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Béryllium

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Données  v · d · m 
Lithium - Béryllium - Bore
-
Be
Mg
 
 
 
 
4
Be
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               

Table complète - Table étendue

Général
Nom, Symbole, Numéro Béryllium, Be, 4
Série chimique Métal alcalino-terreux
Groupe, Période, Bloc 2 (IIA), 2, p
Masse volumique 1848 kg/m3
Couleur Blanc-gris métallique
Propriétés atomiques
Masse atomique 9,01218 u
Rayon atomique (calc) 112 pm
Rayon de covalence 90 pm
Rayon de van der Waals inconnu pm
Configuration électronique [He] 2s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 2
État(s) d'oxydation 2
Oxyde amphotère
Structure cristalline Hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire Solide (diamagnétique)
Température de fusion 1 551,15 K
Température de vaporisation 3 243,15 K
Énergie de fusion 12,20 kJ/mol
Énergie de vaporisation 292,40 kJ/mol
Volume molaire 4,85 ×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur 4 180 Pa
Vélocité du son 13 000 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,57
Chaleur massique 1 825 J/(kg·K)
Conductivité électrique 31,3 106 S/m
Conductivité thermique 201 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation 899,5 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation 1 757,1 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation 14 848,7 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
7Be {syn.} 53,12 jours e 0,862 7Li
9Be 100% stable avec 5 neutrons
10Be trace 1,51×106ans ß- 0,556 10B
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le béryllium est un élément chimique de symbole Be et de numéro atomique 4. Dans le tableau périodique, il est le premier représentant des métaux alcalino-terreux.

Élément bivalent, le béryllium est un métal alcalino-terreux d'aspect gris acier. Il est léger, fragile et toxique.

Sommaire

[modifier] Caractéristiques notables

Le béryllium a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux légers. Il est plus léger et six fois plus résistant que l’aluminium .

Sa ductilité est approximativement 1/3 plus grande que celui de l'acier. Il possède une excellente conductivité thermique, est non magnétique et résiste à l'acide nitrique concentré.

Il est fortement perméable aux rayons X, et libère des neutrons quand il est frappé par des particules alpha, comme celles émises par le radium ou le polonium.

Aux conditions normales de température et de pression, le béryllium résiste à l'oxydation quand il est exposé à l'air. Il se forme une fine couche d'oxyde qui lui donne sa capacité à rayer le verre.

Dans la nature, on le trouve principalement sous forme d'oxydes ou d'aluminosilicates complexes appelés béryls, dont les représentants précieux les plus connus sont l'émeraude et l'aigue-marine.

[modifier] Utilisations

Il est principalement employé comme agent durcissant dans certains alliages, notamment le moldamax, un alliage de cuivre-béryllium utilisé pour la fabrication de moules pour matières plastiques.

Ses alliages sont à la fois légers, rigides, résistants à la chaleur et possèdent un faible coefficient de dilatation. Il est incorporé dans certains alliages spéciaux, par exemple des matériaux utilisables pour le frottement.

On les retrouve dans les clubs de golf, les ressorts de montre (anti-magnétique), les gyroscopes, des applications spatiales et aéronautiques. Il a été utilisé en Formule 1 pour ses performances exceptionnelles en terme de rapport entre son module d'élasticité et sa densité, puis pour la réalisation d'étriers de frein et de pistons sous la forme d'alliages Aluminium-Béryllium. Il fut par la suite interdit dans les moteurs de compétition en raison de sa haute toxicité. Il fut utilisé avant cela dans l'aéronautique pour les ressorts de soupapes des moteur à pistons (bronze au béryllium). Le béryllium est également utilisé dans quelques réacteurs nucléaires, comme composant de céramiques industriels, technologiques et micro-électroniques.

L'oxyde de béryllium est utilisé en électronique, particulièrement en haute fréquence et dans le domaine de la haute tension. Ce corps possède en effet la propriété d'être un bon isolant (faibles pertes diélectriques), tout en ayant une bonne conductibilité thermique. Cependant son utilisation comme isolant dans les semi-conducteurs, (entre les pastilles de silicium et les boîtiers), a largement cédé la place à d'autres matières beaucoup moins toxiques comme par exemple l'alumine. Son emploi comme isolant et matériau de contact extérieur dans l'électronique, ainsi que son incorporation dans les graisses silicones étant aussi abandonnés, du fait des risques très importants pour la santé.

Il permet également de fabriquer des outils non déflagrants pour l'industrie des explosifs.

Dans le civil, on l'utilise pour former des dômes de haut-parleurs d'aigus de très haute qualité, capable de reproduire des fréquences jusqu'à 60 000 Hertz.

