Beryllium

Béryllium
Lithium ← Béryllium → Bore —     4 Be                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Be ↓ Mg Table complète • Table étendue
Informations générales
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
N° CAS	7440-41-7
N° EINECS	231-150-7
Propriétés atomiques
Masse atomique	9,012 18 u
Rayon atomique (calc)	112 pm
Rayon de covalence	90 pm
Rayon de van der Waals	?
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	1 278 °C ; 1 551,15 K
Température d'ébullition	2 970 °C ; 3 243,15 K
Énergie de fusion	12,20 kJ/mol
Énergie de vaporisation	292,40 kJ/mol
Température critique	K
Pression critique	Pa
Volume molaire	4,85×10-6 m3/mol
Pression de vapeur	?
Vitesse du son	13 000 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1,57
Chaleur massique	1825 J/(kg·K)
Conductivité électrique	31,3×106 S/m
Conductivité thermique	201 W/(m·K)
1e Énergie d'ionisation	899,5 kJ/mol
2e Énergie d'ionisation	1757,1 kJ/mol
3e Énergie d'ionisation	14 848,7 kJ/mol
4e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation4}}} kJ/mol
5e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation5}}} kJ/mol
6e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol
7e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e Énergie d'ionisation	{{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 7Be {syn.} 53,12 d ε 0,862 7Li 8Be {syn.} 6,7×10-17 s 2 (α) 0,046 2 (4He) 9Be 100 % stable avec 5 neutrons 10Be traces {syn.} 1,51 Ma β- 0,556 10B
Précautions
NFPA 704	1 3 0
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 1 Caractéristiques notables 2 Utilisations 3 Histoire 4 Sources de contamination 4.1 Contamination du corps humain 4.1.1 Contamination par les eaux potables 4.1.2 Contamination par l'air 4.1.3 Contamination par les prothèses dentaires 5 Toxicité 5.1 Effets non cancérigènes 5.2 Effets cancérigènes 6 Béryllium et santé des travailleurs 6.1 Protection des travailleurs 7 Sources 8 Notes et références 9 Voir aussi 9.1 Articles connexes 9.2 Liens externes

Caractéristiques notables

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

Sa ductilité est approximativement 1/3 plus grande que celle 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. On l'exploite à partir d'une trentaine de minerais (bertrandite et béryl surtout). Les principales mines mondiales sont aux États-Unis, en Chine et au Mozambique. Aucune n'est ouverte en Europe.

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 termes 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 avait été utilisé avant cela dans l'aéronautique pour les ressorts de soupapes des moteurs 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 matériaux beaucoup moins toxiques comme par exemple l'alumine.

Ses emplois comme isolant et matériau de contact extérieur dans l'électronique, ainsi que son incorporation dans les graisses silicones ont été 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, le fabricant d'enceintes Focal-JMlab l'utilise pour former des membranes de haut-parleurs d'aigus de très haute qualité, capable de reproduire des fréquences jusqu'à 60 000 hertz. En effet, la rigidité et la légèreté du matériau sont des atouts pour cet usage (fréquence propre de la membrane très élevée).

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 en paléosismologie, l'isotope ¹⁰Be, créé par les rayons cosmiques, est utilisé pour la datation par isotopes cosmogéniques de surfaces ou pour 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 dus à l’anomalie du champ magnétique terrestre de Laschamp^[6] qui correspondent 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, nombreux sont ceux qui ont encore en bouche des alliages dont la teneur en béryllium dépasse cette norme.

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 Louis-Nicolas 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.

Sources de contamination

La faible abondance naturelle du béryllium (3×10^-4%) ne pose pas de problème environnemental particulier. C'est son utilisation industrielle, dans les mines de charbon, dans l’industrie aéronautique et dans l’industrie des armes nucléaires, qui a contribué à répandre cet élément dans l’atmosphère, d'où il se dépose dans l’environnement en contaminant l'eau, le sol, l'air et le corps humain.
Il y a des polémiques sur son emploi en dentisterie dans les prothèses dentaires.

