Frédéric Bard

Essaid Bilal
email: bilal@emse.fr

SEMI-BATCH PRECIPITATION OF CALCIUM SULFATE DIHYDRATE FROM CALCITE AND SULFURIC ACID

Keywords: calcite, reactivity, semi-batch, experiment, gypsum, sulfuric acid, industrial waste

The present work focuses on the physical and chemical aspects of a semi-batch precipitation of gypsum by injecting a calcite suspension to a sulfuric acid solution from industrial waste. The morphology of the precipitated crystals evolves from a needle-like shape to a platelet-like shape when temperature is increased from 25 to 90°C; when the initial concentration of the acid is increased from 15 to 30 wt%; or when the inlet flow of the suspension of calcite is decreased from 20 down to 5ml/min. The mean particle size increases from about 15 µm to about when temperature is increased from 25 to 90 °C and to about 160 µm when the inlet flows is decreased to 5 ml/min. A decrease in the speed of the propeller below 400 rpm is to be avoided as it induces the apparition of an undesired small sized crystal population to the detriment of the desired big sized crystal population. Apparent density of synthesized powders is affected by none of the parameters investigated but the inlet flow of the suspension which, being decreased from 20 to 5 ml/min, leads to an increase in the apparent density from 0.3 to 0.5. For each experiment, pH in water solution is about 8. Investigations are conducted on the influence of three calcite batches: two high purity calcites A1 and A2 from Urgonien limestone and a calcite B from Corbières limestone with high magnesium content. The presence of magnesium is suspected to lower the crystal size by inhibiting crystal growth, as mean particle size and apparent density are found to be smaller with a magnesium-rich calcite than with a high-purity calcite. Seeding experiments were conducted but did not show any enhancement in the mean particle size and in the apparent density.

INTRODUCTION

Gypsum is a mineral compound of first importance in the formulation of a wide range of building materials. To make up for the long term depletion of its natural resources, building material industry head more and more toward gypsum byproduced in other industrial sectors. Today, among such products, some are already added in different percentages to natural gypsum (phosphogypsum, desulfogypsum and titan-gypsum for example). Though, some other are still studied, especially gypsum produced by neutralizing sulfuric acid with lime. That neutralization process is frequently encountered in mining, metal or dye industries.

Nevertheless, if a lot of papers about gypsum crystallization thermodynamics and kinetics have been edited since the last decades (among them [START_REF] Marshall | Thermodynamics of calcium sulfate dihydrate in aqueous sodium chloride solutions, 0 -110°C[END_REF][START_REF] Witkamp | Growth of gypsum. I. Kinetics[END_REF][START_REF] Freyer | Crystallization and phase stability of CaSO 4 and CaSO 4 -based salts[END_REF], very few contributions can be found in literature on the topic of calcium sulfate dihydrate precipitation from sulfuric acid taken as industrial wastewater and containing electrolytes at different valences [START_REF] Singh | Investigation of waste gypsum sludge for building materials[END_REF][START_REF] Gominšek | Continuous precipitation of calcium sulphate dehydrate from waste sulfuric acid and lime[END_REF]. The aim of the present work [START_REF] Bard | Etude des paramètres régissant la synthèse du gypse sulfurique[END_REF][START_REF] Bard | Influence of operating parameters of calcium sulfate dihydrate from calcite and sulfuric acid[END_REF] is to lay the basis of a process for the production of synthetic gypsum valuable in plaster industry, and precipitated from sulfuric acid and limestone instead of lime to lower production costs. We investigated the influence of operating parameters, the particle size distribution of the calcite and the influence of its composition.

EXPERIMENTAL STUDY

For each semi-batch experiment, a 20 wt% (250g.l -1 ) calcite suspension is injected in a 2l jacked reactor initially containing a sulfuric acid solution at desired concentration. A liquid organic compound, stable in the temperature range of this study, is used for thermal regulation by flowing through the reactor's jacket with the assistance of a heating/cooling circulator bath. The calcite suspension is injected with a programmable peristaltic pump set at the desired inlet flow. When neutralization of the acid is almost reached, the resulting slurry is removed from the reactor and filtered. The liquid phase is stocked in a dedicated acidic waste tank, while the solid phase is washed with tap water (1l for 100g of solid) and dried at 50°C for at least 24h.

When dried, solid samples are broken up with caution in a mortar and finally analyzed. Their purity is controlled by FT-Infrared spectrometry and X-ray diffraction. Their shape is studied by scanning electron microscopy and their mean particle size determined by laser diffraction in wet medium. The apparent density of the powder samples is measured by the so-called «loose density» method, which consists in measuring the mass of a known volume of powder poured in a drum without cramming the solid into. This operation is accomplished in a 500 ml glass drum with a glass funnel to pour the powder through and a glass stick to level it. The pH of a slurry made of water and solid in a ratio of 20 ml of pure water for 1g of gypsum is measured after 15min mixing with a combined pH probe.

RESULTS

Influence of temperature and acid concentration

We have been studied crossed effects of temperature (25, 70, 80 and 90 °C) and acid concentration (15, 20 and 30 wt%). FTIR spectrometry and XRD confirmed that only gypsum has been precipitated. From SEM (Fig. 1, 2, 3) images, we observed that increasing the temperature at constant initial acid concentration leads to an evolution of the crystal shape from an acicular (i.e. needle-like) to a tabular (i.e. platelet-like) type. In the meantime, at constant temperature, an increase in initial acid concentration seems to result in decreasing the length/width ratio of synthesized crystals. For each solid sample 5 g of washed and dried gypsum has been introduced in 100 ml of pure water and kept 15 minutes in suspension. Measured pH is around a value of 8 for all solid samples (Table 1). From laser diffraction sizing (Table 2), the mean particle size (d 50 ) of the formed solid has been found to increase with the temperature at constant initial acid concentration. On the other hand, the effect of the initial acid concentration at constant temperature is to be neglected. We can also assume that the temperature has the major effect on morphology and size of the precipitated crystals.

We suppose that this constancy despite differences in process parameters setting resides in the fact that all samples have been plentifully washed after filtration. All powder samples present an apparent density of about 0.28 (Table 3). We can also assume that initial acid concentration and temperature have no influence on this powder's characteristic.

