Bore

Le bore, élément atomique n°5 de symbole B : son utilisation, son histoire, ses isotopes, sa production et ses phases de risque.

Portant le symbole B, le bore figure sur le tableau périodique dans le groupe 13. Son numéro atomique est le 5. Comme le béryllium et le lithium, ce composant n’est pas répertorié dans le processus de nucléosynthèse. Sa présence en quantité infime dans l’espace est causée par la spallation cosmique (bombardement interstellaire sur les éléments chimiques plus lourds). Le bore est un corps simple catégorisé parmi les métalloïdes trivalents. Cela signifie qu’il conduit la chaleur et l’électricité, mais son pouvoir dans cette optique est très limité. En principe, il est présent sous forme de borates sur la surface terrestre à raison de 0,001 %, soit 10 ppm (partie par million). Cet élément chimique est également disponible en très faible quantité dans le système solaire et dans les océans. Dans ce dernier cas, il est appelé « acide borique ».

Les différentes utilisations du bore

Il convient de préciser que le bore se décline en deux variétés. Le bore amorphe se présente sous forme de poudre brune. Quant au bore cristallin, il est de couleur noire et se caractérise par sa grande dureté (9,3 sur l’échelle de Mohs).

Le bore a capté l’attention des scientifiques et des industriels pour de nombreuses raisons, notamment à cause de ses composés. Polyvalent, cet élément chimique peut être utilisé dans un grand nombre d’applications. Il a la particularité d’être stable et de résister à la corrosion. Son étude a permis une meilleure compréhension du processus de liaison chimique. De plus, ce métalloïde est relativement bon marché et facile à traiter. Il joue un rôle significatif dans le secteur de l’automobile, de l’aéronautique et de l’électronique. À titre d’illustration, le perborate de sodium Na₂B₂O₄(OH)₄ constitue un des ingrédients contenus dans les détergents et les lessives. Quant au borax Na₂B₄O₇·10H₂O, il est principalement présent dans les matériaux de construction comme les fibres de verre.

La découverte du bore

Le bore est un mot dérivé du persan « burah » signifiant brillant. Il peut également être associé à un terme arabe « buraq ». Cet élément chimique est utilisé par différentes civilisations depuis des millénaires. Il figurait dans le processus de momification en Égypte antique. Il est notamment présent dans le natron, un minéral qui contient des borates. Durant la haute Antiquité, les céramistes et les métallurgistes connaissaient déjà les propriétés de ce métalloïde. Selon les découvertes archéologiques, les Chinois utilisaient en – 300 J.-C. des glaises contenant une grande quantité de borax. Quant aux Romains, ils avaient intégré le bore dans leur processus de fabrication du verre.

L’élément simple bore est isolé grâce aux recherches effectuées par des scientifiques en 1808 (le baron Louis Jacques Thénard, Gay-Lussac et Humphry Davy). Ceux-ci ont réussi à obtenir un composé pur à 50 %. Cependant, ils n’ont pas encore considéré leur découverte comme un élément chimique. Cette identification n’a été réalisée qu’en 1824 par Jöns Jacob Berzelius. Néanmoins, ce fut le chimiste américain Ezekiel Weintraub qui a obtenu un échantillon pur à 100 % en 1909. Il a réalisé des expériences à partir du sesquioxyde de bore.

Cinétique environnementale du bore

Le bore est principalement connu pour sa facilité d’adsorption. Il se fixe aisément à la surface d’une quelconque substance. Il a également la particularité de se dissoudre dans un sol labouré. De ce fait, cet élément chimique peut être emporté par le ruissellement. Il est présent à raison de 0,001 à 2 mg par litre dans les eaux douces d’Europe. Selon les chiffres de l’OMS en 2003, les valeurs du bore sont inférieures à 0,6 mg par litre.

De nombreux facteurs expliquent la faible quantité de bore dans le sol. D’abord, cela peut être causé par un récent apport de chaux, le pH du sol étant supérieur à 6,6. D’abondantes précipitations peuvent également être à l’origine des carences en bore. Celles-ci sont également constatées dans les sols sablonneux et dans ceux riches en matières organiques.

Le ruissellement emporte le bore vers les océans. Il y est présent en grande quantité sous forme d’acide borique. En 1998, l’International Programme on Chemical Safety ou IPCS a relevé 4,5 mg de bore par litre. Cet élément chimique se trouve principalement dans les sédiments marins. Une infime partie de lui se volatilise dans l’atmosphère. Ce phénomène se produit à cause de l’évaporation de l’acide borique marin, mais aussi via les incendies de forêt, les embruns et les activités volcaniques.

Depuis quelques siècles, la volatilisation est également due aux opérations minières, à l’épandage de produits chimiques sur les zones agricoles et à la production de céramiques et de verres. La combustion du charbon dans les usines métallurgiques et les centrales thermiques contribue, entre autres, à ce phénomène. Le bore particulaire retombe par la suite sur terre ou sur mer sous forme de dépôts humiques ou secs.

Néanmoins, la teneur en bore dans l’air est comprise entre 0,5 à 80 ng/m³. Les dépôts dans les sédiments ou dans le sol se transforment en borates grâce à des bactéries et des champignons. Le bore est également adsorbé sur le substrat alcalin ayant un pH compris entre 7,5 et 9. Lorsque le milieu s’acidifie, le bore est désorbé. L’ATSDR et l’IPCS ont constaté cette situation en 1992 et en 1998.

Masse atomique

Le bore naturel est constitué de ses deux isotopes stables. Les proportions respectives de ces derniers varient notamment entre les borates de Californie (faible teneur en 10B) et ceux de Turquie (forte concentration en 10B).