Contamination du corps humain

La contamination du corps humain par le béryllium se fait principalement par 4 voies  :

• par inhalation d’air contenant des particules de béryllium (poussières, fumées, vapeurs, nanoparticules issues de l'abrasion) ;
• par ingestion d'aliments et d'eau potable contaminés;
• suite à la corrosion des alliages bérylliés présents en bouche.
• par contamination cutanée et transcutanée, très sensibilisante « L’apport de l’absorption cutanée est de plus en plus suspectée dans le développement de la sensibilisation » ^{[7] [8]}

Contamination par les eaux potables

On peut le trouver dans les eaux naturelles et les effluents industriels à l'état de traces. 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 à parler d’un problème environnemental.

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]}

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 (ou sensibilisées au Bérylium suite à un contact prolongé). Quant aux courants galvaniques générés par la corrosion, ils sont tout aussi nocifs et dénoncés par la dentisterie holistique.
Les dentistes (au fraisage) et les prothésiste dentaires y sont également exposés par leur travail (En 1990, 50 % des prothésistes dentaire utilisaient un alliage au béryllium ).

Toxicité

Le béryllium est un métal très toxique, non radioactif.
Il est classé parmi les éléments les plus toxiques comme l'arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le plomb (Pb) et le mercure (Hg). 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.
Il est classé cancérogène de catégorie 2 par l'Union européenne et est donc en France soumis au décret CMR 2001-97 du 1^er février 2001 (qui vaut pour toute exposition au béryllium).

La détection du béryllium dans le corps humain à des doses très élevées a toujours été associée à des effets nocifs (de gravité variable). Le béryllium est

• inhibiteurs de la phosphatase alcaline,
• inhibiteur de l’adénosine triphosphatase hépatique
• inhibiteur de la synthèse de l’ADN,

...ce qui se traduit par des effets sur la santé, qu'on classe en plusieurs catégories :

Effets non cancérigènes

L’inhalation de « grandes » concentrations de béryllium (plus de 1mg par m³ d’air), ou une inhalation prolongée (plus d'une dizaine d'années) même de faibles doses, peut engendrer une maladie nommée maladie chronique du béryllium ou bérylliose (ou CBD pour Chronic Beryllium Disease). Cette maladie affecte les poumons, présente de nombreux points communs avec la pneumonie et peut évoluer vers une insuffisance cardiorespiratoire grave.
Modèle animal : 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.
Sensibilisation : Certaines personnes deviennent hypersensibles au béryllium (elles développent une réaction allergique à cet élément. Chez quelques personnes, l’exposition directe du béryllium (contact cutané) a causé des lésions de la peau et des inflammations des voies respiratoires.

Effets cancérigènes

Plusieurs études^[9] 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.

Béryllium et santé des travailleurs

Les maladies respiratoires et pulmonaires induites par l'exposition au béryllium (Be) et à des particules en contenant sont connues et ont été très étudiées ; Elles ont permis de montrer qu'une exposition au Be excédant 100 μg/m3 pouvait causer des pneumopathiess graves, alors qu’une exposition chronique cause des désordres pulmonaires dits maladies chroniques causées par le Be (MCB) ou bérylliose.
Selon l'INRS^[10], en France environ 12 000 salariés sont exposés au Béryllium dont 6 000 en mécanique générale et 3 000 prothésistes dentaires et de nombreux autres (fabrication de composants électroniques et d'instrumentation scientifique, optique électronique, bijouterie, usinage par enlèvement de matière ou abrasion, recyclage des déchets, utilisation de poudres à base de sels de béryllium destinées à enduire l'intérieur des tubes à fluorescence, fabrication d'aluminium avec un risque plus élevé pour les fondeurs et conducteurs de cuves d'électrolyse... <br /Ce produit n'a pas d'odeur et est indétectable par les moyens habituels. De plus, bien des produits en contenant n’ont pas de fiche de données de sécurité, ce qui explique qu'il est trop souvent oublié dans l’évaluation environnementales et des risques professionnels, et que la valeur limite pourrait être assez souvent dépassée. (les entreprises concernées ne sont pas toujours conscientes du danger auxquelles elles exposent certains de leurs travailleurs ré-alertait l'INRS en 2009 ^[10] Cette maladie (tableau n° 33 des maladies professionnelles, est par ailleurs selon l'INRS encore « souvent non-diagnostiquée et probablement sous-déclarée » et elle est d'autant plus facilement confondue avec la la sarcoïdose que les patients ignorent généralement qu'ils ont été en contact avec du béyllium^[10].