Influence of the agitation of the reacting medium

The effect of the propeller's rotation speed ω (in rpm) generating the medium's agitation has been studied at 90 °C. It has been found to have neither influence on the crystals' shape and size (Fig. 4) nor on powder's apparent density (Table 4). As turbulence decreases appears a new population of smaller particles to the detriment of the former one (Fig. 5). We noticed that the lower the acid's initial concentration, the stronger this phenomenon. This could possibly explain the increasing discrepancy between the mean particle sizes of the two populations as initial acid concentration decreases (Table 5).

Influence of the inlet flow of calcite suspension

Influence of the inlet flow of the 20 wt% calcite suspension has been studied at 90 °C with an initial acid concentration of 15 wt% and a propeller's radial speed of 400 rpm. We observed a decrease in the length/width ratio while decreasing the inlet flow from 20 ml/min down to 5 ml/min (Fig. 6). We also noticed an increase in the contrast between the particle populations located at about 20 µm and 100 µm, coupled with an increase in the mean particle size as the inlet flow of the calcite suspension decreases (Fig. 7 and Table 6). We also observed that the mean particle size of the precipitated gypsum increases as the inlet flow decreases. We supposed that this increase in particle size is linked to the evolution of supersaturation.

Indeed, the slower calcium is added to the reacting medium trough the dissolution of injected calcite suspension, the lower the maximum supersaturation will be. Since a high supersaturation favors a high nucleation rate (that is to say the production of numerous but small crystals) we assume that decreasing the inlet flow of calcite suspension leads to the generation of a weaker supersaturation and then to the production of less numerous but bigger crystals.

As the inlet flow of calcite suspension decreases, the apparent density of the gypsum's powder increases (Table 7). We assumed that such an increase in the apparent density is not resulting from the evolution of particles' shape and size. In this case it would have been observed while studying the influence of temperature and initial acid concentration where modifications of crystal shape and sizes had already been observed. We better assumed that an increasing contrast between two well-defined populations of gypsum crystals combined with a tabular type results in a more compact stacking of the bigger particles in which the smaller can be stored easier.

Influence of calcite composition

On one hand, calcites from an Urgonien limestone and from Corbières limestone have different compositions in terms of major elements. More particularly The Corbières limestone contains the Mg element at a higher ratio (Table 8). On the other hand the two calcites have approximately the same mean particle size, that is to say 30 µm and 25 µm for calcites from the Urgonien and from the Corbières limestone respectively.

Two sets of experiments, conducted at 90°C with an initial sulfuric acid concentration of 15wt% in a reacting medium agitated at 400rpm, have been run. In the first set we decreased the inlet flow of suspension from 20 down to 5ml/min using the calcite A. In the second set, we used the same protocol, but with calcite B. After figures 8 and 9, we observed no differences between the two calcites in terms of influence on the morphological evolution of gypsum crystals while decreasing the inlet flow of the suspension. The calcite composition seems not to play any role with regards to the morphological behavior of the product. As the inlet flow decreases, we observed an increase in the mean particle size for both of the calcite, though the increase in the mean particle size is weaker for the experiments conducted with calcite B (Table 9). The particle size distributions show a bimodal distribution for solids precipitated with both calcites but the size contrast between the two populations is weaker for calcite B (Fig 10). Calcites A and B exhibit a different reactivity while decreasing the inlet flow of the suspension. More precisely, the mean particle size and the apparent density (Table 10) increase more weakly when calcite B is used.

6 We may suppose that magnesium ions are responsible for such an inhibition of crystal growth as noticed earlier by [START_REF] Rashad | Crystallization of calcium sulfate dihydrate under simulated conditions of phosphoric acid production in the presence of aluminium and magnesium ions[END_REF]. We then assume that the calcite A from Urgonien limestone should be use in preference to calcite B from Corbières limestone.

Influence of the calcite's particle size distribution

Calcite from Urgonien limestone has been separated in two batches. The first one has a mean particle size of 30µm (calcite A1) and the second one has a mean particle size of 60µm (calcite A2). Two sets of experiments, conducted at 90°C with initial sulfuric acid concentration of 15wt% in a reacting medium agitated at 400rpm, have been run. In the first set we decreased the inlet flow of suspension from 20 down to 5ml/min using the calcite A1. In the second set, we used the same protocol, but with calcite A2.

After figures 11 and 12, we observed no differences between the two particle sizes distributions in terms of influence on the morphological evolution of gypsum crystals while decreasing the inlet flow of the suspension. The calcite particle size distribution seems not to play any role with regards to the morphological behavior of the product. As the inlet flow decreases, we observed an increase in the mean particle size for both of the calcites, though the increase in the mean particle size is stronger for the calcite A2 (Table 11). The particle size distributions appear to be bimodal for solids precipitated with both calcites but the size contrast between those populations seems stronger for calcite A2 (Fig. 13).

We may suppose that this behavior is due to the dissolution rate of calcite particles as already noticed by [START_REF] Hoşten | Reactivity of limestones from different sources in Turkey[END_REF]. Indeed, as the calcite particles of batch A2 are bigger than that of batch A, the reactive surface of batch A2 particles, is smaller than the reactive surface of batch A1 particles. As the dissolution rate of a solid is directly proportional to its reactive surface, particles from batch A2 dissolve more slowly than particles from batch A1, which implies that the supersaturation generated by these particles will be lower than if generated by the dissolution of the smaller particles from batch A1. Thus, a lower supersaturation will generate fewer crystals but of bigger size.

This may explain why the apparent density is slightly higher for gypsum powder precipitated from calcite A2 (which has a mean particle size of 60 µm) than for gypsum precipitated with calcite A1 (which has a mean particle size of 30 µm) (Table 11).

Calcites of different mean particle size have a different reactivity while decreasing the suspension inlet flow. More particularly, the mean particle size and the apparent density of the precipitated solid are higher when a calcite of higher mean particle size is used. It is also preferable to use a calcite with a higher mean particle size.

Seeding of the reacting medium with gypsum crystals

We studied the effect of seeding on calcite reactivity using the following set of parameters. A temperature of 90 °C, a sulfuric acid concentration of 15 wt%, an agitation speed of 400 rpm and a suspension inlet flow of 5 ml/min. We investigated this effect using 2 wt% and 10 wt% of tabular crystals of gypsum (Fig. 14).

Calcites A1 (Urgonien limestone -d 50 = 30 µm), A2 (Urgonien limestone -d 50 = 60 µm) and B (Corbières limestone -d 50 = 25 µm) were used for each seed concentration.

We observed no evolution in the morphology of gypsum crystals synthesized with calcites A1, A2 and B while seeding the reacting medium with tabular gypsum crystals (Fig. 1516).

