Une dent n’est pas un matériau homogène. Elle est constituée principalement de deux tissus : l’émail, très rigide, et la dentine, plus souple. Entre les deux, une zone de transition, la jonction amélo-dentinaire, assure une continuité mécanique essentielle.
Les travaux menés dans le cadre du projet ANR CMADENT montrent que les propriétés mécaniques varient fortement du bord externe vers le cœur de la dent : le module d’élasticité de l’émail peut être jusqu’à quatre à cinq fois supérieur à celui de la dentine. Ce gradient naturel permet à la dent de résister à la fissuration tout en absorbant les contraintes.
Or, les matériaux de restauration utilisés aujourd’hui sont, pour la plupart, homogènes. Cette simplification, bien qu’efficace en pratique, limite la durabilité des restaurations et leur capacité à reproduire le comportement biomécanique réel des dents.
Représentation de la complexité d’une dent : 1. Dent ; 2. Émail ; 3. Dentine ; 4. Pulpe dentaire ; 5. Pulpe caméral ; 6. Pulpe radiculaire ; 7. Cément ; 8. Couronne ; 9. Cuspide ; 10. Sillon ; 11. Collet ; 12. Racine ; 13. Furcation ; 14. Apex radiculaire ; 15. Foramen apical ; 16. Sulcus ; 17. Parodonte. 18. Gencive : 19. gencive libre ; 20. gencive marginale ; 21. gencive attachée. 22. Ligament parodontal ; 23. Os alvéolaire. 24. Nerfs et Vaisseaux : 25. dentaire ; 26. parodontaux ; 27. nerf alvéolaire.
Le projet CMADENT (Conception de MAtériaux DENTaires à gradients de propriétés par fabrication additive) propose une véritable rupture technologique, en repensant en profondeur la manière de concevoir et de fabriquer les restaurations dentaires :
Cette approche biomimétique vise à rapprocher les restaurations artificielles du fonctionnement réel des dents. Elle repose sur plusieurs verrous scientifiques : formulation de matériaux imprimables, contrôle de la polymérisation, optimisation des propriétés mécaniques et compréhension fine du lien entre microstructure et comportement.
Pour y parvenir, le projet mobilise une chaîne complète de compétences : chimistes, mécaniciens, spécialistes de la fabrication additive, cliniciens et industriels travaillent ensemble pour garantir une innovation directement transférable vers la pratique dentaire.
L’innovation ne s’arrête pas là. Le projet explore plusieurs stratégies pour créer des gradients de propriétés :
Ces gradients permettent d’approcher progressivement les propriétés de l’émail et de la dentine au sein d’une même pièce.
Les modèles numériques développés au CEMEF dans le cadre de ce projet jouent un rôle déterminant. Ils permettent en effet de multiplier les mises en situation pour confronter virtuellement les différentes combinaisons possibles (dent homogène ou hétérogène, avec restauration homogène ou hétérogène) et ainsi prédire le comportement mécanique final d’une dent restaurée.
Les premiers résultats montrent des différences significatives entre matériaux homogènes et matériaux à gradient : les seconds permettent une meilleure répartition des contraintes et se rapprochent davantage du comportement naturel de la dent.
Le but ultime de la modélisation numérique est de diminuer le recours à des campagnes expérimentales complexes et coûteuses en temps et en argent, en les limitant à la phase de validation du modèle, tout en proposant, à terme, une restauration spécifique à chaque patient, présentant un gradient optimisé et ainsi une longévité améliorée.
Modèle 3D très détaillé d’une molaire (environ 1,3 million d’éléments), créé à partir d’images médicales, permettant de simuler la répartition des contraintes dans la dent et son environnement au cours de la mastication.
Répartition des modules d’élasticité (Module d’Young) sur une vue en coupe (maxillaire en haut et mandibule en bas), présence du bol alimentaire (un aliment) entre les 2 dents mastiquant.
Au-delà des applications cliniques, CMADENT ouvre des perspectives inédites pour la formation en odontologie. Aujourd’hui, les étudiantes et étudiants s’entraînent soit sur des dents naturelles qui sont malheureusement rares, variables d’un étudiant à un autre et d’une séance à une autre, soit sur des modèles artificiels, notamment en résines (non chargées), encore insuffisamment réalistes et parfois coûteux.
Le projet ANR CMADENT propose une alternative innovante :
À gauche : dent imprimée en 3D (sans gradient) ; à droite : dent naturelle. La comparaison met en évidence une reproduction fidèle de l’anatomie interne, notamment de la chambre pulpaire et des canaux radiculaires.
Des traitements de canal ont été réalisés sur les premiers modèles de dents pédagogiques imprimées (destinées à l’entraînement des étudiants en dentaire) :
Ces modèles permettent un apprentissage plus équitable, reproductible, bien meilleur marché que dans le cas des dents pédagogiques en céramique et proche de la réalité clinique.
Modèle de dent à imprimer en 3D. Le gradient de propriétés est obtenu grâce aux niveaux de gris figurant sur les coupes. L’intensité de la lampe utilisée pour la polymérisation (dans l’imprimante) est inversement proportionnelle au niveau de gris : plus la couleur est blanche, plus la résine composite sera polymérisée lors de l’impression. À l’inverse, plus la couleur est noire, moins elle est polymérisée.
Le projet ANR CMADENT illustre pleinement l’esprit de la Journée mondiale de la créativité et de l’innovation : mobiliser l’ingéniosité scientifique pour répondre à des enjeux concrets, ici la santé bucco-dentaire qui nous impacte toutes et tous.
Les retombées potentielles sont multiples :
En s’inscrivant dans une stratégie pluridisciplinaire et tournée vers le transfert, le projet reflète pleinement l’ambition de Mines Paris – PSL : faire dialoguer sciences fondamentales, ingénierie et applications concrètes au service de la société.
En cherchant à reproduire la complexité du vivant grâce à des outils d’ingénierie de pointe, CMADENT ouvre la voie à une nouvelle génération de biomatériaux. À terme, il ne s’agira plus seulement de réparer une dent, mais de reconstruire une structure fonctionnelle, optimisée et durable, inspirée de la nature elle-même.
Le projet ANR CMADENT porté par Yannick Tillier illustre ce que la créativité scientifique peut produire lorsqu’elle s’allie à l’innovation technologique. Résolument pluridisciplinaire, il réunit des acteurs issus de plusieurs institutions et domaines d’expertise. Deux thèses sont actuellement menées : celle de Léa Guerandelle, doctorante au CEMEF, et celle de Marie Bernabeu, doctorante à l’Université Côte d’Azur. Toutes deux sont co-encadrées par Yannick Tillier et Nathalie Brulat-Bouchard, Professeur en chirurgie dentaire au CHU de Nice et chercheuse associée au CEMEF, illustrant le lien étroit entre recherche académique et pratique clinique.
Projet ANR (ANR-22-CE51-0017) : Conception de MAtériaux DENTaires à gradients de propriétés par fabrication additive – CMADENT
À Mines Paris – PSL, la formation par la recherche est un pilier fondamental du cursus. Le Trimestre Recherche (TR) offre aux élèves-ingénieurs une op...