Les biomatériaux (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

« de recyclage et de main d'œuvre que l'utilisation de ce dernier entraîne font qu'aujourd'hui, ces biomatériaux commencent à être compétitifs.

L'EMBALLAGE MÉNAGER le secteur de l'emballage et du condition­nement s'est rapidement intéressé aux biomatériaux qui présentent une grande perméabilité et une bonne résistance.

On trouve déjà des barquettes rigides, des pots de yaourts, des films et filets pour les fruits et légumes , sandwichs, sucreries, pains et pâtisseries ...

Des films transparents sont aussi proposés pour l'emballage non alimentaire.

Dans la restauration, les biomatériaux vont pouvoir être produits pour la fabrication d'assiettes et couverts de pique-nique et de restauration rapide.

les biopolymères sont aussi utilisés comme produits de calage, pour le transport de produits fragiles ou encombrants, notamment en Allemagne, aux États-Unis et en France.

Ils prennent alors la forme de chips à base d'amidon.

Un produit repris pour être commercialisé sous forme de jeu : les chips colorées servent d'unité de construction.

DES FREINS AU DÉVELOPPEMENT Pour atteindre les perspectives de développement espérées, les spécialistes vont devoir lever plusieurs verrous .

Premier obstacle : le coût de production .

Pour une même utilisation, un matériau biodégradable est toujours de 1 à 10 fois plus cher qu'un plastique d'origine pétrochimique .

D'autre part, certains biomatériaux ne sont pas toujours convaincants : les performances techniques sont encore insuffisantes en comparaison avec les produits déjà existants, pour certains emballages ménagers par exemple.

le compte à rebours du départ de la biodégradtdion du matériau n'est pas toujours maîtrisé .

Prenons un pot de yaourt en biopolymère.

Tout fonctionne bien quand le pot se dégrade dans la poubelle.

Mais.

s'il commence à se décomposer avant même d'être arrivé dans un magasin , c'est la catastrophe.

Ce problème s'est posé en Allemagne pour un fabricant qui a alors décidé d'arrêter l'expérience .

Selon les procédés de fabrication, il est aujourd'hui possible de régler grossièrement le début de la dégradation , de quelques jours à quelques mois après fabrication .

là encore, la recherche doit affiner les procédés.

Autre frein : du côté des gouvernements, la législation n'est pas incitative.

Une prise de position franche visant à promouvoir ou à imposer l 'utilisation de certains biomatériaux permettrait de lancer le marché .

DES PERSPECTIVES ENCOURAGEANTES Depuis 2002, l'intérêt porté aux biomatériaux est perceptible.

les campagnes de sensibilisation à la protection de l'environnement portent leurs fruits et la demande du public pour des matériaux « écologiques" est de plus en plus forte .

Du côté des industriels , les nombreux brevets déposés sont signe de l'ampleur du mouvement.

les biomatériaux disposent de larges marchés puisqu'ils sont attendus dans le secteur automobile et aérospatial pour remplacer la fibre de verre dans les plastiques composites.

Si la production de matériaux biodégradables était de 450 tonnes en 1990, les spécialistes prévoient une production de 5 millions de tonnes par an à l'horizon 2020.

Avec une croissance annuelle d'environ 60 %, les biomatériaux représentent un marché particulièrement prometteur et un enjeu environnemental majeur .

LES AUTRES BIOPRODUIT5 les biomatériaux font partie de la famille des bioproduits.

Première filière, les biocarburants sont en train d'émerger dans le monde entier.

le diester et l'éthanol sont fabriqués à base de colza , tournesol.

betterave ...

Pour le moment ils ne remplacent pas l'essence et le gazole mais y sont incorporés en petite quantité .

Deux directives européennes devraient pourtant faire changer les choses : le pourcentage de biocarburant incorporé devra atteindre 2 % en 2005 puis 5.75 % en 2010 .

Pour la production d'énergie, les biocombustibles comme le bois et les combustibles d'origine fossile (charbon, gaz naturel.

..

).

Les industries chimiques, pharmaceutiques et cosmétiques se tournent aujourd'hui vers les biomolécules pour fabriquer leurs produits .

Ces molécules synthétisées à partir de matières premières végétales sont utilisées pour le développement de lubrifiants, graisses et huiles ; de tensioactifs (molécules au pouvoir émulsionnant.

adoucissant, mouillant ou détergent) et de solvants.

Dans le milieu médical, les biomatériaux sont définis comme des matériaux non vivants, conçus pour interagir avec un système biologique (un organe, des cellules du corps humain) , comme implants permanents (prothèse) ou lors d 'un contact temporaire (outils médicaux , fil de suture ...

) Du gel au métal , d'origine synthétique ou naturelle, plusieurs sortes de matériaux peuvent convenir.

Une condition doit être remplie :la biocompatibilité .

C'est-à-dire avoir des caractéristiques physico-chimiques les plus proches possibles des propriétés du milieu vivant dans lequel le biomatériau va s'insérer .

le matériau ne doit pas provoquer de réaction cancérigène ou de rejet , et ne doit pas être toxique.

les biomatériaux ne se définissent donc pas par une nature particulière mais par l'usage auquel on les destine .