Seeding with gypsum crystals induced a decrease in particle mean size of formed gypsum (Fig. 17 and Table 11). This effect is observed whatever the calcite used and the seed ratio. We may think that due to the high acidity of the reacting medium, gypsum seeds must have been dissolved very quickly and only contributed to enhance supersaturation which favored formation of many more and smaller crystals.

The decrease in mean particle size is accompanied with a decrease of the apparent density (Table 10).

DISCUSSION

Variation of temperature induces a variation of morphology and size of the precipitated gypsum. As temperature increases, the length/width ratio decreases resulting in an evolution of the crystal shape from an acicular (i.e. needle-like) type to a tabular (i.e. plateletlike) type. The mean particle size is affected by temperature too as it increases with this parameter. An increase in the initial sulfuric acid concentration affects the morphology of produced crystals in the same way, but in contrary to the former parameter, that modification has no marked effect on the mean particle size of the gypsum powder. Both of these two process parameters have neither influence on the pH of the precipitated solid in water, nor on its apparent density.

Those results, more particularly the morphological evolution of crystals, lead us to focus on experiments conducted at 90 °C with an initial sulfuric acid concentration of 15 wt%, operating conditions for which crystals exhibit a shape the closer to those required by plaster industry.

The influence of the agitation of the reacting medium studied through the radial speed of the propeller has neither effect on the morphology nor on the pH and nor on the apparent density of the precipitated solid. Nevertheless, as this speed decreases a new population of smaller particles appears to the detriment of the initial bigger one. This phenomenon becomes more important as the initial sulfuric acid concentration decreases. We also assume that working with low agitation speed is to be avoided.

Variations of calcite suspension inlet flow leads to a variation of length/width ratio as well as a variation of mean particle size of produced crystals. More precisely, a decrease in suspension's inlet flow makes crystal shape evolve from acicular to tabular type and makes mean particle size increase significantly. The major evolution with regards to the product quality is certainly the improvement in its apparent density, which increases from 0.3 to 0.5 when decreasing the suspension's inlet flow from 20 down to 5 ml/min. We also assume that the lower the suspension's inlet flow; the better the quality of the precipitated gypsum.

CONCLUSION

The present work is focused on the physical and chemical aspects of the semi-batch precipitation of gypsum by injecting a calcite aqueous suspension to a sulfuric acid solution. The results help understand the impact of process parameters such as temperature, initial concentration of reactants (which actually represent the solid/liquid ratio of the reacting medium), and agitation of the reacting medium and the inlet flow of reactants.

The operating conditions are set so that the synthesis is conducted at 90 °C with an initial sulfuric acid concentration of 15 wt% (i.e. a solid/liquid ratio of about 13 %), with a propeller's radial speed of 400 rpm and an inlet flow of calcite suspension of 5 ml/min. These conditions lead to a good improvement of the product's apparent density, that is to say the better for valorization in plaster industry.

The temperature and the initial sulfuric acid concentration are chosen taking into account the most adequate length/width ratio for precipitated gypsum crystals. The radial speed of the propeller is chosen sufficiently high to keep a monomodal population size distribution with a mean particle size high enough to respect values expected by plaster industry, but not too high to avoid crystal breakage. The inlet flow of the calcite aqueous suspension is lowered as much as possible so that the supersaturation remains reasonable for the production of big tabular shaped gypsum crystals, but sufficiently high to avoid blocking of the inlet pipe by sedimentation of calcite particles.

From conducted investigations on the three calcite batches (from Urgonian limestone A1 and A2 and Corbieres limestone B) we established that, in order to produce a solid of best quality in terms of apparent density, it is preferable to use the calcite from Urgonien limestone which is more pure with regards to the magnesium percentage than the Corbieres limestone. We also established that the bigger the particle size of dissolving calcite, the best the quality of the solid with regards to its apparent density. The seeding of the reacting medium failed in improving the latter characteristic of the produced powder. Not only the crystal shape does not evolve, but more the particle size and the apparent density decrease. Thus, introducing gypsum seeds directly in the reactor is not a good solution to improve gypsum powder's characteristics. We may suppose that the recycling of the gypsum sludge or the introduction of seeds at different time after the beginning of the crystal growth would have an interesting impact in terms of secondary nucleation.

Figure 1 :

 1 Figure 1: SEM images of gypsum crystals synthesized from a 20 wt% calcite suspension and 15 wt% initial acid concentration at: (a) 25 °C, (b) 70 °C, (c) 80 °C and (d) 90 °C.

Figure 2 :

 2 Figure 2: SEM images of gypsum crystals synthesized from a 20wt% calcite suspension and 20wt%

Figure 3 :

 3 Figure 3: SEM images of gypsum crystals synthesized from a 20 wt% calcite suspension and 30 wt% initial acid concentration at: (a) 25 °C, (b) 70 °C, (c) 80 °C and (d) 90 °C.

Figure 4 :

 4 Figure 4: SEM images of gypsum crystals synthesized from a 20wt% calcite suspension and sulfuric acid: (a1) 15 wt% -ω = 200 rpm; (a2) 15 wt% -ω = 400 rpm; (b1) 20 wt% -ω = 200 rpm; (b2) 20 wt%ω = 400 rpm; (c1) 30 wt% -ω = 200 rpm; (c2) 30 wt% -ω = 400 rpm.

Figure 5 :

 5 Figure 5: particle size distributions of gypsum samples synthesized at 90 °C and 200 rpm (red line) and 400 rpm (green line) from a 20 wt% calcite suspension and sulfuric acid at the initial concentration of : (a) 15 wt%, (b) 20 wt% and (c) 30 wt%.

Figure 6 :

 6 Figure 6: SEM images of gypsum crystals synthesized at 90 °C with a propeller's radial speed of 400 rpm from sulfuric acid 15 wt% and a 20 wt% calcite suspension injected with an inlet flow of: (a) 20 ml/min, (b) 15 ml/min, (c) 10 ml/min and (d) 5 ml/min.

Figure 7 :

 7 Figure 7: particle size distributions of gypsum crystals synthesized at 90 °C with a propeller's radial speed of 400 rpm from sulfuric acid 15 wt% and a 20wt% calcite suspension injected at various inlet flows.

Figure 8 :

 8 Figure 8: SEM images of gypsum crystals synthesized at 90 °C from sulphuric acid 15 wt% and a 20 wt% suspension of calcite A injected with an inlet flow of : (a) 20 ml/min, (b) 15 ml/min, (c) 10 ml/min and (d) 5 ml/min.

