le fil orthodontique
Le plus souvent,pour stocker l’énergie qui servira à provoquer le déplacement dentaire, nous utilisons ,sous la forme de fils actifs ,des métaux que nous utilisons aussi sous forme de fils passifs, pour empêcher certains mouvements dentaires .il importe donc de rappeler pour les métaux ,les propriétés que l’orthodontiste utilise ,en insistant sur les procèdes qui permettent de les modifier pour en mieux tirer parti.
2. Définition :
Un fil orthodontique est constitué par un brin ou par l’assemblage de plusieurs brins d’alliage.
Il est destiné à provoquer, guider ou empêcher le déplacement dentaire.
Le choix du fil le mieux adapté à chaque situation orthodontique dépend de la connaissance des propriétés des fils orthodontiques et des procédés qui permettent de les modifier. ce choix dépend aussi de la section, la longueur et la composition du fil.
3. Historique :
Historiquement très peu d’alliages ont été utilisés pour les fils orthodontiques.
Les alliages d’or avec des pourcentages de 15 à 65% d’or ont permis de faire varier le coefficient d’élasticité en maintenant l’aptitude au pliage à la pince et l’exercice des forces légères.
Les aciers inoxydables ont fait leur apparition après la deuxième guerre mondiale.
Très rapidement les modules d’élasticité élevés ont amené les praticiens à utiliser des diamètres de fils plus petits à la suite des résorptions radiculaires observées.
4. Propriétés mécaniques des alliages :
4.1. Propriétés élastiques :
Elasticité :
C’est la propriété que possède un métal déformé momentanément par l’action d’une force extrême, de retrouver sa forme initiale dés que la force à cesser d’agir.
La limite élastique :
C’est la plus grande contrainte à laquelle un fil peut être soumis sans subir une déformation permanente.
Elasticité en traction :
C’est l’allongement d’un fil sous l’effet d’une force parallèle à l’axe du fil, le fil reprend sa forme dés que la force cesse.
Elasticité en torsion :
C’est la propriété que possède un fil tordu de reprendre en se tordant, sa forme initiale quand la force à cesser d’agir.
Elasticité en flexion :
Propriété d’un fil encastré à l’une de ses extrémités de reprendre sa forme initiale quand la force qui le fléchit à cesser d’agir.
Facteurs influençant l’élasticité :
Ils sont multiples :
· Forme du fil
· Longueur du fil
· Diamètre du fil
· L’alliage utilisé
· Largeur des attachements
· Longueur des espaces inter attachement
4.2. Propriétés plastiques :
Une grande capacité plastique nous permet de donner la forme que nous voulons au fil (boucles…) sans que le fil se fracture.
a) Ténacité :C’est la résistance à la rupture au delà de la limite élastique.
b) Dureté :C’est la résistance à la pénétration (un état de surface).
c) Malléabilité :C’est la facilité à façonner le fil.
d) Fragilité :C’est l’opposé de la ténacité, un matériau fragile peut se fracturer avant ou après sa limite élastique.
e) Ductilité :c’est la possibilité pour un matériau de supporter une déformation permanente, sous une charge de traction, sans rupture.
f) Résilience :C’est la résistance au choc.
5. Traitement mécanique et thermique des alliages :
Malheureusement les fils facile à travailler possèdent une limite d’élasticité peu élevée, il y a donc antagonisme entre le désir du praticien des fils les plus élastique possible, et la nécessité de les façonner, une situation est utilisée, c’est le traitement mécanique et thermique.
5.1. Traitement mécanique :
L’écrouissage :
C’est l’élévation de la limite élastique d’un alliage en lui faisant subir des contraintes maximales plus grandes à la limite élastique. Le stade de déformation élastique s’étend aux dépens du stade de déformation plastique. Ceci peut aller jusqu’à obtenir une limite élastique confondue avec la résistance à la rupture. Toute contrainte réalise une déformation élastique ou la rupture.
5.2. Traitements thermiques :
Le recuit :
Le terme recuit est synonyme de réchauffage.
-Pour un échantillon métallique dont la limite élastique est élevée par un traitement mécanique (laminage, tréfilage, pliage à la pince) cette élévation peut ensuite être éliminée par un traitement thermique (recuit), Selon l’alliage, l’effet du recuit est différent.
-Cependant les qualités d’élasticité peuvent être augmentées par un recuit thermique selon 3 procédés classiques :
-Le recuit au four à 482°C pendant 7à12 min et trempe à l’eau froide.
-Le traitement thermoélectrique sur la soudeuse avec une patte s’enflammant au seuil de la T° du recuit.
-Le recuit est la flemme d’un briquet ou d’une allumette, jusqu’au rouge sombre
La trempe :
C’est le refroidissement rapide d’un produit métallique après qu’il soit chauffé au rouge. Selon l’alliage, l’effet de la trempe est différent. Par exemple, après trempe :
- Or pure la limite élastique reste identique.
