Boîte à outils expérimentale et numérique pour le développement de composites dentaires plus durables – TOOTHBOX

Qui seront les bénéficiaires des résultats issus du projet ? A en croire les nombreuses lettres de soutien reçues (fabricants de composites, institut normatifs, formateurs ...) : tout le monde ! La carie dentaire est la pathologie la plus répandue. Le nombre annuel de restaurations dentaires est considérable et elles ont une durée de vie limitée. Le taux d'échec moyen est d'environ 2% par an. Un dentiste consacre autant de temps à réparer des restaurations défectueuses que de s’occuper de nouvelles caries. Quand un patient est impliqué dans un cycle de soin réparateur, il entre dans une spirale qui affaiblit sa dent. Le remplacement d’obturations dentaires défectueuses a récemment été évalué à 5 milliards de dollars par an aux États-Unis.
Quelles sont les raisons de cette situation dramatique ? La conception des composites dentaires est largement basée sur le savoir-faire des fabricants. Deux stratégies s'opposent à ce jour : les grands groupes tendent à privilégier la quantité (nombre de produits mis sur le marché) à la qualité, souvent au détriment des patients. Certains produits ont ainsi dû être retirés dans les années qui ont suivi leur mise sur le marché. A l’inverse, pour pouvoir accroître leurs parts de marché, les PMEs doivent limiter leur gamme et miser sur la qualité. Cette stratégie nécessite néanmoins des infrastructures de R&D coûteuses, auxquelles elles n’ont, pour la plupart, pas accès. C'est ce que nous souhaitons leur proposer à l’issue de ce projet. Les composites dentaires sont souvent préférés aux amalgames traditionnels. Ils présentent en effet de nombreux avantages (absence de mercure, esthétiquement proches des dents naturelles). Mais leur propension à se rétracter d’environ 3% en moyenne lors de leur polymérisation en fait des produits techniques délicats à manipuler et susceptibles, en cas de mauvaise utilisation, de compliquer la vie du dentiste et de son patient.
Quels sont les objectifs et les résultats potentiels du projet? Les propriétés physiques, thermomécaniques et physicochimiques des matériaux dentaires et des composites feront l’objet d’une campagne de caractérisation mécanique expérimentale. Des mesures in-situ au cours de la polymérisation vont permettre ensuite de déterminer comment les composites se comportent, notamment en terme de retrait. Afin de faciliter l’observation des phénomènes de décollement, il est prévu de concevoir une dent artificielle transparente aux rayons X. Un modèle éléments finis multiéchelle sera développé en vue de prédire le retrait en fonction du degré de polymérisation ainsi que les propriétés mécaniques des composites modélisés, en fonction de la fraction de charges et des propriétés mécaniques de la matrice. Les zones critiques dans lesquelles des fissures sont susceptibles d’apparaître seront identifiées. Une étude de sensibilité numérique sera enfin menée afin de déterminer par exemple la fraction de charges optimale nécessaire pour atteindre les propriétés souhaitées. Les résultats du projet seront disséminés auprès des entreprises et des praticiens, grâce notamment à une coopération avec des instituts normatifs qui ont manifesté leur intérêt pour nos travaux à travers leurs lettres de soutien.
Comment le consortium a-t-il été construit? La recherche dentaire et la mécanique sont des domaines a priori fortement différents. Nous avons choisi de réunir des experts issus de ces deux mondes afin de les faire travailler en totale synergie. Les chercheurs du LMI proviennent du domaine dentaire. Ils travailleront sur la caractérisation des matériaux composites dentaires. ARMINES-CEMEF apportera son expertise dans les domaines de la modélisation numérique des matériaux biologiques et de la modélisation de la rupture. Les microstructures 3D complexes telles que celles rencontrées dans les composites dentaires nécessitent le recours à des tomographes pour pouvoir être étudiées en profondeur. MATEIS amènera son expertise mondialement reconnue dans ce domaine.