L’émail est la couche externe de la dent: il enveloppe la dentine, beaucoup plus molle comme une glaçure de porcelaine et consiste en apatite, le phosphate calcium. Celui-ci dispose d’un groupe hydoxyle (-OH) qui peut être remplacé par un ion fluoride (-F). La fluoroapatite est très dure et peu affectée par la carie.
L’émail dentaire est la substance la plus dure du corps humain; sa dureté Vickers varie de 250 à 590, sa résistance à la compression va de 300 à 450 Mégapascal, son module d’élasticité se situe entre 50’000 et 85’000. La résistance aux chocs et l’amortissement de vibrations sont également très élevées pour une densité relativement faible, inférieure à 3,2 grammes par centimètre cube. Les paramètres mentionnés sont nécessaires, vu que la plupart des vertèbrés adultes sont munis de dents permanentes. Seuls les poissons, les amphibiens et les reptiles ont le privilège de pouvoir remplaçer leurs dents aussi souvent que nécessaire. L’émail dentaire doit ses propriétés mécaniques extraordinaires à une microstructure de corps composé tout-à-fait unique.
Il est remarquable que toutes les espèces d’animaux soient munies de dents dont l’émail présente une microstructure pratiquement identique et cela depuis des époques géologiques très lointaines. Les oursins de mer, les primates, les dinosaures, les morses etc. disposent ou disposaient d’exactement la même microstructure de l’émail dentaire encore actuelle aujourd’hui. Il semble bien que l’évolution ait atteint là un optimum pratiquement imbattable. Il en est d’ailleurs de même avec la nacre.
Fibres d’oxyde de zinc dans une matrice de polymère
La nacre consiste en plaquettes microscopiques de carbonate de calcium littéralement collées les unes aux autres avec de la protéine relativement dure. La phase phosphate de l’émail dentaire par contre consiste en fibres de phosphate de calcium élonguées et parallèles dont les interstices sont remplis d’une protéine relativement molle. Des chercheurs américains et coréens ont récemment présenté un émail dentaire artificiel imitant l’original naturel. Il consiste en fibres d’oxyde de zinc enrobées de polymère; il est synthétisé par couches microscopiques superposées.
On a choisi l’oxyde de zinc pour la phase inorganique du nouveau matériau parce qu’il se précipite sous forme de fibres orientées parallèlement d’une longueur de 2 à 3 micromètres par simple refroidissant d’une solution aqueuse. Leur diamètre se situe autour de 0,2 micromètre. Ces fils microscopiques furent enrobés d’un mélange d’amine allylique et d’acide acrylique qui l’on polymérisa pour former une matière plastique conventionnelle. Sous ces conditions il se forme une surface lisse sur laquelle on peut déposer une autre couche de fibres de zic imprègnées de polymère, etc.
Un matériau prometteur
Cette procédure assez laborieuse peut être répétée indéfiniment juqu’à ce qu’on atteigne l’épaisseur désirée. Un corps composé élaboré de cette manière consiste en 67 pourcents d’oxye de zinc et de 33 pourcents de polymère. Les propriétés mécaniques de ce matériau biomimétique mais abiotique, y compris sa viscoélasticité sont du même ordre de grandeur que celles de l’émail dentaire ou lui sont même supérieures.
La viscoélasticité est un paramètre incluant aussi bien la viscosité que l’élasticité lors de la déformation. Il est d’une grande importance pour estimer la survie d’un matériau au long terme. L’émail dentaire artificiel se situe là dans un domaine particulièrement favorable, dépassant même celui de l’original.
On a réussi de préparer des échantillons du nouveau matériau d’une surface de quelques centimètres carrés et d’une épaiseur de dix micromètres. On est donc encore loin des dimensions requises pour les applications pratiques pour lesquelles il faudrait des mètres carrés et des épaisseurs de l’ordre du millimètre. Le matériau est pourtant très prometteur; son développement ultérieur recèle probablement des suprises intéressantes.
Référence: B. Yeom et al., Nature 543, P. 95.
