Amalgames: évolution, propriétés mécaniques, électrochimiques et biologiques

1. GENERALITES

• Définition: all. métallique (poudre Ag,Sn,Cu: limailles ou sphères)+ Hg (seul métal liquide à t°ambiante).

• Matériau très utilisé‣ champ d’indication large‣ tolérance à la manipulation‣ espérance de vie (10 ans)‣ formation aux mat. adh. insuffisante‣ cout ∺ qualité et longévité restauration

• 1836: Taveau propose l’amg d’Ag (all binaire Ag-Hg)• 1896: Black définit composition d’un alliage amg et cavités⇒normes ADA 1926• 1975: all. non ɣ2 ᵩ dispersées puis HCSC (R corrosion, fluage), particules sphériques (↘Hg )

• Critiques, de moins en moins utilisé dans les facultés‣ absence d’adhésion (pas de mouillage)‣ dégradation dans le milieu buccal (corrosion, fluage: d’orig méc, se déforme et

remonte sur les bords de la cavité)‣ aspect inesthétique‣ conducteur thermique‣ biocompatibilité

• années 80: polémique sur la toxicité du Hg qd mise en oeuvre, restauration (appareils de me-sure)

• Hg: 40 à 50% amg→39,40%, moins toxique lorsqu’il est allié. • Effets systémiques du Hg: neuro, néphro, reproduction. LSD: hyperexcitabilité, tremblement.• Voies de contamination (Toumelin 2007):

‣ peau de chamois‣ renversement de flacon‣ amalgamateur défectueux‣ insertion, condensation, modelage, polissage, dépose‣ intr contaminés‣ déchets et capsules (séparateur d’amg)

• Restrictions: femmes enceintes, maladie rénale• Conseil supérieur d’hygiène publique de France:

‣ capsules‣ recueil des déchets‣ séparateurs‣ masque, gants‣ fraisage sous spray et aspiration‣ digue‣ polissage: spray d’eau avec faible pression‣ amg non ɣ 2‣ locaux ventilés sans parquet ni moquette

2. CATEGORIES MORPHOLOGIQUES DE POUDRES D’ALLIAGES

• influencent propriétés amg via composition chimique, granulométrie, état de surface.

2.1. POUDRE DE LIMAILLES• métal fondu→lingot→tr d’homogénéisation sous le liquidus (400°C,diffusion)• refroidissement: vitesse calculée. Si Ag Sn: ᵩ β ou ɣ suivant vitesse• copeaux puis recuit pour éliminer contraintes (sinon var.vol. après prise)• tamis pour granulométrie• éventuel tr. surface par acide pour ➚ réactivité

2.2. POUDRE SPHERIQUE• atomisation du métal fondu, gouttelettes (refroidissement rapide sous jets d’eau) ou sphères

(refr lent sous argon dans colonne de pulvérisation)• contrôle précis de la granulométrie• traitements thermiques d’homogénéisation + lavages acides

2.3. TAILLE DES PARTICULES• Granulométrie importante= cinétique de prise lente (cf surface développée des grains < par ∺

masse)• Granulométrie faible: expansion↘• ⇒ act. partic. petites ou moy. mélangées (5 à 100μ, moy 15 à 35μ): prise et R ⊕

2.4. COMPARAISON LIMAILLES/SPHERES• Sphérique:

‣ néc. moins de Hg car étalement plus facile, cinétique de prise augmente même si SD<copeaux.

‣ tps prise<: désav. au niveau manip. mais moins de risque de fracture après 1h.‣ modelable: R friction <.

2.5. POUDRES MIXTES• Act.: mélanges limailles-sphères ou sphères-lim: compromis manip. et propr.

3. LES DIFFERENTS ELEMENTS ET LA REACTION DE PRISE

3.1. LES DIFFERENTS ELEMENTS

• Ag: ‣ 40 à 70% composition, + Hg= ɣ1‣ R méc

• Sn: ‣ 22 à 30 % max, +Hg=ɣ2‣ amalgamation, plasticité, ↘expansion et tps de prise‣ ⊝ mécanique, électrochimique

• Cu: ‣ 2 à 40%‣ se combine à Sn pour améliorer ⊝: ɳ’ pour éviter ɣ 2, précipités

• Zn: ‣ <2%‣ controversé: ➚ expansion prise‣ désoxydant lors coulée: s’unit à oxygène⇒↘corrosion initiale et intégrité marginale

• Pfois composants mineurs: Pd/In...• Ce sont les propriétés des phases binaires qui influent sur les propriétés des amg

3.2. LES DIFFERENTES PHASES

• 1) Diagramme Ag-Sn (schéma)• Amg modernes basés su Ag3Sn: limites de composition très étroites • Si Sn>26.8% en poids: ɣ+ Sn→Sn se combine à Hg

