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Tout savoir des biomatériaux
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“ Sondé, branché, implanté, le corps est plus que jamais l’objet d’une technique qui repousse à chaque nouvelle découverte les limites biologiques qu’imposent maladie et handicap. Les biomatériaux et puces électroniques sont aujourd’hui mariés aux tissus vivants, modelant un corps qu’on hésite à qualifier d’entièrement humain (source : Cairn). ”
Biomatériaux, définition
“ Comme leur nom l’indique, les biomatériaux résultent d’une synergie entre plusieurs disciplines, telles que la science des matériaux et la biologie, ainsi qu’un ensemble de nouvelles techniques comme la biomécanique, la biophysique et la biochimie (source : Ville de Montréal, 2017). ”
Qu'entend-on par biomatériaux ?
La définition de biomatériaux d’après Wikipedia est la suivante : « Tout matériau, naturel ou non, comprenant tout ou partie d'une structure vivante ou d'un appareil biomédical qui exécute ou remplace une fonction naturelle » (source : Wikipedia).
En d'autres termes, un biomatériau est une substance (qu'elle soit métallique, polymère ou naturelle) insérée dans l'organisme afin de favoriser la guérison, la réparation ou le remplacement d'une partie du corps, à l'instar d'une prothèse dentaire ou d'une articulation synthétique.
À noter qu’il ne faut pas confondre biomatériau et matériau biosourcé. Selon le Larousse, un matériau est une « matière d'origine naturelle ou artificielle utilisée pour la construction des bâtiments » (source : Larousse). Ainsi, le terme biomatériau pourrait prêter à confusion, car il est parfois associé aux matériaux biosourcés, c’est-à-dire issus de ressources naturelles. Bien que couramment utilisé dans le secteur de la construction, ce terme s’applique également à d'autres domaines comme le textile, l’habillement ou encore les cosmétiques.
Que signifie « biocompatible » ?
“ Qualifie une substance ou un matériau qui, introduit dans un organisme vivant, n'engendre pas de réponse immunitaire défavorable et est donc apte à être en contact avec des tissus biologiques sans leur nuire (source : La Langue Française, 2024). ”
La biocompatibilité signifie donc qu’un corps, une substance, etc. peuvent être introduits dans le corps sans provoquer de réaction de rejet ou d’effet indésirable.
Les exemples les plus fréquents de biocompatibilité incluent les transplantations d'organes (comme le cœur ou le rein) ainsi que des objets du quotidien tels que les lentilles de contact et les sutures résorbables. Il va sans dire que le domaine médical regorge d'exemples, et les applications sont légion – s'étendant désormais à de nombreux autres secteurs avec des résultats toujours plus prometteurs.
Exemple concret de chaleur fatale dans les data centers
La chaleur fatale dans les datacenters provient principalement de l'activité des serveurs et des machines informatiques.
En fait, lorsqu'un serveur effectue des calculs ou des traitements de données, il utilise de l'électricité pour alimenter ses composants (processeur, carte mère, mémoire, disques, etc.). Une partie de cette énergie ne sert pas au travail “utile” et est transformée en chaleur. Ainsi, une fois cette chaleur produite, elle est évacuée par des ventilateurs ou des systèmes de refroidissement.
C’est à ce moment-là qu’on peut la récupérer, en captant l’air chaud ou l’eau chauffée avant qu’elle ne soit perdue.
Une fois cette énergie collectée, elle peut être soit valorisée et réintégrée dans le système, soit transformée en ressource énergétique (électricité), se rapprochant ainsi des panneaux solaires ou des pompes à chaleur, comme l'explique Data4 :
“ Les avancées dans ce domaine alimentent non seulement l'innovation dans divers secteurs, notamment les soins de santé, la biotechnologie et l'aérospatiale, mais contribuent également de manière significative à l'amélioration de la qualité de vie dans le monde entier (source : StudySmarter). ”
“ Quels sont les exemples de biomatériaux ? ”
Au-delà des cas les plus notables, comme les prothèses et implants médicaux, les biomatériaux ophtalmiques ou encore la greffe cardiaque, il convient de souligner que la France se démarque par une avancée significative grâce à l'élaboration du cœur artificiel Carmat ®.
Cette prouesse technologique témoigne des progrès de la biomédecine et de la biocompatibilité, mais révèle aussi ses limites : à ce jour, ce dispositif n’a pas encore pu fonctionner normalement plus de deux ans chez un patient (source : Pourquoi Docteur, 2025).
“ En cherchant à maîtriser le vivant, ces innovations soulèvent ainsi, en filigrane, la question fondamentale de la mortalité (source : Cairn, 2011). ”
NB : En dehors du secteur de la santé, les biomatériaux offrent aussi une alternative prometteuse dans le domaine environnemental. On les retrouve notamment dans les bioplastiques (utilisés pour la production de plastique) et dans les matériaux biosourcés employés dans l'industrie textile, comme le cuir vegan ou les alternatives pour la construction.
Dans le domaine de l’environnement, les biomatériaux contribuent de manière importante à la diminution des émissions de gaz à effet de serre produites par diverses activités (telles que le textile, la construction, etc.). Ces secteurs dépendent fortement des énergies fossiles et contribuent aux émissions de gaz à effet de serre en France (source : Ministères Territoires Écologie Logement, 2024).
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La recherche et l’analyse sur les biomatériaux
Les biomatériaux, une prouesse au service de l’exploration spatiale
Les futurs axes de recherche sur les biomatériaux s'orientent vers des applications innovantes dans l'exploration spatiale.