Figure 9 :

 9 Figure 9: SEM images of gypsum crystals synthesized at 90 °C from sulphuric acid 15 wt% and a 20 wt% suspension of calcite B injected with an inlet flow of : (a) 20 ml/min, (b) 15 ml/min, (c) 10 ml/min and (d) 5ml/min.

Figure 10 :

 10 Figure 10: Particle size distributions of gypsum crystals synthesized at 90 °C from sulfuric acid 15 wt% and 20 wt% suspensions of calcite A (on the left) and calcite B (on the right) injected with Various inlet flows.

Figure 11

 11 Figure 11 SEM images of gypsum crystals synthesized at 90 °C from sulfuric acid 15 wt% and a 20 wt% suspension of calcite A1 injected with an inlet flow of: (a) 20 ml/min, (b) 15 ml/min, (c) 10 ml/min and (d) 5ml/min.

Figure 12 :

 12 Figure 12: SEM images of gypsum crystals synthesized at 90 °C from sulphuric acid 15 wt% and a 20 wt% suspension of calcite A2 injected with an inlet flow of: (a) 20 ml/min, (b) 15 ml/min, (c) 10 ml/min and (d) 5ml/min.

Figure 13 :

 13 Figure 13: SEM image of gypsum crystals used for seeding experiments.

Figure 1 :

 1 Figure 1: SEM images of gypsum crystals synthesized from 20 wt% aqueous suspension of calcite A1 (a) without seeds, (b) with 2 wt% seeds, (c) with 10 wt% seeds.

Figure 15 :

 15 Figure 15: SEM images of gypsum crystals synthesized from 20 wt% aqueous suspension of calcite B (a) without seeds, (b) with 2 wt% seeds, (c) with 10 wt% seeds.

Figure 16 :

 16 Figure 16: SEM images of gypsum crystals synthesized from 20 wt% aqueous suspension of calcite A2 (a) without seeds, (b) with 2 wt% seeds, (c) with 10 wt% seeds.

Figure 17 :

 17 Figure 17: Particle size distributions of gypsum crystals synthesized from 20 wt% calcite A1 (left), A2 (center) and B (right) and suspensions in unseeded (red line), 2 wt% seeded (green line) and 10 wt% seeded (blue line) reacting medium.

Table 1 .

 1 pH after 15min of aqueous suspensions of gypsum particles produced at different temperature from a 20 wt % calcite suspension and sulfuric acid at different initial concentrations.

	H 2 SO 4 content (wt%)	25	Temperature (°C) 70 80	90
	15	8,0	8,3	8,1	8,4
	20	8,1	8,4	8,2	8,3
	30	8,3	8,3	8,1	7,8

Table 2 :

 2 Mean particle size of gypsum crystals precipitated at different temperature from a 20 wt% calcite suspension and sulfuric acid at different initial concentrations.

Temperature (°C) H 2 SO 4 content (wt%) 25 70

		80	90
	15	15µm 34µm 45µm 63µm
	20	12µm 35µm 49µm 58µm
	30	14µm 33µm 42µm 50µm

Table 3 :

 3 Apparent density of gypsum samples produced at different temperature from a 20 wt% calcite suspension and sulfuric acid at different initial concentrations.

H 2 SO 4 content (wt%) Temperature (°C)

		25	70	80	90
	15	0,275 0,280 0,285 0,280
	20	0,280 0,285 0,280 0,285
	30	0,275 0,280 0,280 0,280

Table 4 :

 4 Apparent density of gypsum samples synthesized at 90°C with various propeller's radial speed from a 20wt% calcite suspension and sulfuric acid at various initial concentrations.

	Initial acid	Propeller's radial
	concentration	speed ω (rpm)
	(wt %)
		200	400
	15	0,280	0,285
	20	0,280	0,280
	30	0,285	0,280

Table 5 :

 5 Mean particle size (µm) of gypsum crystals precipitated at 90°C with various propeller's radial speed from a 20wt% calcite suspension and sulfuric acid at various initial concentrations.

	Initial acid concentration	Propeller's radial
	(wt %)	speed ω (rpm)
		200	400
	15	36	45
	20	35	49
	30	40	42

Table 6 :

 6 mean particle size of gypsum crystals synthesized at 90 °C with a propeller's radial speed of 400 rpm from sulfuric acid 15 wt% and a 20 wt% calcite suspension at various inlet flows.

	Calcite suspension inlet flow (ml/min)
	20	15	10	5
	63µm	70µm	105µm	166µm

Table 7 :

 7 apparent density of gypsum samples synthesized at 90 °C with a propeller's radial speed of 400rpm from sulfuric acid 15 wt% and a 20 wt% calcite suspension at various inlet flows.

	Calcite suspension's inlet flow (ml/min)
	20	15	10	5
	0,280	0,285	0,400	0,470

Table 8 .

 8 Chemical compositions of calcites from Urgonien limestone (A) and Corbières limestone (B) are determined by X-ray fluorescence. LOI*: Loss On Ignition.

	Elements wt%	A	B
	SiO 2	0.02	0.02
	TiO 2	0.01	0.01
	Al 2 O 3	0.01	0.02
	Fe 2 O 3	0.04	0.08
	MgO	0.25	0.42
	CaO	55.52	55.07
	Na 2 O	0.02	0.05
	K 2 O	0.04	0.09
	P 2 O 5	0.02	0.03
	LOI*	42.90	41.42

Table 9 :

 9 Mean particle size (µm) of gypsum crystals synthesized with calcites A and B suspensions injected at various inlet flows.

	Calcite	Calcite suspension inlet flow (ml/min) 20 15 10 5
	A	63	70	105	166
	B	57	71	86	115

Table 10 :

 10 Apparent densities of gypsum powders synthesized with calcites A and B injected at various inlet flows.

	Calcite	Calcite suspension inlet flow (ml/min) 20 15 10 5
	A	0,28	0,29	0,40	0,47
	B	0,31	0,31	0,35	0,41

Table 11 :

 11 Mean particle size (µm) of gypsum crystals synthesized with calcites A and C injected at various inlet flows.

Calcite suspension inlet flow (ml/min) Calcite 20

			15	10	5
	A1	63	70	105	166
	A2	74	91	124	183

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors wish to thank Associate Prof. RNDr. Peter Andráš and anonym reviewer for valuable comments and Frédéric Gallice for the technical works.


