Cristaux synthétiques bio-inspirés
Auteur / Autrice : | Clémentine Colas |
Direction : | Corinne Chevallard, Virginie Chamard |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie |
Date : | Soutenance le 28/06/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Institut Fresnel (Marseille, France) |
référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....) | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-….) | |
Jury : | Président / Présidente : Brigitte Pansu |
Examinateurs / Examinatrices : Thierry Azaïs, François Guyot, Damien Faivre | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Azaïs, François Guyot |
Mots clés
Résumé
Les biominéraux calcaires présentent une grande variété de formes et de fonctions biologiques, mais également un certain nombre de traits structuraux communs. En particulier, ils apparaissent, dans leur grande majorité, comme formés d'un assemblage de nanoparticules cristallines sphéroïdales, tout en ayant des propriétés cristallines voisines de celles d'un monocristal. La compacité de cette nanostructure suggère l'existence d'un transitoire liquide précédant la formation d'un état amorphe, quant à lui démontré dans un certain nombre de cas. Le chemin de cristallisation, qui mettrait ainsi en jeu des états intermédiaires typiques des processus de cristallisation dits non-classiques, n'est pas entièrement établi à ce jour. En particulier, l'existence d'une phase liquide enrichie en ions reste complexe à démontrer in vivo. Afin d'évaluer la pertinence d'une telle hypothèse, une approche basée sur un modèle synthétique incluant une phase liquide dense a été utilisée. Des films de carbonate de calcium amorphes d'épaisseur sub-micronique ont été produits par diffusion de CO₂ gazeux dans une solution calcique en présence de polyelectrolyte anionique. Le mécanisme de formation des films, associant le développement d'un motif 2D par séparation de phase liquide-liquide et l'agrégation irréversible de nanoparticules amorphes formées en solution, a été démontré. Les films amorphes ont été cristallisés par chauffage, exposition à une humidité relative contrôlée, ou vieillissement dans le milieu réactionnel. La caractérisation de ces cristaux 2D, notamment par ptychographie de Bragg, a permis de décrire les mécanismes de transition amorphe-cristal et préciser les propriétés cristallines pour chaque condition de cristallisation. Certains cristaux présentent des propriétés très semblables aux cristaux biogéniques, appuyant ainsi l'hypothèse d'un intermédiaire liquide dans la biominéralisation calcaire.