Cela inclut le développement de méthodes de biofabrication permettant de produire des matériaux directement dans l'espace, réduisant ainsi la nécessité de transporter des ressources depuis la Terre. De plus, l'exploitation de biomatériaux pour construire des équipements spatiaux, en utilisant des matériaux légers, durables et accessibles, est une priorité pour favoriser des installations autonomes et pérennes dans l’espace. Enfin, la création de matériaux biodégradables joue un rôle clé dans la gestion des débris spatiaux et permet de réduire l'impact environnemental des missions spatiales (source : Study Master).
Il est important de noter que l'examen de matériaux inspirés par la biologie ouvre également la voie à l'extraction de ressources sur d'autres planètes, favorisant la recherche et le développement à l'instar de SpaceX, qui aspire notamment à développer le transport interplanétaire et à établir des colonies humaines…
“ Des vaisseaux qui se réparent seuls afin de rester en orbite plus longtemps, des tenues d’astronautes capables de se régénérer avant une catastrophe, des habitats lunaires qui resteraient intacts après un impact de météorite…(source : L’Usine Nouvelle, 2024). ”
Quel est le rôle des analyses en laboratoire ?
Les analyses en laboratoire des biomatériaux permettent d'évaluer leur biocompatibilité, leurs propriétés physico-chimiques et leur comportement mécanique.
Ces tests sont essentiels pour garantir la sécurité et l'efficacité des matériaux avant leur utilisation dans des applications médicales. En effet, l’analyse en laboratoire détermine les interactions avec les tissus vivants, la résistance à la corrosion et la capacité à favoriser la régénération cellulaire. Ces tests garantissent la sécurité et l'efficacité avant l'implantation clinique et permettent d'optimiser les performances pour des applications spécifiques (e.g. prothèse métalliques, implants orthopédiques, etc…).
Ces analyses permettent d'identifier d'éventuelles réactions inflammatoires, toxiques ou allergiques, et d'optimiser les propriétés des matériaux pour des applications spécifiques, comme l'ingénierie tissulaire ou la libération contrôlée de médicaments.
Quels sont les matériaux biomédicaux ?
Dans le domaine médical, il existe trois catégories de biomatériaux.
La première regroupe les biomatériaux basés sur des polymères non naturels, comme le PMMA, le polyéthylène et les polyuréthanes. La deuxième inclut ceux à base de lipides ou d'éléments inorganiques, tels que les alliages métalliques de titane, les céramiques bioactives et les hydroxyapatites. Enfin, la troisième concerne les biomatériaux naturels issus de sources biologiques, comme le collagène, l'alginate et la chitine. Chaque catégorie présente des propriétés physico-chimiques et biologiques spécifiques qui déterminent leurs applications cliniques (source : Bio Integration).
Par ailleurs, dans le secteur médical, on peut citer l'usage des matériaux biomédicaux suivants :
- les matériaux biomédicaux dentaires, tels que la céramique dentaire, sont utilisés pour les couronnes et les prothèses en raison de leur solidité et de leur biocompatibilité ;
- le silicone médical – présent dans les implants mammaires, les valves cardiaques et divers dispositifs médicaux souples ;
- les biomatériaux osseux, tels que l'hydroxyapatite, sont utilisés pour les greffes osseuses afin de favoriser la régénération et l'intégration des implants dans le squelette.
- les biomatériaux en polymères biodégradables (ex. acide polylactique, acide polyglycolique, etc.) – employés pour les sutures résorbables et les dispositifs de libération contrôlée de médicaments.
L'évolution des matériaux biomédicaux dans le secteur médical est considérablement étendue et offre de nouvelles perspectives pour les traitements innovants.
“ Les nouveaux biomatériaux s’illustrent dans des domaines comme l’ingénierie tissulaire ou la médecine régénérative, le diagnostic médical précoce, le traitement cardiovasculaire, la nanochirurgie, la thérapie cellulaire et même la livraison ciblée de médicaments dans les tissus biologiques. Les développements émergents vont des nouveaux hydrogels aux matériaux intelligents avec des cellules souches, en passant par les résines dentaires biodégradables (Ville de Montréal, 2017). ”
Bibliographie
Matériaux, Larousse, https://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/mat%C3%A9riaux/49840
Biomatériau - LAROUSSE, Larousse, https://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/biomat%C3%A9riau/27101#:~:text=Substance%20ou%20mati%C3%A8re%20destin%C3%A9e%20%C3%A0,sont%20faites%20avec%20des%20biomat%C3%A9riaux.)
Quand la technique vient pallier les défaillances du vivant, 2011, Cairn, https://shs.cairn.info/revue-le-carnet-psy-2011-9-page-55?lang=fr
La Langue Française, 2024, Définition de biocompatible | Dictionnaire français, https://www.lalanguefrancaise.com/dictionnaire/definition/biocompatible
Cœur artificiel : pourquoi le record est toujours français grâce à Carmat, Pourquoi Docteur, https://www.pourquoidocteur.fr/Articles/Question-d-actu/50958-Coeur-artificiel-record-francais-grace-Carmat
Panorama français des gaz à effet de serre | Chiffres clés du …, Developpement-durable.gouv.fr, 2024, https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/chiffres-cles-du-climat-2023/9-panorama-francais-des-gaz-a#:~:text=Les%20transports%20sont%20le%20premier,d%C3%A9chets%20(3%2C8%20%25).
Les matériaux auto-réparants à la conquête de l’espace, L’Usine Nouvelle, 2024, https://www.usinenouvelle.com/article/les-materiaux-auto-reparants-a-la-conquete-de-l-espace.N2211822