Jean Geringer
email: geringer@emse.fr

Laurent Navarro
email: navarro@emse.fr

Bernard Forest
email: forest@emse.fr

Influence de la teneur en protéines de solutions physiologiques sur le comportement électrochimique du Ti-6Al-4V : reproductibilité et représentation tempsfréquence

Keywords: alliage de titane, biomatériau, protéines, représentation temps-fréquence titanium alloy, biomaterial, proteins, time-frequency dependence

Influence of proteins from physiological solutions on the electrochemical behaviour of the Ti-6Al-4V alloy: reproducibility and time-frequency dependence.

Introduction

Les matériaux métalliques, utilisés comme implants orthopédiques et notamment dans les prothèses de hanche, sont : l'alliage de titane, Ti-6Al-4V, l'acier inoxydable 316L voire 316LN et l'alliage de Co-Cr-Mo à hautes et basses teneurs en carbone [START_REF] Park | Biomaterials an Introduction[END_REF]. Après leur implantation et en raison des interactions avec le liquide physiologique et les tissus, de nombreuses questions restent sans réponse au sujet des interactions physico-chimiques entre la surface du biomatériau, les ions phosphates (tampon phosphate présent dans le liquide physiologique) et les protéines.

Des investigations sont en cours pour comprendre les interactions des substances inorganiques et organiques avec les biomatériaux métalliques. La passivité de l'alliage de Co-Cr-Mo en présence de protéines, sérum bovin (milieu riche en protéines dont l'albumine) ou albumine, et/ou les ions phosphates est le sujet de nombreuses expériences par spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE). Tous les résultats issus de la bibliographie qui seront présentés par la suite ont été obtenus grâce à l'utilisation d'une solution thermostatée à 37 °C.

Hodgson et al [START_REF] Hodgson | [END_REF], dans une solution contenant des ions phosphates et non des protéines, présente que le film d'oxydes de l'alliage Co-Cr-Mo s'enrichit en Cr lorsque de tels échantillons sont en contact avec des solutions dont la composition en espèces inorganiques est proche du liquide physiologique. De plus, le cobalt se dissout préférentiellement [START_REF] Hodgson | [END_REF].

Dans une solution contenant des ions phosphates et du sérum bovin, il a été mis en évidence que les ions phosphates bloquent cinétiquement les réactions de corrosion de l'alliage de Co-Cr-Mo ; la résistance de transfert de charge augmente lorsque la concentration en ions phosphates augmente. La présence de sérum bovin n'a pas d'influence significative sur la corrosion de l'alliage. Le modèle électrique équivalent, 2 circuits RC en parallèle, a été choisi [3].

La compétition de l'adsorption entre les ions phosphates et l'albumine, avec l'alliage de Co-Cr-Mo, a été étudiée par Munoz et al. [4]. Plus la concentration en ions phosphates augmente, plus la résistance à la corrosion de l'alliage augmente. D'après des études de spectroscopie d'impédance électrochimique, un circuit électrique équivalent composé de 2 circuits RC en série a été proposé pour décrire la surface de l'alliage. L'action de l'albumine n'a pas pu être mise en évidence clairement ; elle dépend fortement de l'état du film passif avant les tests. Des investigations supplémentaires [5] ont complété les résultats précédents. Une comparaison a été menée entre l'alliage Co-Cr-Mo et l'acier inoxydable 316L. Pour les deux alliages, les ions phosphates agissent comme un inhibiteur anodique et l'albumine comme un inhibiteur cathodique. L'albumine diminue la résistance de transfert de charge pour le 316L et l'augmente pour le Co-Cr-Mo. Enfin, la durée d'immersion ne modifie pas le comportement du 316L. En revanche, plus la durée d'immersion augmente, plus la résistance à la corrosion de Co-Cr-Mo augmente avec la concentration en ions phosphates ; l'albumine entraîne une évolution opposée, la résistance à la corrosion diminue avec l'augmentation de la teneur en albumine. En conclusion, il semble que l'acier inoxydable 316L est moins sensible à la présence de protéines que le Co-Cr-Mo.

Ces résultats montrent que la caractérisation électrochimique de l'adsorption de l'albumine est difficile à mettre en évidence, en raison de l'importance de l'état de passivation de la surface de l'alliage.

Nous allons maintenant nous intéresser plus particulièrement à l'alliage de titane, Ti-6Al-4V, surtout utilisé pour fabriquer des tiges de prothèses de hanche ou des implants dentaires. Il est reconnu pour sa biocompatibilité, les tissus et les cellules se reconstruisent plus aisément sur sa surface que sur les surfaces des autres biomatériaux métalliques, et ses propriétés mécaniques qui lui permettent de répondre au cahier des charges de la fabrication d'une tige fémorale [START_REF] Dowson | An introduction to the biomechanics of joints and joint replacement[END_REF][START_REF] Bronzino | The Biomedical Engineering Handbook[END_REF].

En revanche, le Ti-6Al-4V ne possède pas de bonnes propriétés tribologiques, notamment en milieu aqueux, problématique de tribocorrosion. Souvent, il est nécessaire de déposer un revêtement tel TiN pour améliorer sa résistance à la corrosion [START_REF] Liu | [END_REF].

Une surface polie permet de diminuer sensiblement, 2 ordres de grandeur, le courant de corrosion [9]. En revanche, dans une solution de PBS, à 22 °C, le potentiel de corrosion est voisin de -300 mV/ECS et ne dépend pas e la rugosité de surface [9]. Ensuite, il a été montré que le liquide physiologique proche du liquide synovial, ponctionné d'articulations de patients, est beaucoup plus corrosif que du sérum ou de l'urine. De plus, l'augmentation de la température diminue la passivité du Ti-6Al-4V [10].

La double couche à la surface de cet alliage, dans une solution contenant des protéines à 37 °C, contient des ions hydroxylés. Il a été établi que le transfert de charges se produit à travers cette couche. Les protéines, quant à elles, favorisent la diffusion des cations métalliques dissous, d'où une accélération de la vitesse de corrosion, à pH inférieur à 7. Dans un domaine de pH compris entre 7 et 9, l'adsorption des protéines entraîne la formation d'une couche protectrice. Enfin, la corrosion de cet alliage entraîne la dégradation de la couche d'oxydes, rendant alors la surface plus poreuse ; la dureté diminue, confirmant cette hypothèse [11]. Les solutions ont été portées à une température de 37  1 °C, durant les expériences, pour correspondre à la température du liquide physiologique réel.

