2  -  Propriétés thermiques


Les propriétés thermiques du matériau interviennent à deux niveaux. D’une part, sur le comportement du biomatériau en bouche, même si les variations de température buccales semblent relativement limitées, et d’autre part, lors de l’élaboration d’une prothèse où les conditions thermiques seront plus élevées.

2 . 1  -  Expansion thermique, a

A proximité du 0 absolu, les atomes sont immobiles. Lorsque la température s’élève, cet apport d’énergie est transmis aux atomes sous forme d’énergie cinétique. L’agitation atomique qui en résulte entraîne un éloignement des atomes les uns par rapport aux autres. Ceci se traduit macroscopiquement par une dilatation du corps.
Cette dilatation, lorsque la température d’élève, ou contraction lorsque celle-ci s’abaisse est mesurable expérimentalement. Elle est exprimée par le coefficient d’expansion thermique (CET) lié à la nature du corps étudié.
Pour un matériau isotrope, c’est à dire possédant un comportement identique dans toutes les directions de l’espace, nous pouvons exprimer ce coefficient par la formule suivante ;

Coefficient d’Expansion Thermique linéaire :

                                                                             α= Lfinale_Loriginale / Loriginale x Δ°c    =   ΔL / Lo x Δ°C

                                                       
La conséquence immédiate de l’existence de coefficients d’expansion thermique différents entre matériaux est le risque présenté par l’association en bouche ou au laboratoire de ces matériaux.
Les obturations en bouche doivent idéalement suivre le CET de la dent ou leur liaison aux structures dentaires doit être suffisante pour compenser une éventuelle différence de coefficient.

Dans le tableau 2, les coefficients de différents matériaux d’obturation sont rapprochés de ceux des structures dentaires.

Tableau 2 : Coefficient d’expansion thermiques des matériaux d’obturation et de la dent
Matériau CET (10-6.C-1)
  Amalgame d’argent   20,0 à 30,0
  Composite   30,0 à 40,0
  Résine acrylique   90,0
  Porcelaine feldspathique   6,0 à 8,0
  Ciment ionomère de verre   10,0
  Sealant   70,0 à 100,0
 
 
  Email 11,4
  Dentine   8,0

Le comportement de ces matériaux peut être, au cours de l’alimentation (avec de faibles variations de température mais répétées dans le temps), à l’origine d’un phénomène de percolation au niveau du joint obturation/dent. 

Dans la technique céramo-métallique, il convient d’harmoniser les coefficients d’expansion thermique de la céramique avec celui du substrat métallique. Ceci s’effectue en augmentant le coefficient de la céramique feldspathique de 6 à 8 10-6.C-1 jusqu’à une valeur comprise entre 13 et 15 10-6.C-1 pour les harmoniser aux coefficients des alliages à céramiser (alliages NiCr, CrCo, précieux base Or ou base Pd). Le développement en odontologie du titane dont le coefficient de dilatation (9,0 10-6.C-1) est inférieur à celui des autres alliages dentaires a conduit les fabricants à créer de nouvelles poudres céramiques. Cette harmonisation entre substrat et revêtement permet d’éviter le décollement ou la fissuration de la céramique lors du refroidissement en fin de cycle de cuisson (de 600 à 900°C selon les céramiques jusqu’à retour à température ambiante).

2 . 2  -  Conductivité thermique, K

C' est la quantité de chaleur évaluée en calorie par seconde passant à travers un corps d’un centimètre d’épaisseur de section de 1 cm2 lorsque la différence de température entre la face chaude et la face froide est de 1°C. L’unité retrouvée dans toute la littérature odontologique est bien la calorie par centimètre, par seconde et par degré (cal. cm-1.s-1.°C-1). L’unité du système internationale (W. m-1. K-1) n’est que très rarement utilisée.

L’organe pulpaire ne supporte pas d’élévation de température excessive. Celle-ci se traduit dans un premier temps par une douleur, puis par des lésions irréversibles de cet organe. Heureusement, les structures dentaires, par leur faible conductivité thermique, permettent d’amortir ces variations de température. Cependant, lorsqu’une obturation métallique comme un amalgame d’argent ou un inlay en or a été réalisé, la quantité de chaleur transférée peut devenir rapidement douloureuse et destructrice. Le tableau 3 présente quelques valeurs pour des matériaux d’odontologie restauratrice.

Tableau 3 : Conductivité thermique des matériaux d’obturation et de la dent
Matériau Conductivité thermique K (cal. cm-1.s-1.°C-1)
Email  2,2
Dentine  1,4
   
Amalgame  54,0
Alliage Au-Ag-Pd  300,0
Hydroxyde de calcium  1,4
Ciment ionomère de verre  1,5
Composite  2,6

Lorsqu’une obturation sur une dent pulpée est réalisée avec un matériau métallique, il convient d’évaluer la hauteur du plafond de dentine séparant l’obturation de la chambre pulpaire. Quand cette épaisseur apparaîtra réduite, soit inférieure à deux millimètres, il conviendra de procéder à la mise en place d’un matériau de base servant d’isolant thermique, comme un ciment ionomère de verre.

2 . 3  -  Diffusivité thermique, Delta

La diffusivité thermique Δ exprime l'aptitude d'un corps à transmettre la chaleur. Plus la chaleur met un temps élevé à traverser un corps et plus sa diffusivité est faible.

Elle est en fait le rapport entre la conductivité thermique d’un corps et sa chaleur spécifique (Cp, quantité de chaleur nécessaire pour élever une masse donnée d’un matériau de 1 degré).

                                                          Δ = K/Cpρ

K     = conductivité thermique
Cp  = chaleur spécifique
ρ     = densité

Cette propriété nous permet de comprendre la vitesse à laquelle la température en profondeur d’une obturation ou d’un élément prothétique rejoindra la température de surface.

Figure 1 : Diffusivité thermique de différents matériaux dentaires (, mm2/S)


Ainsi, grâce à la connaissance de cette propriété, nous pouvons prévoir et comprendre les sensations de chaud et/ou de froid et évaluer les risques de choc thermique avec certains matériaux d’obturation. Un fond de cavité en ciment verre ionomère permet de limiter ce risque sous une obturation métallique.

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