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Résumé / Abstract : Plusieurs procédés de synthèse chimique ont été développés pour préparer la poudre hydroxyapatite (HA) en utilisant divers types de sources de calcium (Ca) et de phosphate (PO4). Dansle présent travail, nous rappor- tonsles conditions d’élaboration d’une poudre nanomé- trique de HA en utilisant la coquille d’œuf de poule comme source de Ca. La synthèse a été effectuée à partir de la ré- action chimique de Ca(OH)2 obtenu après traitement ther- mique des coquilles et l’acide phosphorique H3PO4, en pré- sence de L’EDTA comme agent chélateur et le NH4OH pour ajuster le pH. Les produits ont été caractérisés par diffraction des rayons X.
Mots clefs : hydroxyapatite, nano-poudre, synthèse par voie humide, DRX.
1. Introduction
L’hydroxyapatite (HA) se présente comme le meilleur can- didat pour des applications médicales orthopédiques, grâce
à son excellente biocompatibilité avec les tissus, sa biodé- gradabilité lente in situ et sa bonne ostéoconductivité. Bien que des importants efforts de recherche en ont été déployés pour exploiter l’hydroxyapatite (HA) en tant que substitut
osseux dans un certain nombre d’applications cliniques telles que les revêtements pour liaison chimique, la recons-
truction maxillo-faciale et les implants dentaires [1-3], ses propriétés mécaniques en particulier sa fragilité, sa faible résistance à la traction et sa faible résistance aux chocs ont limité son utilisation dans les applications de mise en charge
importante [4]. Elle pourrait être synthétisée à partir des ressources extraites naturellement. Plusieurs articles résu- ment les propriétés du HA élaborée par différents méthodo-
logies [5-7] en essayant de trouver le procédé qui combine le faible coût et les meilleures propriétés structurales, méca- niques et biologiques. L’extraction du calcium depuis les coquilles d’œufs (eggshells powders : EP) présente un im- portant issus pour réduire le coût de par la disponibilité des
coquilles, leurs richesse en Ca et la facilité des traitements physicochimiques de purification et d’extraction.
Généralement, la fabrication des pièces de HA destinées à des applications médicales passe par trois principales étapes
successives à savoir la synthèse de poudre, le façonnage et le frittage [8]. De ce fait les propriétés physico-chimiques du produit final sont sensibles aux conditions opératoires de
chaque étape, d’où la nécessité du contrôle des paramètres
expérimentales dès la synthèse de la poudre jusqu’au frit- tage.
Le frittage du HA est une étape clé ayant des répercussions sur les caractéristiques finales du biomatériau, et peut ap- porter une amélioration aux propriétés mécaniques. Il dé- pend de plusieurs paramètres tels que l’atmosphère, le temps et la température du traitement. De plus, les proprié-
tés intrinsèques de la poudre à savoir la distribution de la taille et la morphologie des grains, la surface spécifique, la
composition chimique et la substitution ioniques, peuvent influer fortement la frittabilité du HA.
Le processus de densification du HA passe par les trois étapes associées aux différents domaines de densité relative
du matériau :
1. 700 <(T°C) < 800 : Formation des joints de grains qui permettent l’établissement d’un squelette solide traversé de
pores ouverts sur l’extérieur [9].
2. 800 <T (°C) < 1100 : Diminution de la porosité ouverte et apparition de pores fermés.
3. 1100 <T (°C) : Elimination de la porosité fermé par l’isolation des pores dans la matrice. A ce stage, la densifi-
cation s’accompagne avec la croissance des grains, où toutes les deux sont gouvernées par des mécanismes de dif- fusion. Plusieurs auteurs ont observé que lors de frittage du
HA, un phénomène de croissance de grain rapide est dé- clenché au-delà d’une température comprise entre 1200 et 1300 °C, après laquelle la taille des grains a un effet néfaste
sur les propriétés mécaniques même avec une densité plus élevée.
