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Article

1 - PRÉSENTATION

2 - QUELQUES STRUCTURES NATURELLES REMARQUABLES

3 - SILICE

4 - CARBONATE DE CALCIUM

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : NM700 v1

Quelques structures naturelles remarquables
Biominéralisation : de la compréhension d'architectures naturelles aux nanomatériaux bio-inspirés

Auteur(s) : Émilie POUGET, Érik DUJARDIN, Franck ARTZNER

Date de publication : 10 oct. 2009

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RÉSUMÉ

La biominéralisation regroupe les processus de minéralisation naturels qui fournissent une grande variété de structures inorganiques telles que les dents, les os, les coquilles et les carapaces. Ces propriétés ont été optimisées par sélection naturelle pour une fonction donnée et elles atteignent des performances remarquables, qui fascinent les chimistes des matériaux. Inspirée par ces procédés, il s'est développé durant les deux dernières décennies une chimie s'exerçant dans des conditions environnementales physiologiques appelée « chimie douce ». Le domaine de la biominéralisation s'est alors étendu à de nouvelles stratégies de synthèse des matériaux inspirées des procédés observés chez les organismes vivants.

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ABSTRACT

Biomineralization: from the understanding of natural architectures to bio-inspired nanomaterials

Biomineralization encompasses the natural mineralization processes which provide a great variety of inorganic structures such as teeth, bones, shells and carapaces. These properties have been optimized by natural selection for a given function and they have achieved remarkable performances that fascinate material chemists. Inspired by these processes, a so called "soft chemistry", which is implemented in physiological environmental conditions, has been developed over the last few decades. The biomineralization domain has been extended to new strategies for material synthesis inspired by processes observed in living organisms.

INTRODUCTION

La biominéralisation regroupe les processus de minéralisation naturels qui fournissent une grande variété de structures inorganiques telles que les dents, les os, les coquilles et les carapaces.

Ces propriétés ont été optimisées par sélection naturelle pour une fonction donnée et elles atteignent des performances remarquables, qui fascinent les chimistes des matériaux.

Inspirée par ces procédés, il s'est développé durant les deux dernières décennies une chimie s'exerçant dans des conditions environnementales physiologiques appelée « chimie douce » . Le domaine de la biominéralisation s'est alors étendu à de nouvelles stratégies de synthèse des matériaux inspirées des procédés observés chez les organismes vivants.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-nm700


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2. Quelques structures naturelles remarquables

Les biomatériaux dans les organismes vivants montrent généralement des structures composites entre des biomolécules et le composé inorganique. Ils sont parfaitement organisés sur plusieurs ordres de grandeur et la morphologie de ces architectures est adaptée à certaines fonctions spécifiques telles que la tenue mécanique ou la focalisation de la lumière. Un grand nombre de ces organismes est recensé dans les ouvrages de S. Mann  et S. Weiner . Ici, seuls trois exemples de structures biologiques remarquables vont être présentés : l'éponge de verre Euplectella Aspergillum, l'étoile de mer en carbonate de calcium Ophiocoma Wendtii et le coccolithe Emiliana Huxlei, également formé de carbonate de calcium.

Les propriétés mécaniques et optiques de l'éponge en silice Euplectella Aspergillum sont particulièrement intéressantes. Tout d'abord, l'étude de la cage montre qu'il est possible de construire un édifice de masse faible, à grande tenue mécanique, à partir d'un matériau fragile : le verre. Cette cage montre un arrangement hiérarchique de l'échelle nanométrique à l'échelle centimétrique  (figure 1). Des nanosphères de silice amorphe s'organisent en feuillets concentriques...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LIVAGE (J.) -   Les procédés sol-gel : de l'art du feu à la chimie douce.  -  L'actualité chimique, 10, p. 4-10 (1997).

  • (2) - MANN (S.) -   Biomineralization : Principles and Concepts in Bioinorganic Materials Chemistry.  -  Oxford University Press : Oxford, UK (2001).

  • (3) - LOWENSTAM (H.A.), WEINER (S.) -   On Biomineralization.  -  Oxford University Press, New York (1989).

  • (4) - AIZENBERG (J.), WEAVER (J.C.), THANAWALA (M.S.), SUNDAR (V.C.), MORSE (D.E.), FRATZL (P.) -   Skeleton of Euplectella sp. : Structural Hierarchy from the Nanoscale to the Macroscale.  -  Science, 309, (5732), p. 275 (2005).

  • (5) - AIZENBERG (J.), SUNDAR (V.C.), YABLON (A.D.), WEAVER (J.C.), CHEN (G.) -   Biological Glass Fiber : Correlation between Optical and Structural Properties.  -  Proc. Natl. Acad. Sci., 101, p. 3358-3363, USA (2004).

  • (6) - SUNDAR...

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