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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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5. Utilisation des apatites
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Les roches phosphatées constituent la source principale de phosphore pour les industries chimiques et les engrais. Le « superphosphate », obtenu en 1843 par John Bennett par attaque à l’acide sulfurique d’os ou de roches phosphatées, résulte de la transformation du phosphate tricalcique naturel, très peu soluble, en phosphate monocalcique soluble dans l’eau et assimilable par les plantes. En parallèle, la réaction de l’acide sulfurique avec les phosphorites conduit à la formation de sulfate de calcium (gypse), mais aussi à des composés d’impuretés contenus dans le phosphate solide d’origine dont la désirabilité dans les engrais est très variable (tableau 5). Cette industrie des engrais représente une forte proportion des activités de l’industrie chimique et constitue de nos jours le principal débouché des phosphates.
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Un autre domaine de l’industrie chimique des phosphates est constitué par la production de tubes de lumière fluorescents. Des tonnes d’apatites fluorées et chlorées dopées en magnésium et antimoine sont produites annuellement à cette fin. Des apatites dopées aux terres rares sont aussi en cours de développement pour les lasers.
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Les belles couleurs de certains cristaux font utiliser les apatites comme pierres pour l’ornementation et la bijouterie (cf. figure 8). On peut trouver sur le Web des sites commercialisant de beaux spécimens. Toutefois, l’utilisation en bijouterie reste marginale en raison des handicaps difficilement surmontables des apatites : elles sont le plus souvent disséminées sous forme de grains dans les roches hôtes, et même si l’on trouve parfois de gros cristaux bien formés, leur propriétés mécaniques sont moyennes. Leur apparence « trompeuse » (cf. ci-dessus) les fait cependant figurer au rang des pierres fines. Une variété cryptocristalline appelée collophane est aussi utilisée.
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Les nouveaux développements de l’industrie des phosphates se situent dans un domaine médical de pointe, celui des biomatériaux. Le développement de biocéramiques apatitiques ou de polymères chargés en apatites comme matériau...
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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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