Béryllium

Le béryllium, élément atomique n°4 de symbole Be : ses caractéristiques, son utilisation, son histoire, ses analyses, ses sources de contamination et ses mesures de protection.

Les modes d’utilisation du béryllium

Les particularités de cet agent se dessinent en quelques traits :

• une excellente coulabilité ;
• une grande faculté d’absorption calorifique ;
• une forte résistance aux corrosions.

Ces atouts expliquent pourquoi cet élément chimique intègre plusieurs applications. Sa légèreté, sa résistance, sa solidité et sa faible élasticité constituent un ensemble parfait pour un alliage rare. Ce matériau trouve sa place parmi les 27 matières premières minérales critiques. Toutefois, en raison de sa haute toxicité, ce corps est à manier avec beaucoup de précautions.

Le béryllium en mode alliage

Les multiples propriétés du béryl le rendent idéal pour l’alliage. Ce métal s’utilise comme agent durcissant au niveau des usines de transformation de plastique. C’est notamment le cas pour le mélange de cuivre et de béryllium. En effet, l’alliage de 2 % de béryllium à du cuivre augmente six fois plus la résistance à la traction de la matière.

Le béryllium est très présent dans l’industrie de la métallurgie, notamment dans la fabrication d’alliage. Il est également utilisé dans les domaines de la bijouterie, de la joaillerie et de l’orfèvrerie. Ses capacités d’absorption calorifique et sa bonne coulabilité le rendent indispensable dans la conception de moules en acier. Ainsi, l’élément est sollicité dans plusieurs industries de fabrication, dont celles de :

• la prothèse dentaire ;
• la fonderie de métaux non ferreux ;
• des articles de sport ;
• des pièces d’armes, des pièces d’automobile ;
• etc.     

Ce composant fait partie intégrante des matières premières des équipements de luxe. Par exemple, certains clubs de golf sont fabriqués avec de l’alliage en béryl. Le produit est présent dans de nombreux domaines. Il se retrouve même au cœur de la fabrication des balanciers des montres.

L’industrie aéronautique n’échappe pas à cette tendance. Les ressorts de soupape des moteurs à pistons de certains engins ont été conçus à partir de bronze au béryllium. L’élément compose également les bases des matériaux dans la construction de fusée et de miroirs des satellites. 

Le béryllium dans l’industrie de l’automobile

Le rapport entre la ductilité et la légèreté de cette matière séduit les constructeurs automobiles. À mentionner à titre d’exemple, la marque Porsche, l’entreprise avait choisi de construire des disques en béryl en 1966. L’idée était de l’utiliser en substitution de l’acier. Cependant, au fil des expériences, le constat révèle le coût élevé de la production, ce qui ne rend pas rentable l’exploitation de l’élément pour des voitures utilitaires.

Le béryllium s’accommode davantage aux voitures de course de la même marque. L’usage de disques de frein en béryl réduit considérablement le poids de l’engin. Plus de légèreté signifie moins de dépense d’énergie cinétique, donc une vitesse accrue. Le dispositif a été testé sur plusieurs prototypes de 1966 à 1969. Mais, au final, le résultat n’était pas concluant en raison du prix dispendieux des matériaux. Aussi, d’un autre côté, il reste le souci de toxicité du béryl. Le projet confronte au quotidien les mécaniciens et les pilotes aux risques de cancer ou de développer la bérylliose.         

Entre-temps, le bronze béryl trouve un bon preneur dans l’univers de la Formule 1. Émergent alors les pièces conçues à partir d’alliage de béryllium et d’aluminium comme les étriers de frein, les pistons, les sièges de soupapes… Cependant, très vite, la toxicité de l’ingrédient phare remonte en surface et met un terme aux projets.

Le béryllium inclus dans l’univers du nucléaire

Les ingénieurs puisent dans la puissance de ce corps simple pour propulser les réacteurs. Effectivement, ils mettent en œuvre une réaction créée à base de l’alliage d’un émetteur alpha et du béryllium. S’engendre, par la suite, un gamma de forte énergie. La combinaison de l’élément principal avec de l’américium devient une source de neutrons de longue durée de vie, qui assurent le fonctionnement des réacteurs.