Quelques utilisations de ses propriétés cristallines :

  • filtre à neutrons, pour obtenir des faisceaux de neutrons « propres » débarrassés d'autres particules ;
  • fenêtre à rayons X, par exemple fenêtre d'un tube à rayons X ou d'un détecteur de rayons X : la fenêtre isole l'intérieur de l'appareil de l'environnement ;
  • sous forme d'oxyde, matériau modérateur dans les réacteurs nucléaires.

En géomorphologie et paléosismologie, l'isotope 10Be, créé par les rayons cosmiques, est utilisé pour la datation par isotopes cosmogéniques de surfaces ou la détermination de taux d'érosion.

Les glaciologues ont trouvé deux pics de concentration en béryllium dans les carottes glaciaires polaires (au nord, comme au sud), dans le forage Vostok[1],[2], dans le forage Byrd[3] ; dans le forage GRIP, [4] et dans le nouveau « Dôme C », EPICA [5], vers -40 000 ans.
On suppose qu'ils sont dûs à l’anomalie du champ magnétique terrestre de Laschamp[6] qui correspond à une faiblesse exceptionnelle du champ magnétique terrestre qui à ces deux époques aurait permis une irradiation de la Terre ayant favorisé la production d'isotopes cosmogéniques. Ce double pic est utilisé pour tenter de caler les datations de forages faits dans des hémisphères différents.

Le béryllium a été employé en dentisterie où il entre dans la composition d'alliages destinés à la réalisation de prothèses dentaires (couronnes, armatures de bridge). Sa capacité à faciliter l'adhésion de la céramique l'a fait incorporer à un grand nombre d'alliages, précieux ou non précieux, destinés à la réalisation de chapes pour couronnes ou bridges céramo-métal. Depuis 2002, la norme ISO limite le béryllium à 0,02% de la masse totale. Cependant, un grand nombre de personnes ont encore en bouche des alliages contenant des teneurs supérieures en béryllium.

[modifier] Histoire

Le nom béryllium vient du mot grec βήρυλλος (beryllos), béryl qui vient lui-même de bêrullos, cristal. À une époque il était nommé glucinium, du grec γλύκύς (glykys), doux, un qualificatif dû au goût sucré de ses sels.

Cet élément a été découvert par Nicolas Louis Vauquelin, en 1798, sous forme d'oxyde (BeO) dans le béryl et dans les émeraudes. Friedrich Wöhler et A. A. Bussy l'isolèrent indépendamment en 1828 en faisant réagir du potassium sur du chlorure de béryllium.

[modifier] Sources de contamination

La faible abondance naturelle du béryllium (3×10-4%) ne pose pas de problème environnemental particulier. Mais son utilisation industrielle, dans les mines de charbon, dans l’industrie aéronautique et dans l’industrie des armes nucléaires, font que cet élément se répand dans l’atmosphère et se dépose dans l’environnement tout en contaminant l'eau, le sol, l'air et le corps humain. Il y des polémiques sur son emploi en dentisterie dans les prothèses dentaires.

[modifier] Contamination du corps humain

La contamination du corps humain par le béryllium se fait par plusieurs voies :

  • par inhalation de l’air qui contient des particules de béryllium;
  • par ingestion d'aliments et d'eau potable contaminés;
  • par corrosion des alliages bérylliés présents en bouche.

[modifier] Contamination par les eaux potables

En général, la concentration du béryllium dans les eaux naturelles et les eaux usées varie entre 0,1 μg/l et 500 μg/l, mais quand cette concentration dépasse 0,2 μg/l, on commence a parler d’un problème environnemental.

[modifier] Contamination par l'air

Le béryllium peut être très nocif quand il est inhalé. En fait, il y a une grande corrélation entre le taux de béryllium dans l’urine humaine et celui dans l’air, ce qui prouve que la contamination dans le corps humain n’est pas due seulement à des pollutions des eaux mais aussi de l’atmosphère.[réf. nécessaire]

[modifier] Contamination par les prothèses dentaires

Au contact de la salive tout alliage contenant du béryllium se corrode et libère des ions qui diffusent dans les tissus environnants et sont en partie ingérés. La corrosion est d'autant plus forte avec ces alliages que le béryllium, métal très réactif, réagit en présence de tout autre métal. L'intoxication chronique qui résulte de la diffusion permanente d'ions béryllium dans le corps est un facteur de dérèglement du système immunitaire, en particulier chez les personnes allergiques. Quant aux courants galvaniques générés par la corrosion, ils sont tout aussi nocifs et dénoncés par la dentisterie holistique.

[modifier] Toxicité

Le béryllium est un métal très toxique, non-radioactif. Il est placé parmi les éléments les plus toxiques comme l'arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le plomb (Pb) et le mercure (Hg). On peut le trouver dans les eaux naturelles et les effluents industriels à l'état de traces. Le béryllium agit comme un poison cancérigène, affectant les membranes cellulaires et se liant à certaines protéines régulatrices dans les cellules. Le béryllium peut rester détectable dans l’urine jusqu'à 10 ans après l’exposition.