- Acier la limite élastique est élevée.
-Alliage type or-cuivre la limite élastique est abaissée.
Le revenu :
Si l’alliage est maintenant chauffé à la température de trempe et refroidi lentement, il récupère la structure et les propriétés normalement présentés à l’ambiante.
Ce traitement thermique est le revenu qui, pour un acier trempé, correspond à une baisse de la limite élastique et pour un alliage du type or-cuivre correspond à une élévation de la limite élastique.
L’homogénéisation :
Soit un fil d’acier façonné à la pince pour faire un arc des boucles, les zones qui auront été travaillées auront subi des contraintes plus importantes que les zones moins travaillées, réalisant ainsi des dis-homogénéisations du fil.
Si le fil d’acier est passé au four à 450°C pour 2 à 3 minutes, il se produit, d’une part, une homogénéisation des contraintes à l’intérieur du métal et, d’autre part, la déformation subpermanente est en pratique complètement réalisée, si bien que si l’arc est corrigé à la sortie du four, sa dimension sera parfaitement stable.
6. Propriétés physiques du fil orthodontique :
6.1. Rapport charge flexion
Représente l’amplitude de la force délivrée par l’appareil. Ce rapport est proportionnel au module de résilience.
• Un rapport force/déflection bas représente la caractéristique d’un fil d’appliquer des forces qui sont constantes dans l’espace et le temps, ce qui réduit les erreurs pouvant survenir lors de l’activation.
• Plus simplement, il s’agit du rapport entre la force qu’il faut exercer pour déformer et l’amplitude de la déformation.
• Il est fonction de la longueur du fil, du diamètre du fil et du module d’élasticité de l’alliage en présence.
la pente de la droite représente le rapport charge /flexion, ce rapport caractérise l’élasticité de l’arc puisqu’il exprime la force qu’il délivre par millimètre d’activation. Pour un fil donné, ce rapport dépend évidemment du module d’élasticité de l’alliage qui a servi à confectionné le fil.
Mais il dépend aussi des caractéristiques géométriques du fil testé. Le rapport charge /flexion augmente comme la puissance 4du diamètre d’un fil rond, ou comme la puissance 3 de l’épaisseur d’un fil rectangulaire de largeur constante.
Pour un fil donne, de de section déterminée, le rapport charge /flexion diminue comme la puissance 3 de la distance séparant le point d’attache et le point où est délivré la force.
Le rapport charge /flexion ne change pas, ni avec l’écrouissage, ni avec les traitements thermiques, puisque ceux-ci n’affectent évidemment pas les caractéristiques géométriques du fil et que, nous le savons, ils ne modifient pas le module d’élasticité de l’alliage utilisé.
6.2. La charge maximum :
Le point d’inflexion (A) du diagramme de la figure marque la limite ou la force délivrée par l’arc cesse d’évoluer proportionnellement a l’activation. Ce point d’inflexion marque donc la limite de la zone de déformation élastique de l’arc et correspond a la charge maximum qu’il peut subir sans présenter une déformation permanente.
La valeur de cette charge maximum varie évidemment avec la limite élastique de l’alliage dont est fabriqué le fil elle varie donc sous l’influence de l’écrouissage et des traitements thermiques.
Mais cette valeur de charge maximum dépend aussi des caractéristiques géométriques du fil. La charge maximum augmente comme le cube du diamètre du fil pour un fil rond ou comme le carre de l’épaisseur d’un fil rectangulaire de largeur constante.
Pour un fil donné, de section déterminée, la charge maximum diminue proportionnellement a la distance séparant le point d’attache du fil et le point ouest délivrée la force.
6.3. Déflexion maximum :
La déflexion maximum correspond à l’activation maximum possible sans déformation permanente. Elle dépend a la fois de la charge maximum et du rapport charge /flexion.
Elle est d’autant plus grande que la charge maximum est élevée et que le rapport charge /flexion est faible. Elle varie donc dans le même sens que le module de résilience du métal qui compose le fil et comme lui mesure l’aptitude du fil a résister sans déformation aux impacts.
La déflexion maximum diminue comme le carré de la distance séparant le point d’attache du fil et le point ou est délivré la force.
7. Propriétés désirables d’un fil orthodontique en vue de mouvements dentaires :
Ø Limite élastique élevée
Ø Rapport force/déflexion bas
Ø Capacité plastique élevée
Ø Module de résilience élevé
Ø Biocompatibilité et stabilité dans l’environnement
Ø Friction faible
Ø Capacité de liage
Les propriétés désirables varient selon la situation clinique.