Les conditions expérimentales

Le Tableau 3 présente les conditions expérimentales utilisées. Toutes les manipulations ont été répétées 3 fois, exactement dans les mêmes conditions.

Le montage avec la double enveloppe a été inséré dans une cage de Faraday., i.e. toutes les connexions, les échantillons et toutes les électrodes.

Résultats et discussions

Méthodes de comparaison des résultats

La Figure 1 a) présente le diagramme de Nyquist obtenu pour un échantillon de Ti-6Al-4V immergé dans de l'eau désionisée. Le temps, 0 h, correspond au début de la 3 ème séquence, i.e. après 2 heures à potentiel libre et est relatif à la première expérience de SIE ; le temps, 12,5 h, est relatif à la 120 ème expérience de SIE. On constate que le comportement électrochimique de la surface de l'alliage de Ti-6Al-4V évolue au cours du temps. La boucle capacitive diminue au cours du temps. On peut considérer que la couche, à la surface du matériau, comptant pour l'interprétation du circuit électrique équivalent à hautes fréquences (R solution (C hf R hf )), est moins protectrice. La Figure 1 Il est ainsi proposé de représenter l'évolution de la moyenne des modules et des phases, ainsi que le coefficient de variation (écart type divisé par la moyenne) de trois expériences effectuées dans les mêmes conditions. La comparaison sera effectuée entre les 6 solutions évoquées dans le Tableau 2. Ensuite, les expériences effectuées dans l'eau désionisée seront considérées comme la référence ; les différences entre les moyennes des modules des solutions 2 à 6 et la moyenne des modules de la solution 1, la référence, seront représentées pour comparer les évolutions au cours du temps.

Influence de la solution d'étude sur l'évolution du module et de la phase

La Figure 3 présente les variations des moyennes des modules pour chaque solution étudiée ainsi que les coefficients de variation.

On peut constater que les valeurs du module pour l'eau désionisée, la solution de Ringer et la solution de PBS sont quasiment égales. Les expériences, menées dans la solution de PBS + Alb, mettent en évidence les valeurs maximales de module les plus faibles, 8000  pour cette solution, 9000  pour la solution PBS + Sérum + NaN 3 , et supérieure ou égale à 10000  pour les autres solutions. On peut supposer que l'alliage de titane est le moins protégé dans la solution PBS + Alb. L'albumine favoriserait ainsi plus la corrosion de l'alliage de titane. Il est intéressant de constater que le comportement de l'alliage dans la solution contenant du PBS + Alb, solution 4, et celle contenant du sérum bovin, solution 5, n'est pas le même. Les résultats des expériences PBS + Albumine et PBS + Sérum + NaN 3 montrent que les différences de module entre ces solutions et l'eau désionisée sont supérieures à 500 , entre 1 et 0,1 Hz. Les valeurs de module sont ainsi nettement inférieures à celles de l'eau. En conséquence, les valeurs de résistance, R hf , de polarisation sont inférieures. Finalement, l'alliage de Ti-6Al-4V serait le moins protégé dans ces deux dernières solutions, comparativement à l'eau distillée. Pour vérifier l'adsorption de l'albumine, il conviendrait de mener des investigations grâce à la spectrométrie de photoélectrons, XPS, pour avoir accès à la composition de la surface.

2. 2

 2 Solutions d'étudeSix solutions, 1-eau désionisée/2-solution de Ringer/3-solution de PBS (Phosphate Buffered Solution)/4-solution de PBS + Alb (Albumine)/5-solution PBS + sérum bovin/6solution PBS + sérum bovin + NaN 3 (antioxydant), ont été considérées de façon à appréhender l'influence des ions phosphates, de l'albumine (Albumine fraction V extraite d'un sérum bovin, protéine 'modèle') et des protéines d'un sérum bovin (sérum bovin, calf serum heat inactivated, PAA, triple filtrage de porosité 0,1 µm), Tableau 2, sur le comportement passif de la surface de l'alliage Ti-6Al-4V. Le sérum bovin contient 74 g.L -1 de protéines, concentration totale des protéines. Plus précisément, le sérum utilisé est constitué de 35 g.L -1 d'albumine, 9 g.L -1 de globuline, 11 g.L -1 de -globuline et 19 g.L -1 de -globuline. Dans les solutions d'étude, le sérum bovin a été dilué par 4. Les compositions de ces solutions ont été proposées à partir de l'étude effectuée sur un alliage de Co-Cr-Mo, Round Robin dans le cadre du COST 533[19].

2. 4

 4 Les conditions électrochimiques Il a été montré dans l'étude bibliographique que l'état du film passif, pour étudier l'adsorption des ions phosphates et des protéines, était un facteur prépondérant. En conséquence, il a été décidé de polariser cathodiquement chaque échantillon, avant le début des mesures de spectroscopie d'impédance électrochimique. Quatre séquences ont été effectuées pour chaque essai : 1-Potentiel imposé -1 V/ECS pendant 5 minutes 2-Potentiel libre de corrosion pendant 2 heures 3-Début d'une boucle, répétée 120 fois a. SIE, 100 kHz à 100 mHz, 20 points/décade, amplitude de  10 mV, Data quality de 15, mesures effectuées à potentiel libre b. Potentiel libre de corrosion durant 2 min 4-Potentiel libre de corrosion durant 26 heures. Dans l'étape 3a., le paramètre Data quality modifie l'algorithme d'acquisition des données, en améliorant la qualité de cette acquisition. Si Data quality augmente, le nombre d'acquisitions augmente, pour un même point de mesure, ainsi la durée d'acquisition augmente mais le rapport signal sur bruit diminue.

  b) montre les modules et les phases correspondant à ces mêmes expériences. Dans le domaine fréquentiel 10-100 kHz, les valeurs de phase montrent que le comportement n'est pas purement résistif ; ces points correspondent à des points aberrants. Avec cette représentation, entre 10 et 100 kHz, les variations de module sont difficilement exploitables. On constate aussi que la phase diminue, en dessous de 1 Hz, pour la mesure à 12,5 h.

Figure 1 :

 1 Figure 1 : a) Diagramme de Nyquist correspondant à un échantillon de Ti-6Al-4V immergé dans de l'eau désionisée ; temps 0 h : 1 ère expérience de SIE ; temps 12,5 h : 120 ème expérience de SIE ; b) Modules et phases relatifs aux mêmes expériences.

