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Actualités scientifiques


1er septembre 2017


Une nouvelle microscopie éclaire la formation des biominéraux



Il y a du minéral dans l’animal, mais la production de cristaux par les organismes vivants reste mal comprise. Des chercheurs de l’Institut Fresnel, des laboratoires NIMBE et GEOPS, du synchrotron Soleil et de l’ESRF ont utilisé une nouvelle forme de microscopie pour comparer différents modèles théoriques sur la formation des biominéraux. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Materials.


Pour leurs os, dents et coquilles, les humains et énormément d’animaux sont capables de produire des biominéraux extrêmement complexes. Ces structures disposent d’une remarquable diversité aux échelles macro et micrométrique. À l’échelle nanométrique cependant, les biominéraux se caractérisent presque toujours par des granules cristallins d’entre 50 et 500 nm. Cela laisse penser que, à cette échelle, le mécanisme de fabrication est commun à tous les biominéraux. Or les formes obtenues ne correspondent pas aux théories de cristallisation classique, où la croissance part d’un premier cristal de quelques atomes et génère des facettes nettes et bien définies.


Des chercheurs de l’Institut Fresnel (CNRS/Aix Marseille Université/École Centrale Marseille), des laboratoires Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l’énergie (NIMBE, CNRS/CEA) et Géosciences Paris-Sud (GEOPS, CNRS/Université Paris-Sud), du synchrotron Soleil (CNRS) et de l’Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) ont exploité une toute nouvelle microscopie en rayons X pour révéler le secret de fabrication des biominéraux. La ptychographie de Bragg, développée en 2011 par l’Institut Fresnel à partir d’une source synchrotron, est sensible aux propriétés des cristaux, non destructive et fournit des données en trois dimensions. Aucune autre technique ne remplit ces trois conditions. Elle a dévoilé l’organisation cristalline de la calcite sur une coquille de l’huître perlière. Au lieu de cristaux parfaits, les cristaux présentaient de légères déformations et différences d’orientation. Cet agencement plaide en faveur de la production d’un précurseur liquide amorphe, qui ne se cristallise que dans un second temps. Ces travaux, qui ont bénéficié de bourses ANR et ERC Consolidator, ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la biominéralisation, tant en science des matériaux et de l’environnement qu’en paléoclimatologie.

© Institut Fresnel

© Institut Fresnel
Image tridimensionnelle des propriétés cristallines d’un prisme cristallin constituant la coquille d’une huitre perlière. (A) L’huitre perlière et (B) sa structure prismatique en bord de coquille. (C) La zone sondée (en jaune) à l’intérieur d’un prisme. Mise en évidence de domaines de rotations (D) et déformations (E) à l’intérieur du biominéral « mono-cristallin » Adaptée de F. Mastropietro et al., Nature Materials (2017).




Références :

Revealing crystalline domains in a mollusc shell single-crystalline prism
F. Mastropietro, P. Godard, M. Burghammer, C. Chevallard, J. Daillant, J. Duboisset, M. Allain, P. Guenoun, J. Nouet & V. Chamard
Nature Materials (2017)
doi:10.1038/nmat4937

 


Contact chercheur :
Virginie Chamard - Institut Fresnel


Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr


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