Caractérisation du vieillissementdes arcs orthodontiques Nickel-TitaneAnalyse par Thermographie Infrarouge

Characterization of the aging ofNickel-Titanium orthodontic archwiresInfrared Thermography Analysis

• Auteur / Autrice : Nafez Chahine
• Direction : Pierre Millet, Steve Harakeh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, Surfaces et Interfaces
• Date : Soutenance le 16/01/2020
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec King Abdulaziz university
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) - EA 7548
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Chopart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Millet, Steve Harakeh, Brigitte Grosgogeat-Balayre, Marie-Hélène Mathon, Alain Lodini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brigitte Grosgogeat-Balayre, Marie-Hélène Mathon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Teneur en nickel

Orthodontie -- Appareils et matériel

Matériaux -- Détérioration

Thermographie

Emploi en thérapeutique

Alliages nickel-titane

Mots clés libres

Nickel-Titane

Therrmography

Résumé

L’alliage Nickel-Titane conventionnel ou NiTi est un alliage équiatomique forméapproximativement de 50% de nickel et 50% de titane. Il présente des caractéristiquesparticulières comme la superélasticité, la superplasticité et la mémoire de forme.Le sujet de ce travail porte sur l’étude du vieillissement et de la corrosion d’arcsorthodontiques en NiTi déposés après traitement. Il repose sur l’étude des différentescaractéristiques de ces arcs orthodontiques avant et après utilisation. Nous incluons etcomparons les arcs de 3 fabricants différents : American Orthodontics, Ortho Classic etAZ Dent.La partie clinique de cette étude a été réalisée en Arabie Saoudite dans le centreClinique F.R.B sur des arcs orthodontiques retirés des patients après un port de 4 à 6semaines après consentement des patients pour la participation à l’étude.Notre recherche se repose sur différents tests :- Dureté,- Rugosité,- Observations au MEB (Microscope électronique à balayage)- Analyse à la microsonde,- Observations au MET (Microscope électronique à transmission),- Analyse par thermographie- Essais de résistance à la corrosion.155 arcs après utilisation ont été étudiés et comparés aux arcs neufs.Dans la première partie, nous analysons le comportement de ces arcs orthodontiquesNiTi vis-à-vis de la corrosion. Nous avons commencé par étudier les échantillons enmicroscopie électronique à balayage MEB. L’analyse par Impédance Complexe nouspermet de montrer la présence de couches multiples d’oxydes (oxyde de Nickel, deTitane et d’alumine) ce que nous confirmons en microscopie électronique à transmission(TEM) en microanalyse.Dans la deuxième partie, nous mettons en place une méthode originale nondestructive de caractérisation des arcs orthodontiques NiTi permettant la détection desdéfauts par thermographie infrarouge.Enfin dans la troisième et dernière partie, l’analyse statistique par ANOVA sur les testsde dureté, de rugosité et par thermographie infrarouge nous permet de rechercher lescorrélations entre les analyses réalisées et les différents paramètres liés aux patients4(hommes, femmes, adolescents, adultes, etc…) et de conclure sur le comportement deces arcs utilisés en clinique.La comparaison des arcs entre eux montre des différences de comportement et derésistance dans le temps. Au MEB, les arcs usagés deviennent plus rugueux, avec denombreuses stries et l’apparition de porosités. Nous avons confirmé dans les tests decomportement vis-à-vis de la corrosion que les zones détériorées des arcs usagéscorrespondaient bien à des zones de corrosions. L’analyse à la microsonde et au MEB apermis de détecter la présence de particules d’oxydes de nickel et de titane sur lessurfaces des arcs usagés. Ceci conforte les tests de corrosion.En conclusion, nous pouvons affirmer que les arcs orthodontiques NiTi se détériorent defaçon importante après 4-6 semaines en bouche. Tous les arcs n’ont pas le mêmecomportement et les conséquences cliniques de ces dégradations restent encore àévaluer. L’amélioration du comportement de ces dispositifs en bouche est une nécessité.

The conventional nickel-titanium alloy or NiTi is an equiatomic alloy formed ofapproximately 50% nickel and 50% titanium. It has special characteristics such assuperelasticity, superplasticity and is a shape memory alloy.The subject of this work concerns the study of the aging and corrosion of NiTi orthodonticwires retrieved after treatment. It is based on the study of the different characteristics ofthese orthodontic wires before and after use. We include and compare the arches of 3different manufacturers: American Orthodontics, Ortho Classic and AZ Dent.The clinical part of this study was carried out in Saudi Arabia in the F.R.B Clinic Centeron orthodontic wires removed from patients after a 4 to 6 weeks’ post-consent period forpatients to participate in the study.Our research is based on different tests:- Hardness,- Roughness- SEM observations (scanning electron microscope)- Microprobe analysis,- TEM observations (transmission electron microscope),- Thermographic analysis- Corrosion resistance tests.155 arches after use have been studied and compared to new arches.In the first part, we analyze the behavior of these orthodontic arches NiTi vis-à-viscorrosion. We began by studying samples by SEM. The complex impedance analysisallows us to show the presence of multiple layers of oxides (nickel oxide, titanium andalumina) which we confirm in microanalytical electron microscopy (TEM).In the second part, we set up an original nondestructive method of characterization ofNiTi orthodontic wires allowing the detection of defects by infrared thermography.Finally, in the third and last part, statistical analysis by ANOVA on the hardness,roughness and infrared thermography tests allows us to look for correlations between theanalyzes carried out and the different parameters related to the patients (man, woman,teenagers, adults, etc ...) and conclude on the behavior of these bows used clinically.The comparison of the arches between them shows differences in behavior andresistance over time. At SEM, used wires become rougher, with many streaks and theappearance of porosities. We confirmed in the corrosion behavior tests that thedeteriorated areas of the used arches correspond to zones of corrosions. Microprobe and6SEM analysis enabled the detection of nickel oxide and titanium oxide particles on thesurface of the arches used. This confirmed the corrosion tests.In conclusion, we can say that orthodontic arches NiTi deteriorate significantly after 4-6weeks in the mouth. Not all arches have the same behavior and the clinicalconsequences of these impairments have yet to be evaluated. Improving the behaviorof these devices in the mouth is a necessity