La 3D ou fabrication additive est tout à fait différente des images 3D que l’on peut voir au cinéma ou sur certains téléviseurs. Elle consiste à construire des pièces en déposant l’une après l’autre des couches de plastiques grâce à un système qui ressemble beaucoup à une imprimante à jet d’encre commandé par un logiciel d’une représentation à trois dimensions de l’objet à construire.

On décrit les différents procédés de dépôts, les polymères et poudres métalliques d’alimentation des dépôts. Quelques exemples de réalisations sont illustrés et les débuts d’applications en biologie, notamment pour la fabrication de tissus d’organes, sont montrés. Ces nouvelles technologies sont appelées à un développement prodigieux non seulement pour les particuliers mais surtout pour l’industrie.

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Le texte passe en revue l’histoire de ce métal, objet de toutes les convoitises depuis l’antiquité. On rappelle la course des alchimistes à la recherche de la pierre philosophale et l’origine historique des monnaies et tributs. La production minière actuelle de l’ordre de 2 500 tonnes par an auxquelles s’ajoutent environ 1000 tonnes issues du recyclage.

Très électronégatif, il est quasi inerte chimiquement ; son usage dans la bijouterie et l’électronique est complété en chimie par les propriétés catalytiques des nano particules d’or. Son utilisation essentielle est la valeur refuge bancaire et la référence aux valeurs des monnaies nationales. Quelques paragraphes exposent les variations de son cours boursier et quelques avis ou anecdotes historiques.

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Les étapes du progrès des connaissances apparaissent très nettement en cristallographie.

Dès l’Antiquité les formes des cristaux suscitaient l’admiration. Mais c’est entre 1750 à 1850 que l’on trouve l’origine de la cristallographie géométrique avec la découverte de la loi des constantes d’angles entre les faces d’un cristal quels que soient son développement et les considérations de symétrie avec les 32 classes de symétrie réparties en 7 systèmes cristallins. C’est après la découverte des rayons X que l’on a mis en évidence les données relatives aux familles des plans réticulaires. L’aspect théorique a été introduit avec la notion du facteur de structure Fhkl : ce dernier a permis la compréhension structurale des polyèdres de coordination et des liaisons cristallines. Les cristaux organiques et biologiques ont pu être abordés avec l’introduction des grands instruments de mesure !

La description des solides est présentée ici de manière très pédagogique avec la présentation des solides métalliques, covalents, ioniques. Le passage du modèle à la réalité est explicité avec soin à l’aide de schémas de triangulaires très clairs ! La nature de la liaison chimique est primordiale pour la compréhension des édifices cristallins ; et pour expliquer les déformations des cristaux tels que les solides ioniques à base d’éléments de transition comme les spinelles, l’étude précise des configurations électroniques des atomes nécessaires !

Si un cristal est parfaitement ordonné en 3D, la création des défauts est inévitable : substitution d’atomes, création de lacunes, macles, glissements de plans.

La perovskite ABX₃ est un bon exemple d’écarts de structure avec l’étude des ordres des charges mais aussi celui des orbitales concernées. Les groupes CO₃, BO₃, NO₃ s’invitent dans les structures des cuprates supraconducteurs à haute température critique SHTc tels que l’exemple célèbre du (YBa₂) Cu₃O_7-α avec Tc = 94K avec une structure cationique déficitaire en oxygène. Les matériaux multi-ferromagnétiques tels que LuFe₂O₄ sont aussi caractérisés par des modifications des répartitions des charges Fe²⁺ et Fe³⁺.

L’article présente avec concision les définitions fondamentales de la cristallographie : maille, réseau de bravais, plans réticulaires, les éléments de symétrie des mailles des 7 systèmes cristallins ainsi que les groupes d’espace. De nombreuses annexes téléchargeables sur le site de L’Actualité Chimique sont disponibles, ce qui en fait une référence très pratique et de grande qualité !

La mise en place de catalyseurs innovants et efficaces nécessite une modélisation par la chimie théorique. La méthode de la théorie de la fonctionnelle de densité permet alors d’aborder des systèmes assez « grands » tels que des systèmes de plus de 1000 atomes et est la méthode de choix pour l’étude théorique des catalyseurs hétérogènes et de la réactivité catalytique. Il faut mettre au point des chemins de réaction.

La sélectivité de l’hydrogénation du butadiène sur le platine pour conduire exclusivement au butène et le profil des réactions sont proposés : l’étape clé est la deuxième hydrogénation du butadiène ! Ainsi le platine ne donne que 70 % de monosélectivité, alors que l’alliage Pt-Sn conduit alors à la monohydrogénation exclusive !!

Les dendrimères sont des polymères possédant une architecture arborescente tridimensionnelle et hyper-ramifiée. Trois stratégies de synthèse sont présentées : divergente à partir du cœur vers la périphérie, convergente à partir de la périphérie ou une combinaison des deux.

Les dendrimères ont des applications biomédicales, comme agents de contraste en imagerie médicale, ou sont aussi des nanovecteurs efficaces pour le transport d’agents de diagnostic, de médicaments ou de matériel génétique (un encadré spécial est dédié à ce transport), par encapsulation par exemple. Les dendrimères poly(amidoamines) ou PANAM sont issus d’un cœur triéthanolamine, les fonctions amines primaires externes sont liées entre elles par des liaisons amide et sont par conséquent protonées et peuvent participer aux interactions électrostatiques avec des molécules chargées négativement telles que les oligonucléotides. Ces dendrimères sont d’excellents transporteurs d’ADN ou peuvent inactiver des gènes. Les dendrimères poly(aminoesters) sont synthétisés sur le même schéma mais en remplaçant les fonctions amides par des esters qui deviennent alors des espèces biodégradables !

Les effluents hospitaliers sont les principales sources d’émission des résidus pharmaceutiques. Ils sont classés en groupes anatomiques et thérapeutiques. La gamme de concentration est très large : du ng/L à quelques mg/L. On peut définir un quotient de danger qualifiant son danger écotoxicologique.

Les quinze résidus pharmaceutiques les plus dangereux sont répertoriés sur le plan de l’écotoxicité, de la bioaccumulation dans les organismes aquatiques selon un code bien précis (ATC). Les structures moléculaires de ces résidus sont indiquées dans un tableau synthétique.

La maladie d’Alzheimer est la maladie neurodégénérative la plus fréquente. Deux types de lésions morphologiques sont observées post mortem chez les malades : des dégénérescences neurofibrilaires intracellulaires de protéine Tau, qui est la protéine qui constitue ce qu’on appelle le squelette du neurone, et des plaques amyloïdes extracellulaires, dites plaques séniles, qui sont des peptides amyloïdes constitués d’une quarantaine d’acides aminés. Or l’apparition des plaques séniles précède l’apparition de la protéine Tau et la cascade amyloïde.

L’agrégation des peptides dépend d’ions métalliques tels que Cu(II), Cu(I), Zn(II) et Fe(II) qui se complexent aux sites N-terminal des carboxylates et amides du peptide. Les géométries respectives des complexes sont des pyramides à base carrée et linéaires grâce à la flexibilité du peptide. Ces modifications de coordination sont rapides et impactent de façon néfaste les propriétés redox du complexe. Des exemples de coordination sont présentés sur les peptides humains en particulier.