Après avoir présenté le rôle majeur du fer et de ses oxydes dans la (bio)géochimie et l’environnement, et en particulier leur implication dans de nombreux processus biologiques, nous avons discuté brièvement des processus de formation des oxydes de fer dans les milieux naturels et au laboratoire. Ces processus dépendent principalement de phénomènes acido-basiques, d’oxydoréduction, photochimiques et de la médiation microbienne. Parmi les oxydes et oxyhydroxydes de fer, il existe une douzaine de types structuraux (magnétite, ferrihydrite, goethite, hématite, lépidocrocite, etc.) dont un grand nombre est impliqué dans les processus de biominéralisation. Dans une seconde partie, nous avons fait un bilan de ce qui est connu de ces processus dans le cadre des biominéraux formant les dents des mollusques brouteurs tels que les chitons et les patelles. Les chitons sont des mollusques marins qui utilisent des dents fortement minéralisées et ultradures pour se nourrir d’algues collées sur les roches. Pour remplir cette fonction, les dents de chiton doivent être dures et résistantes à l’usure. Des analyses microscopiques et spectroscopiques modernes combinées avec des simulations par éléments finis permettent de mieux comprendre le processus de biominéralisation, de tester les caractéristiques ultrastructurales et d’analyser les relations structure-propriétés mécaniques dans les dents entièrement minéralisées du chiton. Les propriétés mécaniques impressionnantes obtenues résultent d’une structure hybride chitine-minéral hiérarchiquement arrangée et constituée de tiges nanostructurées de magnétite fortement orientées, qui entourent un noyau mou de phosphate fer riche en phase organique. Durant la minéralisation, la coque extérieure rigide de la dentition radiculaire du chiton stelleri subit quatre étapes distinctes de transformation structurale et de phase :
1) la formation d’une matrice organique cristalline d’α-chitine qui forme le cadre structural de la couche non minéralisée ;
2) la synthèse d’agrégats cristallins de ferrihydrite le long de ces fibres organiques ;
3) la transformation ultérieure en phase solide de la ferrihydrite en magnétite ;
4) la croissance progressive des cristaux de magnétite pour former des barres parallèles continues au sein des dents matures.
La matrice organique d’α-chitine sous-jacente semble avoir une influence sur la densité de l’agrégat cristallin de magnétite et sur le diamètre et la courbure des tiges résultantes. Ces éléments jouent probablement un rôle critique dans la détermination des propriétés mécaniques locales des dents radulaires matures. En comprenant les effets des architectures nanostructurées observées dans la dent du chiton, des matériaux résistant à l’abrasion peuvent être développés pour l’usinage, ainsi que des revêtements fonctionnels pour le matériel et les implants médicaux.