Le Be est également utilisé comme régulateur de pression des réacteurs nucléaires. Les capacités de ce corps à filtrer les neutrons incitent les experts à prioriser son utilisation. Il est exploité en tant que modérateur de neutrons. Toutefois, les propriétés toxiques de cette matière incitent le gouvernement à suivre et à restreindre l’usage de la matière. Selon les décisions imposées, des mesures strictes doivent être prises dans le processus de traitement du béryllium.              

Le béryllium dans l’univers électronique

Le béryl s’inscrit dans la composition de nombreuses variétés de matières premières. Ses caractéristiques intéressent les grandes marques spécialisées dans la production d’appareils électroniques. Utilisé comme durcissant, son alliage est fortement exploité dans le domaine de la télécommunication et dans la conception de céramique semi-conductrice.

La capacité d’isolation électrique et la haute conductivité thermique de l’oxyde de béryllium le rendent idéal dans la conception de ressorts et d’isolants. La substance fournit une enveloppe efficace au répéteur des câbles transocéaniques.

Le béryl intègre l’utilité publique grâce aux entreprises comme Yamaha et Electrofusion Products, entre autres. Elles se servent de cet isolant pour confectionner les membranes de haut-parleurs d’aigus. La légèreté et la robustesse que confère l’élément conditionnent les membranes. Grâce à ce matériau, la structure est apte à reproduire des fréquences de 60 000 hertz.

Analyse géologique de l’utilisation du béryllium

L’isotope ¹⁰Be, retrouvé dans la nature, se présente sous forme de minerais. Formée par le contact des rayons cosmiques, la matière fournit les informations nécessaires pour une lecture de la datation du relief terrestre. Les spécialistes en géomorphologie et en paléosismologie exploitent ces données à des finalités scientifiques. Ils priorisent cette approche afin de déterminer le taux d’érosion d’une surface donnée.

Les recherches ont mis en exergue deux pics de concentration de béryllium dans les deux hémisphères : nord et sud. Les constats réalisés ont alors conclu une éventuelle faille ou faiblesse du champ magnétique terrestre survenue il y a moins de 40 000 ans. C’est ce qui a donné lieu à cette irradiation exceptionnelle, favorisant la formation d’une forte dose de ¹⁰Be : un isotope cosmogénique.

Le béryllium pour la réalisation de matrice

Les propriétés de résistance à la fatigue et aux frottements du béryl, associé à sa grande malléabilité, ont permis d’inclure cette matière dans le moulage de prothèses dentaires, entre autres. Son alliage accélère l’adhésion de la céramique. C’est ce qui lui a valu sa place au cœur des chapes pour couronnes et des prothèses dentaires.

La popularisation de la technique a obligé l’État à prendre des précautions et à instaurer des réglementations strictes sur l’utilisation de ce produit. Ainsi, pour assurer la sécurité des consommateurs, la norme ISO est entrée en vigueur en 2002. Celle-ci restreint l’usage de l’alliage en béryllium à seulement 0,02 % de la masse totale de la structure.           

Les autres utilisations du béryllium

Le béryllium métallique est adapté à la construction de fenêtres de tube à rayons X. L’exploitation de sa propriété cristalline a permis de concevoir un puissant isolant. L’élément est alors utilisé en tant que moniteur de radiation. Il est aussi sollicité dans la fabrication de supports optiques. 

Le béryl possède une excellente capacité de résistance, notamment lorsqu’il est allié au cuivre. Mis en friction, l’alliage cuivre-béryllium ne produit pas d’étincelle. Ces caractéristiques ont fait de cet élément un indispensable dans la construction de pièces de machine-outil.

L’analyse toxicologique du béryllium

Exploité pour ses propriétés ductile, résistante et isolante, le béryllium n’en est pas moins toxique. Les particules de béryllium sont très dangereuses pour l’Homme. Néanmoins, elles ne sont pas radioactives. L’élément figure dans la liste des éléments les plus toxiques, aux côtés de l’arsenic (As), du mercure (Hg), du cadmium (Cd), du chrome (Cr) et du plomb (Pb).          

Le béryllium est un métal. Les conséquences provoquées par une exposition prolongée sont nombreuses et dangereuses. Ce n’est qu’en 1943 que fut établi le premier rapport relatif à la toxicité du béryllium. Suite à ces résultats, l’Atomic Energy Commission ou AEC fixe la limite d’exposition au béryllium à 2 µg/m³ dans l’air.

