Plusieurs grandes voies de synthèse sont utilisées pour la préparation des apatites : la précipitation en voie aqueuse, la réaction solide-solide (voie sèche), la réaction en sels fondus, le procédé sol-gel, la voie des ciments.
Réactions en phase aqueuse
Les synthèses en phase aqueuse se font selon deux procédés différents : la méthode par double décomposition et la méthode par neutralisation. Ces procédés sont actuellement utilisés pour la production industrielle d’apatite.
La méthode par double décomposition [Hayek E.; 1963 ; Trombe, 1972 ; Arends, 1987] consiste à ajouter de façon contrôlée une solution du sel de cation Me dans une solution du sel de l’anion XO4. Le précipité est ensuite lavé et séché. Cette technique permet également d’obtenir des apatites mixtes (contenant deux cations différents) avec une maîtrise du rapport Me1/Me2. Les cations sont introduits simultanément dans le réacteur avec le rapport Me1/Me2 désiré, cela permet d’éviter une ségrégation lors de la précipitation. Les principaux inconvénients de cette méthode viennent de sa mise en œuvre qui nécessite beaucoup de matériel, et de sa vitesse de synthèse qui est plutôt lente.
La méthode par neutralisation consiste à neutraliser une solution de lait de chaux en y ajoutant une solution d’acide phosphorique. Cette réaction permet d’obtenir rapidement de grandes quantités d’hydroxyapatite phosphocalcique avec peu de matériel [Trombe, 1972 ; Osaka, 1991]. Il est également possible de synthétiser des fluorapatites.
Réactions en phase solide
La synthèse par réaction solide-solide consiste à chauffer un mélange réactionnel, constitué des divers sels des cations et des anions, dans un rapport Me/XO4 égal à 1,67. Ce mélange doit être parfaitement homogène pour permettre une réaction totale. La synthèse d’une fluorapatite phosphocalcique peut être effectué, par exemple, à partir de phosphate tricalcique et de fluorure de calcium selon la réaction suivante [Wallaeys R, 1952] :
3 Ca3(PO4)2 + CaF2 ------------------------------------- Ca10(PO4)6F2
Cette réaction s'effectue à 900 °C pendant plusieurs heures.
Dans le cas d’une réaction solide/gaz, le gaz provient soit de la sublimation d’un sel solide contenu dans le mélange réactionnel : la synthèse peut alors s’effectuer dans une enceinte fermée, soit par un apport extérieur sous forme d’un balayage du gaz réactif par exemple.
Réactions en sels fondus.
Cette méthode permet de se rapprocher des conditions de synthèse de certaines apatites naturelles. Des phosphates métalliques à structure apatitique ont ainsi été préparés. On a pu ainsi obtenir des cristaux qui sont le plus souvent mélangés à l’excès de réactifs de départ.
Réactions sol-gel.
Le procédé sol-gel est basé sur la polymérisation de précurseurs organométalliques de type alcoxydes M(OR)n. Après une hydrolyse contrôlée de cet alcoxyde en solution, la condensation des monomères conduit à des ponts oxo puis à un oxyde organique. La polymérisation progressive de ces précurseurs forme des oligomères puis des polymères en augmentant ainsi la viscosité. Ces solutions polymériques conduisent à des gels qui permettent une mise en forme aisée des matériaux (films denses et transparents, poudres ultra-fines, céramiques, ...) avec de nombreuses applications technologiques [Livage, 1992].
Réaction liquide/solide : la voie des ciments.
Les ciments phosphocalciques sont des ciments hydrauliques minéraux qui font prise grâce à des réactions acido-basiques entre des phosphates de calcium à caractère acide et des phosphates de calcium à caractère basique pour donner une hydroxyapatite phosphocalcique en phase unique.