• α: inutilisable, expansion ++ avec Hg• β: idem car cristaux hétérogènes• ɣ : Ag3Sn est la seule utilisable (+ 300mV)•• 2) Diagrammes Ag-Hg et Hg-Sn expliquent la prise (schémas: pas à connaître)• ɣ1: Ag2Hg3 (terminologie dentaire)• ɣ2 Sn7Hg ou Sn8Hg, struct. hexagonale (- 250 mV)• Hg: Tf= -38.9°c, plus d’affinité pour Ag que pour Sn

• Si Hg> 46% : ɣ2 se forme qque soit le type d’amalgame

• 3) Après mélange l’amg est basé sur le système Ag-Hg-Sn (ternaire)

• 4) + Cu pour ➚ Résist., sous la dépendance de Ag-Cu (eutec) et Sn-Cu (transfo périct)• ɛ: Cu3Sn• ɳ’: Cu6Sn5 (-180mV)

3.3. LA REACTION DE PRISE

• mat plastique après trituration→ durcit progressivement après condensation. 3 ᵩ:• Imprégnation: diffusion à l’état solide via lacunes (Hg dans all, Ag et Sn dans Hg)• Amalgamation: début R chim Hg et all, formation d’une structure cristalline avec pls ᵩ (dissolu-

tion puis précipitation puis cristallisation)• Cristallisation: durcissement

4. LES DIFFERENTS AMALGAMES

4.1. AMALGAMES CONVENTIONNELS (Cu<6%)

‣ Composition: ‣ Ag (63-70%) Sn (26-28%) et Cu (ternaires) évt + Zn 0-2% (quaternaires)‣ ɣ et β + pas ou peu ɛ‣ souvent limailles

‣ R prise: ‣ ɣ + Hg → ɣ1 70%, stable corrosion + ɣ2 10% instable corrosion + ɣ 20% résiduel

‣ ɣ1 en premier (affinité Ag), CFC: matrice, cohésion‣ plus il y a de Hg, moins il reste de ɣ

‣ Propriétés‣ mécaniques↘‣ fluage ➚‣ corrosion➚‣ modif taille et forme partic améliorent mais résultats limités

4.2. AMALGAMES A HAUTE TENEUR EN Cu

4.2.1. A PHASES DISPERSEES

‣ Composition: ‣ 1963: poudre conventionnelle (limaille)+ all. eutectique Ag-Cu (sphér) (72-28%)‣ Cu 9 à 20% en poids (min 12%)

‣ R prise: ‣ 1) ɣ + Hg → ɣ1 + ɣ2 + ɣ ‣ 2) AgCu + ɣ2 →ɳ’+ ɣ 1

‣ ɣ2 est éliminée pendant le durcissement‣ Propriétés

‣ ➚ propr méc (précipités d’E >, bloquent dislocations)‣ disparition quasi totale de ɣ2 en une semaine⇒➚propr méc, ↘corrosion‣ fluage ↘

4.2.2. HCSC (High Copper Single Composition)

‣ Composition: ‣ 1974: particules homogènes Ag (40-60%)-Sn (22-30)-Cu(13-30)(Cu incorporé

lors de la fonte du lingot)‣ Composition métallurgique de la poudre= ɣ + ɛ

‣ R prise:

‣ ɣ + ɛ + Hg → ɣ1 + ɳ’ + ɣ + ɛ résiduels

‣ particules limailles: formation temporaire de ɣ2‣ particules sphères: Sn réagit directement avec ɛ pour donner ɳ’

‣ Propriétés‣ ➚ propr méc (précipités d’E >, bloquent dislocations)‣ bonne R corrosion‣ fluage négligeable

1. CLASSIFICATION AFNOR

‣ type 1: all. ternaires à faible teneur en Cu‣ type 2: all. à haute teneur en Cu, se rapprochant dispersion de phase‣ type 3: all. à haute teneur en Cu, composition unique‣ type 4: all. de composition originale ou contenant d’autres composants

2. LES PROPRIETES PHYSIQUES

2.1. VARIATIONS DIMENSIONNELLES En plus du choix des composants (Ag et Cu ➚, Zn et Sn ↘) et du traitement thermique (➚expansion, origine inconnue) lors de la fabrication des poudres:

2.1.1. AU COURS DE LA PRISE- norme: -0,15 à +0,2%

‣ Amg modernes: contraction car ɣ1<vol initiaux Ag et Hg sauf si Hg >>⇒ expansion‣ Partic petites (porosités s’éliminent + facilement, réactivité ➚ d’où ɣ↘ et retrait➚),

trituration ➚ (méc), condensation ➚(élimination Hg sauf pour sphériques), favori-sent retrait.

2.1.2. INFLUENCE CONTAMINATION

‣ Si Zn, contamination sang ou salive entraîne expansion après 3 jours qui peut se poursuivre des mois: dégagement d’H2 ⇒pression, douleurs pulpaires et dégradation marginale ou expansion si prise lente.

2.1.3. VARIATIONS THERMIQUES

‣ α 22 à 28 10-6/°C, dentine 8,3 et émail 11,4

2.1.4. CONSEQUENCES

‣ Amalgame rigide ⇒ conséquences accentuées. Dégradation marginale, si expansion, douleurs pulpaires, fractures.