8. Etude des fils orthodontiques actuellement existants :
8.1. Les fils orthodontiques à base de fer :
8.1.1. Les fils à base de fer monobrins :
A partir de 1936, pour des raisons économiques, l’acier inoxydable remplace l’or dans la fabrication des fils orthodontique. Les aciers inoxydables couramment utilisés en orthodontie contiennent approximativement 18% de chrome, 8% de nickel et moins de 0,2% de carbone.
- De par son grand taux « force/déflection », ce fil ne peut-être utilisé que pour l’alignement de dents qui souffrent de malpositions mineures. De nos jours, il est en autre utilisé comme système de rétention. Il a comme avantages d’être le moins dispendieux tout en étant le plus polyvalent en considérant sa grande capacité plastique et son module d’élasticité élevé.
- Il résiste bien à la corrosion et il est facile à souder.
8.1.2. Les fils à base de fer multibrins :
Johnson, dés 1934, signale qu’il est possible d ‘obtenir un arc plus flexible en utilisant deux fils fins au lieu d’un fil épais. C’est le principe du Twin Arch.
Les fils multibrins sont disponibles avec un contour rond ou un contour rectangulaire :
- Les fils multibrins à contour rond sont soit torsadés, soit co-axiaux. Les fils co-axiaux sont constitués par 5 brins torsadés autour d’un brin axial. Les fils multibrins à contour rectangulaire sont soit torsadés, soit tressés.
- Pour les fils à contour rond torsadés, le fait d’utiliser plusieurs brins permet d’augmenter la limite élastique sans modifier le rapport charge/flexion de l’arc
- Pour les fils à contour rectangulaire tressés, le fait d’utiliser plusieurs brins ne permet pas d’augmenter la limite élastique sans modifier le rapport charge/déformation de l’arc.
Les fils tressés sont commercialisés sous le nom de « Twist flex », ils permettent de
Commencer le nivellement sans boucle et sans douleur pour le patient.
Aucune recherche n’a été publiée sur les fils multibrins à contour rond co-axiaux, et sur les multibrins à contour rectangulaire torsadés. les fils multibrins en raison de leur faible coefficient de rigidité, sont essentiellement indiqués pendant les phases d’alignement.
Ils ne peuvent être utilisés comme armature de stabilisation. Leur surface rugueuse accentue les forces de frottement arc attache.
A multibrin torsadé à contour rond
B multibrin co-axial à contour rond
C multibrin torsadé à contour rectangulaire
D multibrin tressé à contour rectangulaire
Pour les fils à contour rond torsadés, le fait d’utiliser plusieurs
brins permet d’augmenter la limite élastique sans modifier
le rapport Charge/flexion de l’arc
8.2. Les fils à base de cobalt :
Les alliages à base de cobalt sont répertoriés dans l’industrie sous la dénomination de « stellite ». En raison de ses caractéristiques mécaniques l’usage de l’ « Elgiloy » s’est étendu à l’orthodontie.
L’ « Elgiloy » présente un module d’élasticité proche de celui de l ‘acier inoxydable. Il est disponible en quatre nuances ont la même composition chimique, la même structure austénitique cubique à faces centrées, le même module d’élasticité mais des taux d’écrouissages différents, donc des limites élastiques différentes. Du plus plastique :
- « Elgiloy » bleu,
- « Elgiloy » jaune,
- « Elgiloy » vert,
- « Elgiloy » rose.
La limite élastique de l’ « Elgiloy » s’élève par précipitation de composés intermétalliques lors d’une déformation mécanique à froid ou lors d’un recuit à 480°C pendant 10 minutes. Le choix d’une nuance d’ « Elgiloy » dépend du taux de déformation plastique nécessaire. Plus la limite élastique est élevée, plus les capacités de déformation du fil sont faibles et plus la marge de sécurité est réduite. L’orthodontiste choisit donc de l’ « Elgiloy » bleu s’il doit réaliser de nombreuses boucles.
8.3. Les fils à base de titane :
Le titane est apparu sur la scène industrielle ces cinquante dernières années. Son affinité pour l’oxygène entraîne l’apparition d’une couche protectrice stable et inerte qui autorise son utilisation chez l’homme.
8.3.1. Les fils titane-molybdène ou Béta titanium :
Commercialisé sous le nom de T.M.A. sa composition (79% de titane +11% de molybdène +6% de Zr +4% Sn ) lui confère un rapport charge/flexion très faible avec une mémoire élastique très intéressante. Il est en moyenne deux fois plus élastique que l’acier.
