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RÉSUMÉ
Les apatites constituent les composants des dents et des os. Ils ont un intérêt industriel, car, en plus d'être transformés en engrais, ils sont biocompatibles pour les os de synthèse ou le surfaçage de prothèses osseuses. Cet article présente les caractéristiques physico-chimiques des apatites, les ressources naturelles et les procédés de synthèse des apatites synthétiques. Il conclut en détaillant l'utilisation de ces matériaux, liée à deux propriétés particulières : faible solubilité et aptitude à accepter dans leur formule une grande partie des éléments de la classification périodique.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marjorie BERTOLUS : Docteur en chimie - Ingénieur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique (Cadarache)
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Mireille DEFRANCESCHI : Agrégée de sciences physiques - Docteur d’État en sciences physiques - Directeur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique (Saclay)
INTRODUCTION
Les apatites et autres phosphates (solides) de calcium ont un intérêt considérable pour les biologistes, les minéralogistes ainsi que pour les industriels de la chimie. Les raisons principales en sont d’une part que les apatites constituent les composants des dents et des os de tout le monde animal et que les phosphates de calcium acides sont probablement impliqués dans les processus de calcification pathologique ou de fossilisation. D’autre part, au niveau industriel, les apatites et autres phosphates de calcium commencent à être utilisés comme matériaux biocompatibles pour les os de synthèse ou le surfaçage de prothèses osseuses alors qu’ils sont déjà largement exploités pour la production d’engrais ou même comme source de phosphore dans les tubes lumineux fluorescents.
Toutes ces utilisations sont la conséquence de deux propriétés physico- chimiques remarquables de cette famille de composés : leur faible solubilité et leur aptitude à accepter dans leur formule une grande partie des éléments de la classification périodique.
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4. Préparation des apatites de synthèse
Il existe trois voies de synthèse exploitées pour la préparation d’apatites artificielles. Il est désormais possible de synthétiser à façon de nombreuses formules dont le tableau 4 donne un aperçu.
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Voie sèche
Dans le cas d’une réaction par voie sèche, c’est-à-dire en phase solide, la synthèse consiste en général à chauffer un mélange réactionnel composé de divers sels solides contenant les anions et les cations choisis en proportions optimisées pour chaque situation. La réaction mise en jeu peut être représentée (dans le cas de cations Me divalents, d’anions XO4 tétravalents et Y monovalents) par :
3Me3(XO4)2 + MeY2 → Me10(XO4)6Y2Après pesée des quantités optimales, on réalise un ou plusieurs cycles de broyages et calcinations successifs des réactifs puis du mélange pour obtenir le produit de la réaction. Les températures sont typiquement de 1 500 à 2 000 oC et la durée de calcination de plusieurs heures. Il est toutefois difficile de contrôler le rendement de la réaction car il existe des risques de réactions parasites (oxydation, hydrolyse, carbonatation ou volatilisation des composés) menant à la formation de phases secondaires. Dans le cas de réactifs volatils, il est préférable de réaliser la synthèse en ampoule scellée en appliquant une pression extérieure.
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Voie hydrothermale
Il est aussi possible de réaliser la synthèse sous forme de ciments, en conditions hydrothermales. Les réactifs (souvent un mélange de phosphates mono-Me et di-Me) sont placés dans un récipient de platine scellé en présence d’eau distillée. L’ensemble est chauffé et porté sous pression pendant des durées parfois longues (de l’ordre de quelques jours).
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Voie sels fondus
La dernière technique consiste en une fusion-recristallisation et est inspirée des réactions qui ont lieu dans le magma terrestre. Un bain fondu du mélange de réactifs est réalisé puis refroidi très lentement afin de favoriser la cristallisation. Bien que difficile de mise en...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BEEVERS (C.A.), McINTYRE (D.B.) - Atomic structure of fluor-apatite and its relation to tooth and bone materials. - Miner. Mag. 27, p. 254-257 (1946).
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(2) - International Tables of Crystallography. - Vol A, Kluver Acad. Publ., Dordrecht (1996).
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(3) - * - http://www.webelements.com
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(4) - ELLIOTT (J.C.) - Structure and chemistry of the apatites and others calcium orthophosphates. - Elsevier, Amsterdam (1994).
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(5) - SAVARY (V.) - * - Thèse. Université Henri-Poincaré, Nancy (1995).
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(6) - Clefs CEA no 46, - ISSN 0298-6248 (printemps 2002).
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(7) - KOUTSOUKOS (P.G.) - Current...
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