Figure 1 :

 1 Figure 1: a) Nyquist Diagram related to Ti-6Al-4V sample in desionised water; time 0 h: 1 st SIE experience; time 12.5 h : SIE experience 120; b) Modules et phases related to 1 st experience and experience 120. De façon à pouvoir conclure sur l'évolution de ce matériau, il est possible de calculer les valeurs du circuit électrique équivalent et de les comparer au cours du temps, par exemple tracer l'évolution de la résistance à hautes fréquences en fonction du temps. Une étude de reproductibilité est aussi nécessaire car l'état de surface, notamment la topologie de surface, ne peut pas être rigoureusement le même entre différents échantillons. L'intérêt de réaliser autant de mesures de SIE, i.e. 120, est d'avoir des informations sur la cinétique d'apparition des phénomènes compétitifs d'adsorption des espèces inorganiques, ions phosphates, et des espèces organiques, albumine et sérum bovin. De plus, la comparaison des résultats entre différentes solutions peut consister en l'examen des valeurs des constituants des circuits électriques équivalents, cette méthode est d'ailleurs très instructive. Néanmoins, une visualisation graphique n'est pas couramment utilisée. C'est la raison pour laquelle, une représentation 3D du module dans le plan temps-fréquence sera proposée, grâce à un programme Matlab ® de traitement des données brutes. De la Figure 1 b), on peut représenter la Figure 2 a) qui, en projection dans le plan temps-fréquence, donne la Figure 2 b). Le module sera représenté en , par la suite ; la surface est égale à 7,07 cm -2 , tableau 3.

Figure 2 :

 2 Figure 2 : a) Evolution de la moyenne du module de 3 essais de SIE dans l'eau désionisée en fonction de la fréquence et du temps ; b) Evolution de la moyenne du module de 3 essais de SIE dans l'eau désionisée, projection dans le plan temps-fréquence.

Figure 2 :

 2 Figure 2: a) Evolution of the mean module for 3 SIE tests in desionised water according to the frequency and the time; b) Evolution of the mean module for 3 SIE tests in desionised water, projection in the time-frequency plane.

Figure 3 :

 3 Figure 3 : Représentation dans le plan temps-fréquence de la moyenne des modules et du coefficient de variation dans les 6 solutions d'étude Figure 3: Time-frequency graphs of the mean module and the coefficient of variation in the 6 investigated solutions.

Figure 4 :

 4 Figure 4 : Représentation dans le plan temps-fréquence de la différence des moyennes des modules entre cinq solutions et l'eau désionisée servant de référence.

Figure 4 :

 4 Figure 4: Time-frequency graphs of the difference of mean modules between 5 solutions and the reference, desionised water.Il est intéressant de noter que les phénomènes de corrosion avec une solution PBS contenant de l'albumine seront différents de ceux avec la même solution tampon contenant du sérum bovin. Enfin, la présence de l'antioxydant, NaN 3 , dans le sérum bovin modifie notablement le comportement de la surface de l'alliage de titane comparativement au sérum bovin seul.A l'issue de ces résultats dans le plan temps-fréquence, il apparaît que dans la solution de PBS + Sérum, solution 5, le coefficient de variation est voisin de 40 % (Figure3), prouvant ainsi que des mécanismes non reproductibles se produisent. Ensuite, la différence des moyennes des modules entre la solution PBS + Alb et l'eau désionisée montre que la signature graphique dans le plan temps-fréquence est particulièrement significative.

Figure 5 :

 5 Figure 5 : Images par Microscopie Electronique à Balayage des surfaces de Ti-6Al-4V après immersion a) dans l'eau désionisée, b) dans la solution de Ringer, c) dans la solution de PBS, d) dans la solution de PBS + Alb, e) dans la solution de PBS + Sérum et f) dans la solution PBS + Sérum + NaN 3 ; la durée d'immersion des échantillons est égale à 40 heures. g) Surface de l'alliage de titane après l'étape de polissage. Figure5: Scanning Electron Microscopy images of Ti-6Al-4V after experiments in a) desionised water, b) Ringer solution, c) PBS solution, d) PBS + Alb solution, e) PBS + serum solution, f) PBS + serum + NaN 3 ; the immersion time is of 40 hours. g) Titanium alloy surface after the polishing step.

  La spectroscopie d'impédance électrochimique et les représentations tempsfréquence proposées en découlant, permettent d'obtenir des informations sur le comportement passif d'un matériau. Le comportement de l'alliage Ti-6Al-4V, utilisé dans le domaine des implants orthopédiques et dentaires, a été étudié dans différentes solutions simulant le liquide physiologique. Une représentation temps-fréquence a été proposée pour suivre l'évolution cinétique du module, du coefficient de variation, 3 essais par solution, et de la différence entre les moyennes des modules et la moyenne des modules de l'eau désionisée. Tout d'abord, il ressort que le module le plus faible a été mesuré dans la solution PBS + Alb, i.e. la moins protectrice. Le coefficient de variation du module, dans la solution de PBS + Sérum, est le plus élevé, environ 40 % ; la reproductibilité des mesures est mise en défaut. D'après les images MEB, l'adsorption des protéines n'est pas homogène, ce qui confirme les problèmes de reproductibilité. Le coefficient de variation du module, dans la solution de PBS + Sérum + NaN 3 , est le plus faible, environ 4 %. D'après les images MEB, aucune plaque de protéines d'adsorption n'a été visible. L'antioxydant empêcherait l'adsorption de plaques de protéines à la surface de cet alliage. L'analyse des différences entre les moyennes des modules des solutions 2, 3, 4, 5, 6 et la moyenne des modules de la solution d'eau désionisée met en évidence deux types de comportement. Le premier est relatif aux solutions Ringer, PBS, PBS + Sérum et le deuxième correspond aux solutions PBS + Alb et PBS + Sérum + NaN 3 . Le module, dans ces deux dernières solutions est plus faible que celui mesuré dans l'eau désionisée. De plus, la représentation temps-fréquence est vraiment différente du premier comportement. L'influence des espèces adsorbées sur le comportement électrochimique de l'alliage de Ti-6Al-4V est ainsi nettement différente entre les deux groupes de solution. Les investigations comprenant des solutions contenant de l'albumine et du sérum bovin ne sont pas comparables car la réponse électrochimique est différente après 14 heures d'immersion. La solution PBS + albumine engendre une résistance à la corrosion moindre que la solution PBS + sérum bovin. De plus l'antioxydant, NaN 3 , joue un rôle important et tend à diminuer la passivité de l'alliage. Enfin, le comportement électrochimique de l'alliage Ti-6Al-4V, en solution de Ringer, est proche de celui en solutions PBS et PBS + sérum bovin ; les protéines du sérum ne semblent pas avoir d'influence. Les protéines autres que l'albumine pourraient expliquer la différence de comportement. Des investigations sont en cours pour étudier le comportement de deux autres biomatériaux métalliques, l'acier inoxydable 316L et le Co-Cr-Mo. De plus, des images AFM et des analyses XPS permettront de caractériser plus finement l'état de surface et la couche de protéines adsorbées, le cas échéant.