Dans le travail réalisé par Kamalanthan et al. [10], une croissance rapide de grain est observée au-delà de 1250 °C.
Cependant, cette température était de l’ordre de 1200 °C lors du frittage du HA réalisé par Siva et al. [11]. Ceci est expliqué par la différence de la morphologie des poudres, où les nano-tiges (nano-rods) synthétisées par Kamalanthan
et al. ont montré une meilleure frittabilité que celle de la poudre de morphologie sphérique produit par Siva et al.
En outre, le comportement du HA lors du frittage est sen- sible à la taille des grains du départ, où dépendamment de cette taille le processus de déification emprunt des chemins
différents. Ce qui était observé à l’étude de Ramesh et al.
[12] pendant le frittage des poudres de l’hydroxyapatite élaborées par différente méthodes, et ayant des taille de
grains différentes.
Synthèse et Caractérisation de Nano-Hydroxyapatite
S. Boukhezar,W. Ghabeche, A. Azzi, L. Alimi et L. Bahloul.
Welding and NDT Research Centre (CSC), BP 64 Cheraga, Algeria.
s.boukhzer@csc.dz
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Dans ce contexte, notre objectif est de synthétiser des poudres nanométriques de HA avec des morphologies et de
tailles de grain différentes. Afin, de pouvoir étudier l’influence de ces dernières sur le processus du frittage.
Dans cette communication, nous présentons les paramètres d’élaboration de trois poudres de HA en utilisant le calcium
extrait des coquilles d’œufs.
2. Elaboration et caractérisation du HA
Nous avons élaboré trois lots de poudre du HA, en utilisant les poudres des coquilles d’œuf rincées (eggshells powder
EP) et calcinées suivant les trois cycles montrés sur la fi- gure 1. Notons que l’analyse DRX des trois lots de EP a montré l’existence de deux phases CaCO3 et Ca(OH)2 avec
des proportions qui varient d’un lot à l’autre.
Lot 1 Lot 2 Lot 3
Fig. 1 Les cycles thermiques de calcination.
Fig. 2 Diffractogrammes des 3 lots de EP
La synthèse de la poudre de HA a été effectuée par la réac- tion chimique suivante :
Ca-EDTA + (NH4)2HPO4 → Ca10(PO4)6(OH)2 + HEDTA + NH3 + H2O
Les étapes de préparation sont résumées sur l’organigramme suivant :
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3. Caractérisation des produits
La poudre est analysée à l’aide d’un diffractomètre Bruker D8 Advance, du laboratoire de métallurgie, faculté des sciences et de technologie de l’université Mohamed Khider
de Biskra, avec une radiation monochromatique CuKα (λ = 1,541838 Å), une tension de 40 kV et un courant de 40 mA
et un pas est de 0,02°.
Les diffractogrammes enregistrés (Fig. 3) montrent la simi- larité existante entre les 3 lois élaborés, et la comparaison
avec les pics de la fiche PCPDF #74-0565 (Fiche ICDD ca- ractéristique du HAp) met en évidence la présence prédo-
minante de cette phase dans les tous les produits. Cepen- dant, la qualité des spectres ne permet pas une analyse plus approfondie pour estimer la pureté la cristallinité et la taille des cristallites, même si la largeur des pics indique que la
poudre obtenue est probablement nanométrique.
HAE1 HAE2
Un ité ar bitr air e ( u.a .)
HAE3
10 20 30 40 50 60 70 80 90
2 Théta (°)
HAp (PDF #74-0565)
Fig. 3 Diffractogrammes des trois lots synthétisés
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5. Conclusion
Nous avons réussi à élaborer trois lots de poudre de l’hydroxyapatite extraite d’EP (EHA). Même si les spectres
montrent la similarité existante entre les 3 lots synthétisés en termes de composition de phases, une analyse DRX plus
adéquate révèlera plus de détails sur l’influence des condi- tions expérimentales sur les caractéristiques des produits finals. En outre, des observations de MEB peuvent fournir
plus d’informations sur la morphologie et la taille des grains.
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