Etude physico-chimique d'une nouvelle famille de matériaux mixtes ortho- et pyro-phosphates de calcium à visée biomédicale

Ce mémoire porte sur l'étude de nouveaux matériaux amorphes mixtes orthophosphate et pyrophosphate de calcium et de sodium qui présentent un intérêt pour des applications en tant que biomatériaux de régénération osseuse du fait de la présence des ions ortho- (briques élémentaires pour la formation d'apatite biologique) et d'ions pyrophosphate (hydrolysables en orthophosphates à pH acide ou par action d'enzymes présentes dans le tissu osseux). Ces matériaux sont élaborés par chimie douce incluant le passage d'une solution à un gel puis à un solide. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'effet de différents paramètres de synthèse en vue de déterminer les mécanismes de formation de ces matériaux originaux et de décrire leur structure. En particulier, nous avons étudié l'effet de la composition relative de la solution initiale en précurseurs phosphates (différents ratios molaires en ions ortho- et pyrophosphates) et de la température de séchage lors de la dernière étape du protocole d'élaboration sur la composition et la structure du matériau final en mettant en œuvre différentes techniques de caractérisation complémentaires et à différentes échelles (DRX, MEB, MET, spectroscopie Raman, ATG/ATD, RMN du solide, analyses chimiques). Dans un premier temps, nous montrons qu'il est possible de contrôler la composition du matériau final à partir de celle de la composition de la solution initiale de précurseurs phosphates. Les compositions extrêmes étudiées (100% pyro- et 100% ortho-) conduisent à une phase plus ou moins bien cristallisée : la canaphite a et l'apatite nanocristalline, respectivement. En revanche, tous les matériaux élaborés à partir d'une solution de composition intermédiaire (mixte ortho- et pyro-) sont amorphes et leur composition a été déterminée ce qui a permis de proposer une formule chimique générale pour ces matériaux amorphes mixtes ortho et pyrophosphates de calcium et sodium hydratés. Il a été possible de préciser certaines hypothèses, comme l'effet inhibiteur de l'ion pyrophosphate sur la cristallisation de l'orthophosphate de calcium (et vice-versa), qui contrôle la structure du matériau final (amorphe ou cristallin) et ce pour une grande gamme de compositions de matériaux. La caractérisation fine par RMN du solide et par MET ont permis de mettre en évidence une formation de type colloïdale de ces types de matériaux et pouvant s'appuyer sur le modèle de cluster de type Posner. Dans un second temps, nous montrons que la température de séchage, est un paramètre contrôlant l'état d'hydratation de ces matériaux mais aussi la réaction d'hydrolyse interne des ions pyrophosphate en ions orthophosphate au sein du matériau ainsi que la réaction inverse de condensation des ions ortho- en ions pyrophosphate vers 400°C.[...]