Les effets du béryllium sur le corps humain

Cancérogène de catégorie 1 dans le classement de l’Union européenne, le béryllium soumet le corps exposé à rude épreuve. Son impact varie en fonction de la sensibilité de l’individu touché. Toutefois, dans la majorité des cas, il s’attaque aux membranes cellulaires.

Le poison se lie à des protéines régulatrices dans les cellules. Il reste présent dans le corps, même une dizaine d’années après exposition. L’organisme ne parvient pas à l’éliminer ni à l’extraire de manière naturelle. L’élément s’ancre jusqu’au bout des cellules et ronge le corps petit à petit.

Il freine la production de phosphatase alcaline. Il étouffe la création l’adénosine triphosphatase hépatique. Il stoppe également la synthèse d’ADN.

Lorsque le béryllium est absorbé par le poumon, il passe par le système lymphatique trachéobronchique pour s’éparpiller dans tout l’organisme. Il peut également être stocké sur certaines protéines. Dans ce cas, il envahit le corps humain via le système sanguin.

Les effets non cancérigènes du béryllium

Les symptômes émanant de l’exposition au béryllium varient en fonction du degré d’exposition à la matière.

Certaines personnes développent une hypersensibilité à cette substance. Leur corps répond par des allergies lorsqu’ils entrent en contact avec les particules, les fumées ou les brouillards contenant du béryllium. Cette légère anaphylaxie peut même conduire à l’apparition de lésions sur la peau ou des irritations graves des yeux. L’ingestion de particules de béryllium peut affaiblir les organes tels que le foie, le cœur, le système nerveux, les reins et le système lymphatique.

Une autre catégorie de personnes contracte une maladie respiratoire grave après une exposition au béryllium. L’inhalation, prolongée ou à faible dose, à la substance génère une affection des poumons. Voilà pourquoi de nombreux professionnels l’associent aux maladies pulmonaires. L’exposition aux molécules Be favorise le développement de maladie chronique dite bérylliose. Cette infection présente les mêmes symptômes que la pneumonie. Elle engendre une cicatrisation irréversible des poumons. Sans traitement adéquat, elle peut conduire à une insuffisance cardiorespiratoire.       

Les effets cancérigènes du béryllium 

Des études permettent d’analyser et de suivre clairement la hausse du taux de mortalité des personnes exposées au béryllium. Effectivement, les statistiques démontrent le taux élevé des travailleurs opérant au sein des usines de béryllium qui succombent au cancer du poumon.

Quelles sont les sources de contamination ?

Dans un premier temps, ce sont les travailleurs qui manient et qui respirent les particules de béryllium qui sont les plus exposés. Ils doivent être mis au courant des risques qu’ils encourent au contact des alliages et des matériaux contenant la substance toxique. En effet, les lieux de production, de fabrication, et de finition de l’alliage sont les plus dangereux. Les poussières contaminées risquent de flotter dans l’air.

Le béryllium en état solide et incorporé dans les minéraux ne présente aucun danger spécifique pour la santé de l’Homme. Le souci lié à la matière a commencé dans les usines d’exploitation du béryllium. L’élément toxique induit en poudre ou en poussière de particules contamine l’environnement : l’eau, le sol, l’air et l’organisme humain.

Les réseaux d’eau potable en danger

Suite à des fuites de déchets au niveau des industries d’exploitation de béryllium, les sources d’eau naturelle et les effluents proches de ces usines peuvent être facilement contaminés. Nombre de tests attestent la présence de cet élément au niveau des cours d’eau et des eaux usées, mais à un niveau moindre. Lorsque le taux de béryllium contenu dans ces points d’eau ne dépasse pas les 0,2 µg/l, il n’y a pas lieu de mentionner un problème environnemental. En général, la concentration moyenne de béryllium dans ces flots est comprise entre 0,1 µg/l et 500 µg/l.

Des particules toxiques dans l’air

La pollution de l’atmosphère par les poussières ou les fumées de béryllium est dévastatrice. L’inhalation de cette substance constitue la première cause du cancer de poumon. Elle expose l’individu à la maladie chronique appelée bérylliose.

En effet, des opérations particulières génèrent la propagation des fines particules dans l’air. Il s’agit notamment du broyage, du polissage et de l’émeulage de ce métal ou de son alliage. Ce risque est omniprésent à chaque étape du processus : usinage, traitement de la chaleur, fusion et moulage, et même le nettoyage. Aucun secteur n’y échappe : industriel, construction, et mines de traitement et d’extraction du béryllium.