthétiques antérieures

À l'heure actuelle, les auteurs s'accordent à dire que l'ensemble constitué par la dent (couronne et racine) et la gencive forme une unité optique à part entière et que l'intégration de la restauration dépendra de ses capacités à en mimer le phénomène lumineux naturel. C'est le biomimétisme qui s'établit entre prothèse et substrat.

Face à des reconstitutions corono-radiculaires métalliques ou à des moignons dyschromiés, l'opacité naturelle de la zircone permet de gérer ces situations esthétiques complexes, sans perdre de vue l'importance de la microgéographie de la surface ainsi que l'influence de l'épaisseur du matériau. Au niveau antérieur sont privilégiées les armatures en zircone recouvertes d'une céramique feldspathique.

Les ^{figures 4} à ⁶ illustrent un cas clinique de couronnes céramo-céramiques avec armature en zircone sur 12, 13 et 14. La zircone a permis de masquer la couleur peu esthétique des inlay-cores en métal. Le patient porte ses prothèses depuis plus de 10 ans.

Restaurations postérieures

En postérieur, la priorité est donnée à la résistance mécanique, les exigences esthétiques n'étant pas aussi élevées que dans le secteur antérieur. Depuis McLean, nous savons qu'une céramique classique avec des valeurs de résistance à la flexion de l'ordre de 150 MPa est inadaptée pour restaurer des molaires. La zircone, avec une résistance à la flexion supérieure à 700 MPA, trouve donc là son indication.

État pulpaire

Le concept de gradient thérapeutique et de l'économie tissulaire oblige à considérer la conservation de la vitalité comme essentielle au même titre que la conservation de la structure dentaire résiduelle. Cet impératif est à mettre en parallèle avec les contraintes de préparation et les spécificités de la dent concernée.

Critères prothétiques

La conception des armatures en zircone doit prendre en compte quelques règles essentielles selon qu'il s'agit d'une prothèse monolithique ou d'une armature zircone recouverte d'une autre céramique. La gestion du design de l'infrastructure de la chape doit limiter les risques d'écaillage de la céramique (ou chipping) ainsi que les porte-à-faux.

La méthodologie actuelle repose sur :

– la présence de formes arrondies, exemptes de tout angle vif, et une épaisseur régulière de 1,5 mm dans le cas d'une structure monolithique ;

– la présence de formes arrondies, exemptes de tout angle vif, assurant le soutien de la céramique cosmétique dans le cas d'une armature ;

– une épaisseur homothétique entre 1 et 1,5 mm maximum pour la céramique cosmétique ;

– le renforcement si nécessaire, pour les restaurations plurales, de l'armature par un bandeau cervical palatin ou lingual ;

– la conception de connectiques de bridge aussi larges et hautes que possible en exploitant au maximum l'espace disponible : 9 mm² au niveau postérieur et 6 mm² au niveau antérieur, valeurs qu'il est conseillé d'augmenter de 30 % (soit respectivement 12 et 8 mm²) pour une connexion entre deux intermédiaires de bridge.

Ces épaisseurs de préparation doivent prendre en compte la nature et la coloration du pilier sous-jacent. Plus la chape est fine, principalement au niveau cervical, moins elle masquera le moignon comme dans le cas du liseré gris pouvant exister sur les prothèses céramo-métalliques.

Critères occlusaux

Dans le cadre de l'utilisation de la zircone, une attention particulière doit être portée à l'occlusion qui se doit d'être la plus équilibrée possible, privilégiant le guidage incisivo-canin et éliminant tout contact fort dans les trajets excursifs.

Dans le cas de parafonctions, de rapports squelettiques particulièrement défavorables et, surtout, d'une dimension verticale d'occlusion insuffisante, la zircone n'est plus indiquée et le praticien doit se tourner vers une autre solution.

Prothèse implanto-portée

Pilier en zircone

Le pilier en zircone présente un taux d'échecs par fractures équivalent à celui des piliers en titane et le dévissage, qui représente le principal problème des prothèses implanto-portées, est également similaire.

Couronne en zircone

Le design du pilier doit être compatible avec les contraintes du matériau et la réalisation de couronnes transvissées full zircone est possible.