partir 2. Matériaux et méthodes

  La surface du Ti-6Al-4V, plongé dans une solution simulant le liquide physiologique, possède une couche d'oxydes et une couche d'adsorbat, des protéines et/ou de l'apatite. A

		2.1 Matériau testé
		L'alliage de Ti-6Al-4V a la composition suivante, Tableau 1.
	Eléments	Al	V	Fe	O	Cr	Ni	C
	Teneur	5,91 %	3,87 %	1096 ppm	1038 ppm	137 ppm	125 ppm	124 ppm
	Eléments	N	H	Co	Mo	Mn	Cu	B
	Teneur	53 ppm	29 ppm	< 300 ppm	< 100 ppm	< 50 ppm	< 20 ppm	< 10 ppm
	Tableau 1 : composition de l'alliage Ti-6Al-4V.
	Table 1: chemical composition of the Ti-6Al-4V alloy.

Une des faces des pastilles, épaisseur de 5 mm et diamètre de 35 mm, a été polie 'miroir' grâce à une gamme de polissage comprenant des papiers abrasifs de 240 jusqu'à 2400 et des solutions diamantées contenant des particules de 3 à 1 µm. Les échantillons ont été rincés avec de l'eau désionisée et séchés à l'air.

Concentration massique / g.L -1 NaCl KCl CaCl 2, 2H 2 O NaHCO 3 KH 2 PO 4 Na 2 HPO 4 Albumine Sérum bovin NaN 3 Solution 1, eau désionisée

	Solution 2, solution Ringer	8,500	0,250	0,220	0,150
	Solution 3, solution PBS	8,192	0,223		0,136	1,420
	Solution 4, solution PBS + Alb	8,192	0,223		0,136	1,420	1,000
	Solution 5, PBS + Sérum	8,192	0,223		0,136	1,420	18,5
	Solution 6, PBS + Sérum + NaN 3	8,192	0,223		0,136	1,420	18,5	1,000
	Tableau 2 : composition des six solutions utilisées, PBS : solution tampon phosphate (Phosphate
	Buffered Saline) ; Alb : Albumine ; sérum : sérum bovin ou calf sérum ; NaN 3 : azoture de
	sodium, antioxydant.

Table 2 :

 2

composition of six investigated solutions, PBS: Phosphate Buffered Saline; Alb : Albumin ; sérum: calf serum ; NaN 3 : sodium azide, antioxidant.

Table 3 :

 3

	Marque du potentiostat	Parstat 2263
	Taille électrode de travail, WE	7,07 cm2 ; diamètre de 30 mm
	Electrode de référence, RE	ECS ; 0,250 V/ESH
	Contre électrode, CE	Fil de platine, cercle de
		diamètre 25 mm
	Distance RE-WE	10 ± 2 mm
	Volume de la solution	60 ± 2 mL
	pH de la solution	7,6 ± 0,1
	Température	37  1 °C
	Dispositif thermostaté	Enceinte double enveloppe
	Tableau 3 : description des conditions expérimentales, ECS : Electrode au Calomel Saturé,
	ESH : Electrode Standard Hydrogène.

experimental conditions, SCE (ECS): Saturated Calomel Electrode, SHE (ESH):

Standard Hydrogen Electrode.

d'expériences de SIE, il a été clairement mis en évidence deux constantes de temps,[12,13].La description de l'interface, par les modèles électriques équivalents, a conduit à proposer l'association de deux circuits RC en parallèle pour décrire l'interface entre le métal et la solution contenant des protéines et des ions phosphates[14]. Elle serait composée d'une couche d'oxydes, d'une couche d'espèces inorganiques (ions phosphates) et d'une couche de protéines issues de sérum bovin, à la surface du titane pur[15]. Une compétition existe entre l'adsorption des phosphates et des protéines, d'où les comportements, déterminés par spectroscopie d'impédance électrochimique qui peuvent être parfois antagonistes[14,15]. Enfin, pour terminer cette description, il est intéressant de noter que la quantité de protéines adsorbées à la surface du titane pur est comprise entre 1,8 et 2,89 µg.cm -2 , solution contenant des phosphates et des protéines à 37 °C[16,17]. La méthode de dosage des protéines adsorbées est indirecte. Elle est basée sur le dosage des protéines libres en solution par spectrophotométrie UV, après avoir mis une quantité connue à la surface de l'échantillon métallique. D'autres travaux ont montré que la quantité de BSA adsorbée à la surface d'un échantillon de Ti, à 37 °C, était égale à 710  70 ng.cm -2[18]. La technique de mesure est basée sur l'utilisation d'une microbalance à quartz. Les teneurs varient d'un facteur 4 entre ces deux références. On peut penser que la première méthode, dosage indirect, est moins précise que la deuxième. Ensuite, l'état de surface des échantillons, rugosité moyenne par exemple, n'est pas précisé et pourrait jouer un rôle sur l'adsorption des protéines. De plus, la première série d'expériences concerne des dépôts de titane projetés sur des wafers de silicium. La deuxième série concerne des dépôts de titane sur des cristaux de quartz. Les conditions de dépôts n'assurent surement pas le même état de surface d'où une surface spécifique différente. La concentration, à la surface des échantillons de titane poli miroir (Ra < 0,05 µm), pourrait même être inférieure à celles énoncées plus haut ; la surface spécifique sera moins grande que dans le cas de dépôts de titane sur un substrat.De façon à mieux comprendre le comportement de cet alliage de titane Ti-6Al-4V, nous proposons d'étudier l'évolution de la surface, par spectroscopie d'impédance électrochimique, dans différentes solutions d'étude de façon à appréhender l'influence des ions phosphates, de l'albumine et des protéines. Une représentation temps-fréquence sera proposée.