Résistance à la fatigue en rotation et résistance en flexion de huit matériaux résineux, composites et acétals

Thèse
présentée à la Faculté de Médecine de l'Université de Genève
pour obtenir le grade de Docteur en Médecine dentaire

par

Viviana COTO HUNZIKER

(de Oberkulm / Suisse)

sous la direction du
Pr Urs Belser

Thèse n^o Méd. 618

Genève, 2002

Je remercie chaleureusement toutes les personnes qui m'ont aidé à la réalisation de ce travail.

Et en particulier :

Tout d'abord le Professeur Urs Belser, chef de la division de prothèse conjointe et d'occlusodontie, pour l'appui et la confiance accordés pendant toutes ces années au sein de son équipe.

Le Docteur Susanne Scherrer, pour ses conseils, aide et collaboration inestimables dans la réalisation de ce travail.

Le Docteur Anselm Wiskott, pour avoir guidé mes premiers pas dans cette étude.

Les fabricants, pour la mise à disposition des différents matériaux.

Madame Chantal Godin, technicienne de laboratoire chez le Professeur Jean-Marc Meyer, pour son aide dans le test en flexion.

Madame Marie-Claude Reymond, laborantine chez le Professeur Ivo Krejci, pour son assistance dans la réalisation des images au microscope électronique à balayage.

Messieurs Michel Bertossa et Jean-Jacques Rossier, techniciens-dentistes, pour leurs précieux conseils.

Les Docteurs Thierry Doumas, Fabrice Macheret et Nikolaos Perakis pour leurs recommandations avisées.

But : Des nouvelles résines composites ont été développées pour la confection des couronnes et ponts comme alternative aux restaurations conventionnelles céramo-métalliques. Le but de cette étude est de caractériser mécaniquement ces matériaux en déterminant leur limite moyenne de fatigue ainsi que leur résistance à la flexion.

Méthode : Les matériaux testés étaient: 1. résines composites pour restaurations à long terme (Artglass®, Colombus®, Targis®), 2. résines pour restaurations temporaires (Jet®, Protemp II®, Protemp Garant®, Provipont DC®) et 3. une résine acétallique pour crochets en prothèse adjointe (Ertacetal®). Le test en fatigue utilisé était celui d'un cylindre en porte-à-faux (cantilever beam) soumit à 10⁶ cycles et 16.7 Hz. La méthode de l'escalier a été utilisée pour déterminer la limite de fatigue (à 50%).

La résistance en flexion a été mesurée en trois-points à 0.5 mm/min sur des barres (25 x 2.5 x 2.5 mm³). La distribution de Weibull a été utilisée pour l'analyse statistique.

Résultats : Limite de fatigue en MPa : Targis® (62.1 ± 7.0), Artglass® (58.5 ± 3.7), Colombus® (54.6 ± 6.2), Ertacetal® (60.5 ± 3.3), Provipont DC® (29.5 ± 3.2), Protemp II® (23.1 ± 5.3), Jet® (22.8 ± 8.3), Protemp Garant® (19.6 ± 4.6). Résistance caractéristique (S₀) de Weibull en flexion [MPa] et valeur m correspondantes : Colombus® (145.2; 13.1), Targis® (110.3; 7.8), Artglass® (95.9; 5.4), Jet® (150.9; 17.3), Provipont DC® (97.3; 23.8), Protemp II® (57.9; 6.4), Protemp Garant® (54.2; 12.8). La limite de fatigue des résines composites se situait entre 40 et 60% de celles en flexion.

Implications Cliniques : La caractérisation mécanique et l'ordre de classement des produits sur la base des résultats de résistance en flexion peuvent être trompeurs si on compare avec les résultats en fatigue.

Cette recherche signale qu'un matériau peut montrer de bonnes performances dans un test statique mais se dégrader rapidement lors de l'application de contraintes cycliques (fatigue). Le clinicien devrait connaître les performances mécaniques avant de choisir un produit de restauration.

Objective : New composite resins have been developed for crown and bridge restorations as an alternative to conventional metal-ceramic solutions. The purpose of this study was to mechanically characterize these materials by determining their mean fatigue limit as well as their flexural strength.

Methods : The materials tested were: 1. composite resins for long term restorations (Artglass®, Colombus®, Targis®), 2. resins for temporary restorations (Jet®, Protemp II®, Protemp Garant®, Provipont DC®) and 3. acetal resin for partial denture clamps (Ertacetal®).Fatigue testing used the cantilever rotating beam method for one million cycles at 16.7 Hz and the staircase method. Flexural strength testing in three-point bending was performed after one week storage in water at 0.5 mm/min on 25 x 2.5 x 2.5 mm³bars. Data were analyzed using mean fatigue limits at 50% with corresponding confidence intervals and the two-parameter Weibull distribution for the flexural strength results.

Results : Mean fatigue limits in MPa: Targis® (62.1 ± 7.0), Artglass® (58.5 ± 3.7), Colombus® (54.6 ± 6.2), Ertacetal® (60.5 ± 3.3), Provipont DC® (29.5 ± 3.2), Protemp II® (23.1 ± 5.3), Jet® (22.8 ± 8.3), Protemp Garant® (19.6 ± 4.6). Weibull characteristic flexure strengths in MPa (S₀) and m values: Colombus® (145.2; 13.1), Targis® (110.3; 7.8), Artglass® (95.9; 5.4), Jet® (150.9; 17.3), Provipont DC® (97.3; 23.8), Protemp II® (57.9; 6.4), Protemp Garant® (54.2; 12.8). The fatigue limits for composite resins were ranging between 40 and 60% of their flexural strength values, those for temporary resins between 15% and 70%.

Significance : Mechanical characterization and ranking based on flexural strength data alone may be misleading when compared to the material's fatigue response. This research pointed out that some materials may perform well in non stressed situations but degrade rapidly when fatigued. Clinicians should be aware of the material's performances before choosing a restorative product.