La détection du béryllium dans le corps humain à des doses très élevées a toujours été accompagnée d'effets nocifs à gravité variable. Le béryllium a des effets inhibiteurs sur la phosphatase alcaline, l’adénosine triphosphatase hépatique et la synthèse de l’ADN, ce qui va se refléter sur la santé humaine par divers effets qui se divisent en plusieurs catégories :

[modifier] Les effets non cancérigènes

L’inhalation des grandes concentrations de béryllium (supérieure à 1mg par m3 d’air) ainsi qu'une inhalation prolongée supérieure à une dizaine d'année, même à petite dose peut engendrer une maladie nommée maladie chronique du béryllium ou bérylliose (ou CBD pour Chronic Beryllium Disease). Ce genre de maladie affecte les poumons et présente de nombreux points en communs avec la pneumonie.

Alors que l'ingestion du béryllium par le corps humain n'a pas montré d'effets directs et nocifs sur l'estomac et l'intestin, l’ingestion du béryllium par des animaux engendre la présence de lésions au niveau de ces organes.

Certaines personnes peuvent devenir hypersensibles au béryllium et développer une réaction allergique à cet élément. Chez peu de personnes, l’exposition direct du béryllium a causé des lésions de la peau et des inflammations dans les voies respiratoires.

[modifier] Les effets cancérigènes

Plusieurs études[7] ont été faites sur l’augmentation du nombre de décès dus à un cancer du poumon chez les personnes employées dans des usines utilisant le béryllium.

[modifier] Analyse des dommages du béryllium dans le monde du travail

Le test de prolifération des lymphocytes est le test le plus efficace et le plus précis pour détecter si les ouvriers travaillant sur des réacteurs nucléaires présentent des symptômes du CBD ou Chronic Berylium disease. Un test positif indique que le système immunitaire de l'individu est capable de réagir à la présence de béryllium dans l'organisme et que le patient présente un risque très élevé de développer cette maladie durant l'exposition[8].

[modifier] Protection

Les ouvriers des usines dont le béryllium est un métal omniprésent dans la production, sont particulièrement exposés. Néanmoins, des conditions de travail adaptées (notamment, le port de gants et de vêtements de protection épais) peuvent grandement diminuer ces risques.

[modifier] Sources

  • World Health Organisation , Geneva 2001 : « Béryllium and Béryllium compounds » Concise international of chemical assesment document 32
  • Soil Investigation and Human Health Risk Assessment for the Rodney Street Community, Port Colborne: March 2002, Appendix 2 Page 32 of 106
  • U.S Department of Health and Human Services , public health services Agency for toxic Substances and Disease Registry « Toxicological Profile of Béryllium » september 2002
  • T.D. Luckey and B. Venugopal. In: Metal Toxicity in Mammals, Part 1. Physiologic and Chemical Basis For Metal Toxicity, Plenum Press, New York (1977), p. 43.
  • W.R. Griffith and D.N. Skilleter. In: Metals and Their Compounds in the Environment, VCH, Weinheim (1991), p. 775.

[modifier] Notes et références

  1. Raisbeck, G. M., F. Yiou, D. Bourles, C. Lorius, J. Jouzel and N. I. Barkov, Evidence for two intervals of enhanced 10Be deposition in Antarctic ice during the last glacial period, Nature, 326, 273−277, 1987
  2. Yiou, F., G. M. Raisbeck, S. Baumgartner, J. Beer, C. Hammer, J. Johnsen, J. Jouzel, P. W. Kubik, J. Lestringuez, M. Stievenard, M. Suter and P. Yiou, Beryllium 10 in the Greenland Ice Core Project ice core at Summit, Greenland, J. Geophys. Res., 102, 26,783−26,794
  3. Beer, J., S. J. Johnsen, G. Bonani, R. C. Finkel, C. C. Langway, H. Oeschger, B. Stauffer, M. Suter and W. Wölfi, 10Be peaks as time markers in polar ice cores. dans The last deglaciation: Absolute and radiocarbon chronologies, E. Bard and W. S. Broecker, éditeurs. Springer−Verlag, New York, 1992.
  4. Yiou et al., 1997 (déjà cité)
  5. EPICA annual report. Rapport technique, 2002.
  6. Wagner, G., J. Beer, C. Laj, C. Kissel, J. Masarik, R. Muscheler and H. A. Synal, Chlorine−36 evidence for the Mono Lake event in the Summit GRIP ice core, Earth Planet. Sci. Lett., 181, 1−6, 2000.
  7. Chronic Beryllium Disease and Cancer Risk Estimates with Uncertainty for Beryllium Released to the Air from the Rocky Flats Plant
  8. Policy Analysis and Clinical Research on Occupational Beryllium Exposure at DOE Sites

[modifier] Liens externes

wikt:

Voir « béryllium » sur le Wiktionnaire.

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