Valeur Limite d'Exposition Professionnelle (VLEP VLEP 8H) : elle était de 2 µg/m³ en France et dans plusieurs pays mais elle devra sans doute prochainement être revue à la baisse car « des études épidémiologiques ont incité des organismes américains à proposer en 2006 une valeur beaucoup plus basse »^{[10] [11]}.
La valeur d’exposition moyenne pondérée (VEMP) est de 0,15 μg/m³ selon l’annexe 1 du Règlement sur la santé et la sécurité du travail (RSST) (2007). La VEMP précédente de 2 μg/m³, toujours en vigueur dans différents pays, ne permet pas d’éviter la sensibilisation au béryllium ^[12].

Tests : Depuis la fin des années 80 un test de laboratoire est couramment utilisé pour déceler la sensibilisation d’un travailleur au béryllium; il s’agit du test de prolifération des lymphocytes en présence de béryllium le "Beryllium Lymphocyte Proliferation Test" (BeLPT). C'est par exemple le test le plus utilisé 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 ^[13]... mais il existe une controverse dans la communauté scientifique quant à sa valeur prédictive pour la bérylliose. Une personne pourra avoir un BeLPT positif sans être nécessairement porteuse d’une bérylliose. Sachant qu’une bérylliose peut prendre jusqu’à 30 ans à se développer chez une personne sensibilisée, la corrélation BeLPT et bérylliose chronique n’est pas significative à un instant donné.^[14].
La sensibilisation par contact cutané avec de faibles doses étant possible, de bonnes pratiques de nettoyage et décontamination sont recommandées pour rester sous la valeur seuil de 0,2 μg/100 cm² de Be (très difficile pour les surfaces de matériaux contenant du Be ^[15]).

Protection des travailleurs

En milieu contaminé, et dans les usines où le béryllium est omniprésent, le personnel est particulièrement exposés. Des protections adaptées (gants, masques, gants et vêtements de protection épais) réduisent le risque.

La décontamination de surfaces pollués par du Be se fait d'abord par aspiration des poussières au moyen d'un aspirateur garni d’un « filtre à haute efficacité » (HEPA) puis d'un nettoyage humide avec détergent. Certains produits nettoyants acides peuvent extraire du Be de surfaces en contenant. Nettoyer avec un produit moins agressif (neutre ou basique diminue par exemple la contamination d'une surface en alliage cuivre-Beryllium, surface en y maintenant une contamination inférieure à 3,0 μg/100 cm² (valeur à ne pas dépasser au Canada, pour les zones contenant du Be, avec mesures de maîtrise de l’exposition et port d’équipements de protection).
Un second cycle de nettoyage est recommandé lorsque la contamination de surface reste supérieure à 0,2 μg/100 cm². Si le Be est présent dans un matériaux devenant pulvérulent (béton se dégradant par exemple), ce dernier peut être stabilisé (scellant, résine, huile de lin...).

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.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Bérylliose (maladie professionnelle)

Liens externes

• (fr) fiche toxicologique de l'INRS : béryllium et composés minéraux
• (en) Chemical profile for beryllium
• (en) Images de béryllium sous différents formes
• (fr) Bérylliose
• (fr) Nettoyage et décontamination des lieux de travail où il y a présence de béryllium Techniques et solutions nettoyantes ; Études et recherches Rapport R-613, Stéphanie Viau et al. IRSST, Canada (PDF, 76 pages, évalué par des pairs)

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