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Séminaire Aurélien Gourrier

Apport de la micro-imagerie par contraste de diffusion de rayons X pour l’étude de l’ultrastructure des tissus osseux


Aurélien Gourrier

Laboratoire de Physique des Solides
CNRS et Université Paris-Sud

De par l’impact sociétal des pathologies osseuses, il existe actuellement un consensus dans le domaine biomédical sur la nécessité de mieux évaluer la « qualité » des tissus osseux. Du point de vue de la science des matériaux, la problématique soulevée réside essentiellement dans une meilleure compréhension de la structure de l’os aux échelles meso- et nanoscopiques et de son influence sur les propriétés mécaniques. À ce niveau de la hiérarchie, le tissu est constitué de microfibrilles de collagène renforcées par des particules de phosphate de calcium de 3-5 nm d’épaisseur. La taille, la forme et la distribution des nanoparticules minérale, ainsi que leur orientation au sein de la matrice organique constituent donc des paramètres clés dans l’étude de l’ultrastructure osseuse.

Ceci implique l’utilisation de méthodes analytiques permettant d’atteindre des résolutions spatiales de l’ordre du nanomètre. L’AFM et la MET permettent d’atteindre la résolution désirée, mais seulement sur des zones très localisées (typiquement 1 µm2). Or les microfibrilles sont organisées suivant des schémas spécifiques sur des distances pouvant aller jusqu’à quelques centaines de microns. De plus, les fluctuations inévitables de cette organisation, qui pourraient par ailleurs avoir un rôle biologique, résultent invariablement dans des microstructures très hétérogènes.

Une caractérisation précise du tissu nécessite donc, en outre, d’imager des régions pouvant atteindre plusieurs cm2. L’imagerie SAXS par balayage constitue donc un outil unique pour ce type d’études. Cette technique permet d’acquérir des données SAXS en chaque point de la zone d’un échantillon balayée par un microfaisceau de rayons X. Une image globale est ensuite reconstruite, où l’intensité des pixels correspond à la mesure d’un paramètre structural obtenu par l’analyse du cliché SAXS (résolution 1–60 nm) et la taille du pixel est déterminée par les dimensions du faisceau (Ø 0.1–10 µm sur ID13 à l’ESRF) de rayons X. De par les progrès récents dans l’optique pour le rayonnement X synchrotron et dans le développement de détecteurs, cette méthode devient hautement compétitive avec des techniques plus traditionnelles.

Le principe général de cette méthode sera présenté ainsi que des résultats récents portant sur la caractérisation de la phase minérale au sein de tissus humains fortement remodelés et sur les relations structure-propriétés mécaniques.