L'émail dentaire est une structure minéralisée d'origine épithéliale qui recouvre la couronne dentaire des vertébrés actuels et fossiles afin de la protéger des différentes agressions. L'amélogenèse (ou formation de l'émail) est assurée par les , cellules sécrétrices qui sont détruites lors de l'éruption de la dent dans la cavité buccale. L'émail ne pouvant se régénérer en cas d'altération, il est doté par compensation d'une organisation tridimensionnelle complexe et d'un fort degré de minéralisation, qui en fait la structure la plus dure et la plus résistante de l'organisme, d'où son intérêt en médecine légale et en paléontologie. L'émail est la structure dentaire (et non le tissu car celui ci n'est pas vascularisé, ni innervé mais minéralisé, bien que très souvent même en clinique on parle de tissu amélaire) normalement visible, supporté par une couche sous-jacente de dentine. Avec la dentine, le cément et la pulpe dentaire, il constitue un des quatre principaux tissus qui constituent la dent.
L'émail est composé de trois phases : la phase minérale représente 93-96 % en poids87-91 % en volume, la phase organique 0,4-5 %2 %. et la phase aqueuse 3-7 % (le pourcentage d'eau étant en moyenne de 12 % pour la dentine et 33 % pour l'os).. Sa partie minérale est principalement composée d'un réseau de cristaux d'hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2). Le fort pourcentage de minéraux dans l'émail est responsable non seulement de sa rigidité et de sa dureté, supérieure à celle du tissu osseux, mais aussi de sa friabilité. La dentine, qui est moins minéralisée et moins friable, est indispensable comme support et compense les faiblesses de l'émail.
La couleur de l'émail va du jaune au gris clair. Comme l'émail est semi-translucide et opalescent, la couleur jaune orangée de la dentine (ou de tout matériau de réparation dentaire) sous l'émail affecte fortement l'apparence de la dent. L'émail varie en épaisseur sur la surface de la dent. Il est plus épais au niveau du sommet de la couronne dentaire (plus de ) et plus mince sur la jonction émail-cément (JEC). Contrairement au cément et aux os, la matrice organique de l'émail ne contient pas de collagène ni de kératine ; elle possède à la place des glycoprotéines riches en tyrosine (amélogénines, , …) dont le rôle est, pense-t-on, d'aider à la croissance de l'émail en servant de cadre de construction, entre autres fonctions. Cette matrice organique contient aussi des polysaccharides.
L'épaisseur, la composition isotopique de l'émailLa teneur en isotopes stables du carbone et de l'azote reflète notamment le type de plantes consommées (à photosynthèse en C3 ou en C4) et le niveau trophique. L'isotope du Zinc Zn est également un indicateur du régime alimentaire, permettant de distinguer les carnivores des herbivores (et encore plus finement les brouteurs des pâtureurs). . et l'analyse de la micro-usure dentaire observée à l'échelle microscopique sur l'émail permet aux paléontologues de détecter des différences en fonction de la composition du régime alimentaire des vertébrés P. S. Ungar, R. S. Scott, J. R. Scott, M. F. Teaford, « Dental microwear analysis: Historical perspectives and new approaches », In : J. D. Irish and G. C. Nelson (Eds.), Technique and application in dental anthropology, 2008, ..
Structure vignette|Diagramme représentant le processus dynamique de déminéralisation et reminéralisation dentaire. Les cristaux d'émail (figure a : enamel) sont empilés et regroupés au sein des cristallites formant des prismes hexagonaux aplatis. L'émail est la substance la plus dure du corps humain.. Il est surtout composé de phosphate de calcium et de carbonate de calcium, et il comprend moins de 1 % de matière organique. Il a une organisation tridimensionnelle complexe, formée par la juxtaposition de structures élémentaires appelées cordons, bâtonnets ou prismes d'émail. Chaque prisme minéralisé de 4 à 8 µm de diamètre traverse l'émail, depuis la jonction émail-dentine jusqu'à la surface de la dent..
Ces prismes sont des cristaux d'hydroxyapatite entourés par une gaine de nature organique, imbriqués les uns dans les autres. En coupe transversale, ils ressemblent à un trou de serrure, avec la partie supérieure orientée vers la couronne de la dent et la base orientée vers la racine. La disposition des cristaux à l'intérieur de chaque prisme est très complexe. Les (ou adamantoblastes), cellules qui initient la formation de l'émail, et les prolongements de Tomes, influent tous les deux sur la forme des cristaux. Les cristaux d'émail de la tête du prisme sont orientés parallèlement au grand axe de ce dernier, alors que ceux de la base divergent légèrement du grand axe. L'arrangement dans l'espace des prismes d'émail est mieux compris que leur structure interne. Les prismes d'émail sont situés en rang le long de la dent, et à l'intérieur de chaque rang, le grand axe du prisme est généralement perpendiculaire à la dentine sous-jacente. Dans les dents définitives, les prismes d'émail proches de la jonction émail-cément (JEC) basculent légèrement vers la racine de la dent. La zone située autour du prisme d'émail est constituée d'émail interprismatique. Ce dernier a la même composition que l'émail en prisme ; on fait cependant une distinction histologique entre les deux, car l'orientation des cristaux est différente dans chaque cas. La limite où les cristaux d'émail prismatique et les cristaux d'émail interprismatique se touchent est appelée gaine prismatique.
