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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)
-
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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1. Structure apatitique
La structure apatitique a pour formule générique :
avec :
- Me :
- cation métallique
- XO4 :
- groupement anionique
- Y :
- anion,
tous de charges variées. La seule condition est de respecter l’électroneutralité de la formule.
L’apatite la plus simple, la fluoroapatite, de formule Ca10 (PO4 )6 F2 , est souvent reconnue comme référence. La maille cristalline est représentée figure 1.
La structure apatitique résulte d’un agencement tridimensionnel de tétraèdres XO4 dont la cohésion est assurée par les cations Me. L’arrangement quasi compact de ces ions XO4 constitue le squelette de la structure apatitique. Cet assemblage rigide fait apparaître trois types de sites : 2 pour les cations Me et 1 pour les anions Y.
Le premier (de rayon 2,6 Å environ dans le cas de la fluoroapatite) est occupé par les cations Me. Ces cations, au nombre de quatre par maille, présentent une symétrie de site C3 et sont notés Me I (site I). Ils sont placés sur les axes ternaires et sont entourés de neuf atomes (figure 2).
Le second site de rayon plus petit que le précédent (2,4 Å pour la fluoroapatite) contient les autres cations Me, notés Me II (site II). Ces cations sont situés aux niveaux 1/4 et 3/4 de la maille suivant l’axe c, et forment des triangles équilatéraux alternés autour de l’axe d’ordre six hélicoïdal. Leur coordinence est égale à 7 : ils sont entourés d’un anion Y et de six oxygènes de trois types différents en raison des atomes auxquels ils sont liés par ailleurs (figure 3). Le long de l’axe des tunnels formés par les cations Me II sont distribués les anions Y (figure 4) ; leur localisation le long de l’axe d’ordre six hélicoïdal varie suivant leur nature.
La structure de base de cette apatite est hexagonale et appartient au groupe d’espace P6 3 /m (encadré 1...
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Structure apatitique
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(2) - International Tables of Crystallography. - Vol A, Kluver Acad. Publ., Dordrecht (1996).
-
(3) - * - http://www.webelements.com
-
(4) - ELLIOTT (J.C.) - Structure and chemistry of the apatites and others calcium orthophosphates. - Elsevier, Amsterdam (1994).
-
(5) - SAVARY (V.) - * - Thèse. Université Henri-Poincaré, Nancy (1995).
-
(6) - Clefs CEA no 46, - ISSN 0298-6248 (printemps 2002).
-
(7) - KOUTSOUKOS (P.G.) - Current...
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