· Avantages :
Ø Module d’élasticité extrêmement faible,
Ø Grande mémoire élastique,
Ø Grande résistance à la déformation,
Ø Bonne manipulation de la pince,
Ø Bonne résistance à la corrosion,
Ø Possibilité de faire des boucles, des stops, etc.,
Ø Soudable par point électrique sans perte des propriétés mécanique (sondage autogène)
· Inconvénients :
Ø Prix de revient très élevé (6fois l’acier),
Ø Douloureux à partir du diamètre 0,018 les premiers jours,
Ø Déflexion à l’emploi des élastiques intermaxillaires,
Ø Pas de soudure .
8.3.2. Les fils Nickel-Titane :
- Ce type de fil, arrivé sur le marché au début des années 70, est principalement commercialisé sous le nom « Ni-Ti » (Ormco Corporation).
- Pour un même degré d’activation, ce type de fil produit une force plus faible et plus constante que les fils en acier.
- De plus, il permet d’utiliser une propriété que l’on appelle « température de transition ». Cette propriété, unique à ce type de fil, permet de le façonner à haute température et qu’il reprenne sa forme originale à sa température de transition qui se trouve prés de celle du corps.
- Cliniquement, puisque ce type de fil offre un rapport « force/déflection » très bas, nous optimisons notre mécanothérapie en l’utilisant dans des situations où de grands déplacements sont requis. Par contre, pour la même raison, il nous est impossible de l’utiliser pour toute forme de rétention.
8.3.2.1. Le Nitinol :
Le « Nitinol » fut le premier des alliages à base de titane utilisé en orthodontie. Il fut inventé en 1960 par. Le nom de « Nitinol » vient de NI pour nickel, TI pour titane, et NOL pour Naval Ordnance Laboratory. En 1968, Andreasen commence à faire des recherches en orthodontie avec le « Nitinol ». le« Nitinol » s’est fait connaître à cause de sa propriété de mémoire des formes mais, c’est son faible module d’élasticité qui est utilisé en orthodontie. Il met en oeuvre l’effet caoutchoutique de la martensite. Un écrouissage lui confère une limite élastique suffisante pour résister aux forces de la mastication. Ce travail mécanique réduit le nombre des variantes à une et explique la fracture du fil en cas de pliage important.
Le Nitinol est composé de : 52% de Nickel +45% de Titane + 3% de Cobalt
v Avantages :
§ Module d’élasticité extrêmement faible,
§ Grande mémoire élastique,
§ Résistance à la déformation,
§ Qualités permettant l’emploi de diamètres de fils élevés, donc de réduire le jeu dans les boîtiers,
§ Gain de temps .
v Inconvénients :
§ Prix de revient élevé (5 fois l’acier),
§ L’emploi du 0,018 rond est douloureux au début et parfois difficile à ligaturer,
§ Pas de boucles possibles, seulement des plicatures de premier ordre. Pas de stop,
§ Grande déflexion à l’emploi des élastiques intermaxillaires,
§ Propension élevée à la fracture de l’arc en bouche (10 à 15%),
§ Produit des protusions et des diastèmes interincisifs,
§ Pas de soudure possible,
§ limitation d’ajustement.
v Indications :
Elles peuvent se résumer aux cas où les boucles seraient dommageables pour l’hygiène, donc à éviter, dans ce cas un 0,016 rond peut limiter l’inconfort pour faire un alignement ou un nivellement sans trop de visites de contrôle.
C’est par excellence « l’arc des vacances d’été » où le patient s’absente deux ou trois mois, sans possibilités de contrôle.
8.3.2.2. Le NiTi Chinois :
Tien Hua Cheng et ses collaborateurs de l’Institut Général de Recherches sur les métaux non ferreux de BEIJING (Chine) ont élaboré le premier des alliages super-élastiques spécialement développé pour l’orthodontie : le « NiTi Chinois ».
Le fil « NiTi Chinois » est caractérisé par sa phase mère austénitique, son faible écrouissage, sa basse température de transition et son coefficient de rigidité variable.
8.1. Tableau de comparaison :
8.2. Caractéristiques du « super fil »orthodontique :
Elles sont de 5 ordres et doivent permettre au fil d’avoir :
1) Une grande déflexion sans déformation permanente, c’est à dire une grande élasticité. Cela permet au clinicien une activation sans déformation, donc un meilleur contrôle du mouvement orthodontique pour réduire la périodicité des consultations ;
2) Une faible rigidité pour permettre l’emploi de diamètre de fil diminuant le jeu dans les boîtiers en délivrant une force plus légère ;
3) Une manipulation aisée à la pince permettant tous les types de boucles, sans fracture ;
4) Une possibilité de soudure éventuelle
5) Un prix de revient le plus économique possible.
9. Conclusion :
Comme vous avez pu le remarquer, aucun fil orthodontique peut être efficace pour toutes les situations cliniques.
Ce n’est qu’avec une compréhension adéquate des propriétés physiques et mécaniques des fils que nous pourrons exploiter ceux-ci d’une façon optimale.