L'étude des caractéristiques des microstructures de l'émail dentaire (stries de Retzius, bandes de Hunter-Schreger) permet d'évaluer le processus du développement dentaire. Les sont des bandes qui apparaissent sur l'émail quand il est observé en coupe transversale au microscope. Ces bandes sont formées par la variation du diamètre des prolongements de Tomes, et attestent de la croissance de l'émail comme les anneaux de croissance des arbres. Les perikymaties sont des sillons peu profonds, qui correspondent à la ligne formée par les stries de Retzius à la surface de l'émail. La ligne néonatale, plus sombre que les autres bandes, sépare l'émail formé avant et après la naissance. Les sont marquées par la succession de bandes parallèles transversales claires (parazonies) et sombres (diazonies), dues à l'orientation des prismes dans la coupe.
Développement
La formation de l'émail est l'une des étapes du processus global de formation d'une dent. Quand on observe les tissus de la dent en développement au microscope, on peut distinguer différents amas de cellules, comme l'organe adamantin (Enamel organ), la lame dentaire et la papille dentaire. Les étapes généralement reconnues du développement de la dent sont le stade bourgeon, le stade capuchon, le stade cloche et le stade couronne (ou de calcification). L'émail en formation n'est visible qu'à partir du stade couronne.
Depuis le milieu des années 1930, on sait que la phase minérale primaire de l'émail (~ 96 % en poids ) est constituée de cristaux de carbonate d'apatite fluorés non stoechiométriquesA. Nanci (2012), Ten Cate’s Oral Histology: Development, Structure, and Function (C. V. Mosby, ed. 8, )J. H. Bowes, M. M. Murray (1935), The chemical composition of teeth: The composition of human enamel and dentine. Biochem. J. 29, 2721–2727, dont les arrangements cristallins très particuliers assurent à la dent une grande résistance aux chocs et à l'usure B. B. An, R. R. Wang, D. S. Zhang (2012), Role of crystal arrangement on the mechanical performance of enamel. Acta Biomater. 8, 3784–3793 . L. H. He, M. V. Swain (2008), Understanding the mechanical behaviour of human enamel from its structural and compositional characteristics. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 1, 18–29.
L'amélogenèse (ou formation de l'émail) a lieu après le début de l'apparition de la dentine, grâce à des cellules appelées améloblastes. L'émail humain se forme à un rythme d'environ 4 µm par jour. Il commence au niveau de la future localisation des cupsides de la dent, au ou de grossesse environ. La création de l'émail est complexe, et se déroule en deux étapes intimement liées : 1) le stade sécrétoire, qui implique des protéines et une matrice organique formant un émail qui se minéralise immédiatement (émail partiellement minéralisé, 30 %) ; 2) un stade de maturation, qui implique le retrait de cette matrice suivi d'une déposition minérale accrue.
Stade sécrétoire Les améloblastes sont des cellules polarisées en forme de colonne. Les protéines de l'émail sont produites au niveau du reticulum endoplasmique granuleux de ces cellules, puis relâchée dans le milieu extracellulaire, où elles forment ce que l'on appelle la matrice de l'émail. Cette matrice est alors partiellement minéralisée par une enzyme, la phosphatase alcaline. Quand cette première couche est formée, les améloblastes s'éloignent de la dentine, permettant le développement des prolongements de Tomes sur la partie apicale de la cellule. La formation de l'émail se poursuit autour des améloblastes adjacents (ce qui induit la création d'une surface cloisonnée, ou « puits », qui abrite les prolongements de Tomes), et aussi autour de l'extrémité de chaque prolongement de Tomes (ce qui induit le dépôt d'une matrice de l'émail à l'intérieur de chaque puits). La matrice à l'intérieur du puits devient à terme le prisme d'émail, et les cloisons deviennent à terme l'émail interprismatique. Le seul facteur de distinction entre les deux est l'orientation des cristaux d'hydroxyapatite.
Stade de maturation Les améloblastes transportent des substances utilisées dans la formation de l'émail. L'aspect le plus remarquable de cette phase, au niveau tissulaire, est que ces cellules deviennent striées, ou qu'elles ont une bordure ondulée. Cela prouve que les améloblastes ont changé de fonction : de productrices (cf la phase de sécrétion), elles deviennent transporteuses. Les protéines utilisées pour le processus final de minéralisation composent la majorité du matériel transporté. Les protéines les plus impliquées sont les amélogénines, les améloblastines, les enamélines et les « tuft proteins ». Pendant ce processus, les amélogénines et les améloblastines sont éliminées après usage, mais les énamélines et les « tuft proteins » restent dans l'émail. À la fin de cette phase, la minéralisation de l'émail est terminée.
En fin de maturation, avant que la dent n'apparaisse dans la bouche, les améloblastes se décomposent. Par conséquent, l'émail, contrairement à la plupart des autres tissus du corps, n'a aucun moyen de se renouveler. En cas de destruction de l'émail, par action des bactéries ou par blessure, ni l'organisme, ni le dentiste ne pourront réparer le tissu de l'émail. L'émail peut de plus être affecté par des processus non pathologiques. La coloration des dents avec le temps peut résulter de l'exposition à des substances telles que le tabac, le café et le thé, mais la couleur de la dent peut aussi s'assombrir graduellement avec l'âge. En effet, l'assombrissement est en partie dû aux matériaux qui s'accumulent au niveau de l'émail, mais c'est aussi un des effets de la sclérotisation de la dentine sous-jacente. En outre, l'émail devient avec l'âge moins perméable aux fluides, moins soluble dans l'acide, et il contient moins d'eau.