Résumé :

En orthodontie, les fils en Nickel-Titane (NiTi) sont utilisés en raison du comportement superélastique (SE) de ce matériau caractérisé par un palier à faible niveau d'effort. Une fois l'arc orthodontique est introduit dans le bracket collé sur la dent en malposition, il exerce une force permettant de déplacer celle-ci à la position appropriée.

L'efficacité de ces fils dentaires pendant le traitement est tributaire de plusieurs paramètres. Nous pouvons citer à titre d'exemples : le type de matériau, la géométrie de la section du fil, le milieu buccal, la température, le type d'anomalie, la configuration de montage, etc. La détermination des caractéristiques thermomécaniques des arcs orthodontiques en NiTi et l'étude numérique de l'influence des conditions de mise en charge sur leur réponse en service constituent les objectifs de cette étude.

Dans une première partie, nous avons caractérisé le comportement superélastique de l'arc en NiTi. Des paramètres mécaniques et thermiques ont été déterminés par des essais de traction et des mesures de DSC. Puis, nous avons réalisé une simulation numérique d'un modèle 3D de l'ensemble dent, bracket et une partie du fil dentaire pour déterminer la force orthodontique dans le cas d'une configuration d'intrusion (déplacement vertical vers l'os) de 5 mm.

Le modèle de comportement SE du NiTi utilisé est le modèle thermomécanique phénoménologique de Lagoudas qui est activé en déformation imposée. Les effets de la température et de la forme de la section de l'arc sur la force générée par l'arc orthodontique sur la dent en malposition sont ensuite évalués.

Abstract:

In orthodontics, Nickel-Titanium (NiTi) archwires are used because of their superelastic (SE) behavior which exhibits constant and low forces. Once the wire is introduced in the bracket glued on the bad positioned tooth, it exerts a force leading to the tooth movement towards the right position.

The orthodontic treatment depends on many factors such as: the alloy type, the wire cross section geometry, the mouth environment, the temperature, the physiological configuration, etc. Thus, the aims of this study are the NiTi thermomechanical characterization as well as the numerical study of the loading conditions influence on the arc.

For this purpose, tensile tests and DSC measures have been made to characterize the NiTi SE behavior in order to provide the thermomechanical parameters for the numerical simulation. Then, a 3D model composed of a tooth, a bracket and a part of the SE wire is used to quantify the orthodontic force for a 5mm intrusion configuration (vertical displacement towards the bone).

The NiTi SE behavior model is based on the Lagoudas thermomechanical approach. The temperature and the wire cross section geometry effects on the generated orthodontic force are thus evaluated.