La ^figure 7 présente le cas clinique d'une fracture de l'armature d'une couronne tout zircone transvissée sur implant qui s'est produite 1 an après la pose de celui-ci. Le patient ne présente pas de parafonction particulière. Les causes directes de la fracture peuvent être la finesse de la zircone au niveau de l'armature ou encore des charges occlusales non prises en compte, comme peut le laisser entendre la perte osseuse angulaire en distal sur cet implant.

INCONVéNIENTS DE LA ZIRCONE

Retouches

La zircone cristallisée a une tolérance aux retouches faible, le fraisage entraînant un risque de microfissures fragilisant le matériau. Si cela s'avère nécessaire, des fraises diamantées aux grains de 25 μm spécialement conçues pour la zircone permettent de faire ces corrections sous irrigation. Celles-ci doivent être suivies d'une cuisson de régénération au laboratoire.

Dépose de la prothèse

La dépose de la zircone est associée à une destruction de la prothèse. L'emploi de fraises spécifiques est nécessaire du fait de son extrême dureté.

Fracture cohésive de la céramique cosmétique

Ou chipping, c'est la complication mécanique la plus fréquemment rapportée. Il existe trois raisons de fracture : une cohésion entre la céramique cosmétique et la zircone d'ordre mécanique et non chimique, un soutien insuffisant de la céramique cosmétique par la chape et des coefficients de dilatation thermiques éloignés. Il serait préférable d'utiliser des céramiques cosmétiques avec un coefficient de dilatation légèrement inférieur à celui de la zircone (^fig. 8).

Usure de la dent antagoniste dans le cas d'une restauration monobloc

Les différents auteurs s'accordent sur le fait que plus que la dureté même du matériau, c'est l'état de surface et la qualité du polissage qui conditionnent le caractère abrasif ou non de la couronne. Comme les retouches, le polissage de la zircone est difficile même avec des instruments spécifiques.

Bridge

Les zircones actuelles permettent tous les types de prothèses, mais les zircones à structure cubique, qui possèdent une translucidité supérieure, doivent être réservées à des bridges de petite étendue (3 éléments) en raison de la diminution de leur résistance.

CONCLUSION

Les améliorations apportées à la zircone ces dernières années et sa biocompatibilité ont élargi ses indications. Sa mise en œuvre doit se faire selon des critères précis afin d'éviter l'écaillage de la céramique cosmétique, complication principale de ce type de restauration. La recherche tend à élargir ses indications, notamment avec les implants en zircone, sa structure chimique en faisant une solution intéressante en terme d'ostéo-intégration. Si la couronne monobloc est inadéquate au niveau antérieur, où la zircone sera utilisée uniquement en remplacement de l'armature métallique, elle présente des indications au niveau postérieur qui s'élargissent avec l'évolution de la CFAO semi-directe et même directe.

LECTURES CONSEILLÉES

• 1 Étienne O, Toledano C, Paladino F, Serfaty R. Restaurations tout céramique sur dents vitales. Rueil-Malmaison : CdP, 2011.
• 2 Landwerlin O, Le Goffe C. Intérêt du bridge monolithique « full zircone » en CFAO semi-directe. Strat Prothet 2016;16:165-175.
• 3 Lelièvre F. Paramètres essentiels pour la réalisation d'une prothèse céramo-céramique sur zircone. Strat Prothet 2016;16:377-383.
• 4 Millet C, Morgon L, Duprez JP. Restauration d'un cas complexe d'amélogenèse imparfaite. Cah Prothèse 2017;177:7-15.
• 5 Probster K, Reiss B, Wiedhann K, Kern M, Helfer M, Fages M et al. La zircone : un matériau d'avenir. Strat Prothet 2013;13:63-67.

Liens d'intérêts

Les auteurs déclarent n'avoir aucun lien d'intérêts concernant cet article.

Auteurs

Sonia Deschamps-Lenhardt

Nhat Minh Do

Cyril Perez

Internes en médecine bucco-dentaire.

Pôle médecine et chirurgie bucco-dentaire

Hôpitaux universitaires de Strasbourg

1, place de l'Hôpital

67000 Strasbourg.