2.2. CONDUCTIVITE THERMIQUE

‣ 13X < or, 20X > composite, 37X > dentine ⇒ mvts hydrodynamiques vers la pulpe ⇒liner

3. PROPRIETES MECANIQUES

3.1. DURETE‣ Compatible avec dent et or.‣ + durs au centre (+ de phase ɣ 2, la moins dure, en périphérie)‣ Dureté Vickers 300g 24 h (HVN): environ 100.

Conv (100)< ᵩ disp(130 < HCSC(160)

3.2. RESISTANCE EN TENSION‣ environ 60 MPa‣ ɣ très supérieure à ɣ1 et ɣ2 ⇒ ↘ Hg‣ ⇒favoriser sphériques, éviter très petites particules, condensation

3.3. RESISTANCE EN TRACTION (DIAMETRALE)‣ Fction du tps écoulé, environ 50 MPa sur 7 jours ‣ HCSC: résistance à la traction précoce‣ ↘taille partic, ➚Cu,↘Hg,↘trituration, ➚condensation: ➚R

3.4. RESISTANCE EN COMPRESSION‣ ➚ avec le temps‣ HCSC 2X > conv, résistance précoce

3.5. FLUAGE‣ Déf: déformation plastique progressive et irréversible qu’un corps subit dans le temps,

sous charge cste inférieure à la limite d’élasticité.‣ Origine:

‣ glissement grains et disloc (ɣ2 grande déform plast ⇒ ɳ’)‣ Conséquences:

‣ aplanissement contacts‣ surcontours‣ débordements marginaux‣ fractures

‣ Facteur essentiel: t°, proche du solidus de certaines phases

‣ Mesure au niveau cylindre sous charge cste 7j‣ HCSC min 100 X> conv (6%) et 9X> ᵩdisp: doit être < 3%

‣ Facteurs: nature alliage (not. présence ɣ2), taille partic (mieux grandes), forme (mieux sphères), tr therm, Hg, condensation (ultrasonore augmente)

4. RESISTANCE A LA CORROSION

4.1. CORROSION ELECTROCHIMIQUE ‣ dégradation en profondeur ≠ corrosionchimique: ternissement surface < sulfu-

ration de Ag.

‣ Salive= milieu électrolytique‣ Amg= ≠ phases, ≠amgs, âge‣ Couple d’aération différentielle‣ Couplages galvaniques‣ Aires relatives

‣ courant pour HCSC 35X< conv

4.2. FACTEURS INFLUENCANT LA CORROSION‣ ɣ 2: pot. le plus bas, la plus attaquée par piqûre. ɣ2+ O2→oxydes et sels Sn + Hg

libre ⇒ Hg libre + ɣ →ɣ1 + ɣ2 !!!‣ ɣ peu attaquée‣ ɣ1 la plus noble (pellicule protectrice de sels d’Ag)

‣ Importance du polissage‣ Zn générateur corrosion

‣ conséquences‣ détérioration marginale‣ coloration dentine (sulfures Ag, Sn, Zn)‣ tatouages (sels Ag et Sn)

‣ ⊕ colmatage surface, effet anti-bactérien oxydes (de Cu)

4.3. EVALUATION DE LA CORROSION (schémas, cf question corrosion)‣ courbes potentiel-temps / potentiodynamiques

5. PROPRIETES BIOLOGIQUES: TOXICITE DES AMALGAMES‣ Hg quand condensation, polissage, dépose‣ Dose toxique??? INRS vapeurs et sels 0.1mg/m3 toxique vs 85 à 325μg/m3. Lo-

caux: toxique quand exposition vapeurs toute la semaine 8h par jour.‣ amg frais= 25% apport journalier alimentaire, vieilli= 1/20ème.‣ valeurs dans le sang LSD< limites admises.‣ Pas de preuve scientifique: problème écologique ! (séparateurs)‣ allergie: lichen plan ?

6. QUALITE DES RESTAURATIONS A L’AMALGAME

6.1. FABRICANT‣ Composition:

‣ Cu➚ (cf fractures marginales)‣ ≠ Zn

‣ Taille des particules et forme: ‣ pas trop petites (cf fractures marginales)‣ particules sphériques: meilleure condensation ⇒ mélange

‣ Présentation alliage‣ Tr. thermiques

6.2. OPERATEUR‣ Choix alliage‣ ∺ Hg: capsules (1/1 ou >)‣ Trituration XXX: surtrituration ➚ tps de travail, sph. tps trituration + court‣ Condensation 30 à 40 N (ni trop fort ni trop peu !), petits apports (cf porosités, trop

peu de ɣ)‣ Brunissage: ➚ adaptation et poli mais couche riche en mercure‣ Polissage: limite corrosion, élimine couche riche en mercure

6.3. CAUSES D’ECHEC‣ Caries II (70% remplacements)‣ Fractures de l’amg‣ Fractures dent‣ Détérioration marginale