Parmi les biomatériaux les plus utilisés, on trouve : des métaux et alliages métalliques , des céramiques, des plastiques, des matériaux composites , le collagène, la cellulose ...

Il s intervie nn ent dans la plupart des secteurs de la chirurgie réparatrice .

avec les implants mammaires en notamment le sang-, requièrent des récipients qui ne les contamineront pas.

Les biomatériaux sont donc partout.

REMPLACER LES OS ET LES DENTS les tissus osseux et dentaires possèdent des caractéristiques semblables.

On retrouve donc les même biomatériaux en chirurgie réparatrice orthopédique et odontologique.

Les premières dents artificielles connues ont été découvertes sur des crânes mayas .

Elles étaient en nacre.

Aujourd'hui, ce sont les céramiques renforcées avec des fibres de verre qui se sont imposées comme matériau répondant au mieux aux contraintes spécifiques des prothèses dentaires : le contact direct et prolongé avec la mâchoire , susceptible d'engendrer des phénomènes de rejet.

Les prothèses osseuses répondent elles­ aussi à des contraintes physiques très fortes.

Une prothèse de hanche , par exemple, doit être capable de supporter le poids du corps sans se déformer et sans s'user.

À l'origine en alliage à base d'or , de platine ou de mercure , puis en acier inoxydable , leur composition a évolué.

les métaux subissent une corrosion importante au contact du milieu vivant.

les alliages de titane ont donc pris le pas sur les autres métaux et sont toujours utilisés.

Classiquement, une prothèse de hanche est aujourd 'hui constituée d'une bille en alliage de cobalt et de chrome, supportée par un tronc en titane fixé directement dans le fémur .

Cette bille s'articule au niveau de la hanche dans une cavité en polyéthylène .

Pour sceller la prothèse dans la hanche, un " ciment » est nécessaire .

Il est de préférence en céramique puisque les polymères sont déformables et s'usent rapidement.

LENTILLES ET IMPLANTS OCULAIRES Pour que les lentilles de contact n 'irritent pas l'œil , il a été néce ssaire de fabriquer un biomatériau adapté.

Les premiers essais remontent à 1949, avec des modèles en polyméthacrylate de méthyle , pour corriger la myopie .

Mal tolérées , elles sont désormais remplacées par des lentilles hydrophiles (elles contiennent jusqu 'à 70% d'eau).

leur perméabilité à l'oxygène et au C02 permet une bonne respiration de la cornée .

Leur principal défaut est qu'elles doivent être souvent nettoyées et stérilisées.

la recherche travaille donc à fabriquer de nouveaux biomatériaux , permettant un port permanent.

Côté chirurgie, les implants oculaires se sont largement répandus depuis une quinzaine d'années.

la technique et les biomatériaux développés sont bien au point, notamment pour le traitement de la cataracte.

UN PEU D'HISTOIRE C'est sur des momies égyptiennes datant de l'Antiquité qu'ont été retrouvées les premières traces d'implantation de matériaux dans le corps humain à des fins thérapeutiques.

Des pier res taillées et des pièces métalliques servaient alors à obstruer le crâne après trépanation.

Ensuite , il faut attendre le début du XVIII' siècle pour que les chirurgiens aient recours aux boyaux d'animaux (catg ut), pour suturer les plaies après opération chirurgicale.

Dès la Seconde Guerre mondiale, la fabrication et l'usage des biomatériaux s'est démocratisée avec les clous et plasma sang uin.

les années 50 ont vu l'avènement des prothèses de la hanche et des stimulateurs cardiaques implantés .

CHIRURGIE VASCULAIRE les biom atériaux interviennent également dans la chirurgie vasculaire, et plus spécifiquemen t dans l'élabora tion de vaisseaux sanguins synthétiques.

On fabrique ainsi des prothèse s tubulaires pour le traitement des ané­ vrismes et des throm­ boses .

Les matér iaux utilisés doivent être particu­ lièrement flexibles et assurer un diamètre constant en toute circonstance afin que le sang puisse continuer de circuler normalement.

Pour ce faire, on utilise le Dacro n, un polyester bien connu de l'indu strie textile, ou encore le polytétra fluoroéthylène expansé .

Cependa nt.

bien que ces matériaux réponde nt à la contrainte de flexibilité , il subsiste toujours des problèmes de form ation de caillots dans ces vaisseau x, problèmes liés à la nature des paro is.

DES MATÉRIAUX BIOACTIFS Après implantation dans l'organisme , le matéri a u reste un élément étranger.

Actuellement , on recherche le moyen pour l'intégrer progressivement aux tissus et le faire interagir positivement avec le m ilieu vivant qui l'entoure.

Il est possible, par exemple, de traiter la surface avec une couche à base de protéine s pour maintenir la cohérence entre tissus et prothèse.

La nouvelle génération de biomatériaux comprendra des matériaux bioactifs capables de recevoir et d'interpréter des mes sages (biochimiques par exemple) émis par l'organisme du patient.

Ce serait un pas vers l'élaborat ion d'organes artificiels.. »