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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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3. Propriétés physico-chimiques
Les phosphates de calcium et apatites présentent des propriétés très variables dépendant beaucoup de leur composition. Ils ont pour caractéristiques communes d’être tous des solides blancs (sauf s’ils sont dopés d’ions colorés), la plupart peu solubles et certains très insolubles. Ils sont stables thermiquement mais changent facilement de formule par substitution des éléments les constituant.
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Décomposition thermique
Les apatites sont très stables thermiquement. La fluoroapatite fond à 1 644 oC, mais des décompositions peuvent apparaître à des températures inférieures sous certaines atmosphères. Ainsi, la fluoroapatite peut être transformée en hydroxyapatite par chauffage dans un courant de vapeur à 1 360 oC pendant 48 h. En chauffant de la fluoroapatite sous vide au-delà de 1 600 oC, il y a perte de CaF2 ou POF3 . La chloroapatite est un peu moins stable. Les apatites carbonatées perdent rapidement du CO2 et beaucoup conduisent, par chauffage, à des pyrophosphates. Les mécanismes correspondant à ces transformations sont très compliqués et restent sujets à controverse.
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Solubilité
Les valeurs des produits de solubilité trouvés dans la littérature scientifique (tableau 3) varient sur de très grands domaines, et les controverses à ce sujet restent également nombreuses. La raison principale est que les valeurs publiées se réfèrent à des produits souvent très difficiles à synthétiser. Bien que supposés purs, ils sont contaminés par des ions de divers éléments qui, même en faible concentration, modifient profondément la stabilité du cristal en créant des contraintes non négligeables dans la structure.
Exemplele magnésium est une impureté tellement stabilisante pour le phosphate tricalcique que, dans les régions où l’eau potable contient beaucoup de magnésium, on observe une forte quantité d’individus présentant des calculs dentaires, principalement constitués de whitlockite. Au contraire, la présence de carbonates augmente fortement la solubilité de l’émail des dents.
D’autre part, la solubilité peut varier fortement en fonction de la composition de la solution environnante. Enfin, les phénomènes...
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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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