rôle des polyelectrolyte dans la nucléation et la croissance des

RÔLE DES POLYELECTROLYTE DANS LA NUCLÉATION ET LA
CROISSANCE DES CRISTAUX DE CARBONATE DE CALCIUM
JADA Amane, JRADI Khalil
ICSI-CNRS-UHA, 15 rue Jean Starcky, B.P. 2408, 68057 MULHOUSE, FRANCE
[email protected]
Résumé
L’une des stratégies qui permet l’obtention des matériaux inorganiques, tels que les
phosphates et les carbonates de calcium ayant des tailles et morphologies contrôlées, consiste à
utiliser des tensioactifs, des polymères ou des protéines en tant qu’additifs présents dans le
milieu de cristallisation. En effet, la présence de ces derniers en faible quantité dans un milieu
sursaturée d’une espèce chimique en solution affecte la nucléation et la croissance cristalline
d’une manière assez complexe. L’efficacité de l’additif vis-à-vis d’une espèce cristalline
donnée dépend de sa structure chimique (masse moléculaire, densité des charges électrique, .)
et des interactions qu’il peut produire avec les surfaces du germe cristallin en croissance. Ainsi
dans le milieu de cristallisation, les interactions électrostatiques entre l’additif et les surfaces
chargées du germe cristallin rendent compte de l’inhibition sélective de croissance de certaines
faces. Cette inhibition de croissance des faces cristallines conduit à une modification de la
morphologie du cristal et à une diminution de la taille moyenne des cristaux.
L'analyse des poudres CaCO3 par diffraction des rayons X montre qu'en fonction de la
nature du polyélectrolyte et/ou de sa concentration, deux principales phases calcite ou vatérite
ou leurs mélanges, ont été observées. La fraction vatérite des particules CaCO3 préparées en
présence de l'additif, varie non seulement avec la nature de l'additif mais aussi avec sa
concentration. L’apparition de plusieurs phases de CaCO3 en présence du polyélectrolyte
suggère que la phase la plus instable (vatérite) se forme en premier lieu. Cette phase instable
peut donc être stabilisée par le polyélectrolyte quand ce dernier interagit efficacement avec l'un
des ions du cristal (complexation efficace) et réduit la sursaturation locale du milieu de
cristallisation. En absence d'additif, les images obtenues par la microscopie électronique à
balayage montrent des agrégats constitués de rhomboèdres de CaCO3 dont la taille est de l'ordre
de plusieurs microns. D'autres morphologies sphériques, semblables à des fleurs, et d'autres
ressemblant à des aiguilles ont été observées. Toutes ces morphologies dépendent de la nature
du polyélectrolyte:
L'ensemble des résultats montre le rôle joué par les polyélectrolytes dans le contrôle de la
nucléation et la croissance cristalline de cristaux de carbonate de calcium. Les paramètres
structuraux du polyélectrolytes qui affectent la nucléation et la croissance des cristaux de
CaCO3 sont la masse moléculaire et la densité de charge. Le mode d'action du polyélectrolyte
dans la cristallogenèse du CaCO3 implique la complexation de l'un des ions du cristal par les
groupes chargés du polymère et l'adsorption de ce dernier sur des faces cristallines en
croissance.