En raison de sa grande section efficace neutronique (~3838 barns), le bore 10 a été utilisé dans les années 1950 comme standard de référence. Cela a entraîné la mise sur le marché de quantités non négligeables de bore appauvri en 10B. Tel a également été le cas pour le lithium appauvri en 6Li pour d’autres raisons. En conséquence, cette diffusion contribue à la médiocre précision de la masse atomique du bore.

Isotopes

On connaît quatorze isotopes du bore, dont le nombre de masses varie entre 6 et 19. Seuls 10B et 11B sont stables et présents dans la nature, le second représentant 80 % du bore naturel. Les isotopes radioactifs du bore sont très instables, avec une demi-vie maximale de 770 millisecondes pour 8B. Ces isotopes se décomposent en isotopes de l’hélium pour les plus légers et en isotopes du carbone pour les plus lourds. L’analyse isotopique du bore peut s’avérer utile pour retracer les origines de certains composés anthropiques.

Caractéristiques notables

Le bore est un élément semi-conducteur avec une électronégativité élevée et une faible conductivité thermique. Il forme des composés oxydés qui sont faiblement solubles dans l’eau et qui s’accumulent dans la nature. Par exemple, le bore se combine avec l’oxygène, le soufre et le phosphore pour former des sels appelés borates. D’ailleurs, le bore est un liant très fort, ce qui en fait un composant important dans de nombreux alliages métalliques. Il sert également à la fabrication d’huile de moteur, de produits chimiques agricoles, de revêtements anti-usure et de matériaux de construction.

Le bore est utilisé en électronique comme dopant de type P (accepteur d’électrons / riche en trous) pour le silicium (tétravalent). Ce processus de dopage consiste à ajouter des impuretés à un matériau semi-conducteur, ce qui permet de modifier ses propriétés électriques. Les composés du bore se comportent souvent comme des acides de Lewis. Ils se lient aisément avec des espèces riches en électrons afin de combler leur déficit électronique.

Le bore est transparent dans le spectre infrarouge. En conditions normales, sa conductivité électrique est faible, mais elle s’accroît à haute température. Cet élément chimique peut servir dans la fabrication de matériaux réfractaires et d’alliages résistant à la corrosion. Il peut également être utilisé dans la fabrication de lubrifiants, d’acides boriques et de produits chimiques. Il est couramment employé dans l’industrie automobile, dans l’industrie aéronautique et dans l’industrie des semi-conducteurs. De même, l’usage du bore est fréquent dans le traitement des eaux usées et potables. Il peut jouer un rôle important dans le contrôle de la croissance des algues et des bactéries dans les réservoirs d’eau.

Le bore est un élément particulièrement résistant à la traction. Sa nitrure cubique est aussi dure que le diamant et sert d’isolant électrique, mais conduit la chaleur comme un métal. En outre, le nitrure hexagonal présente des qualités lubrifiantes proches du graphite. De plus, le bore est similaire au carbone, car il est capable de former des structures moléculaires stables par liaison covalente. Il est utilisé comme alliage et composant pour les aciers ainsi que pour les métaux non ferreux. Il peut également être employé comme catalyseur dans les matériaux réfractaires pour la fabrication de fusibles, de sondes et de bougies. Il peut servir dans la création de lubrifiants, de plastiques, d’émulsions et de vernis. De même, il est utilisé dans la conception de produits chimiques destinés aux produits pharmaceutiques, au textile et à l’industrie alimentaire.

Le rouge de rosocyanine est formé par un traceur de pollution urbaine présent dans les lessives et détectable dans l’eau grâce à la curcumine. Il s’agit du méthylène bleu, un colorant permettant de repérer les réseaux d’assainissement contaminés. Le rouge de rosocyanine est visible à l’œil nu et peut être mesuré avec un spectrophotomètre.

Le bore est curieusement présent uniquement dans une seule molécule ayant un rôle biologique connu : AI-2 (autoinducer 2). Cette molécule a été découverte en 1994 par Bonnie L. Bassler. Elle permet aux bactéries de communiquer entre elles afin d’évaluer leur nombre et de ne déclencher certaines actions (comme la luminescence) que lorsqu’elles sont nombreuses. À titre d’information, l’AI-2 est un sucre qui enserre un atome de bore, ce qui lui assure un rôle clé dans la communication inter-bactérienne.

Sous haute pression, le bore forme un cristal ionique à lui seul, ce qui est inhabituel dans la nature. Cette propriété est due à la façon dont ses atomes s’assemblent sous l’effet de la pression, créant deux types d’amas ayant des caractéristiques ioniques différentes. Ceux-ci se comportent respectivement comme des cations et des anions, ce qui permet la formation d’un cristal ionique. Cette caractéristique revêt une importance considérable pour les chercheurs qui étudient la structure et la composition des matériaux à haute pression.

Applications du bore

Le borax est l’un des composés les plus importants du bore en raison de sa grande variété d’applications industrielles. Il est également utilisé comme additif alimentaire, comme liant pour les lubrifiants et les céramiques ainsi que pour la fabrication de produits chimiques. Il sert à créer des borates, des phosphates et des acides boroniques. De même, il est également couramment utilisé comme agent de soudure, comme désinfectant, comme antiseptique et comme agent de nettoyage.

Le bore « amorphe » est un composant essentiel dans les effets pyrotechniques, car il produit une couleur vert intense et brillante lorsqu’il est chauffé à des températures élevées. Il fait preuve d’une grande stabilité à des températures allant jusqu’à 2 000 °C, ce qui le rend particulièrement adapté à la formation de certains mélanges. Dans la plupart des cas, il est combiné à des combustibles sous forme de poudre ou de grains. L’association à créer doit être décidée en fonction de la taille et de la couleur de la flamme souhaitée.

L’acide borique est un composé chimique couramment utilisé dans l’industrie textile. Il est notamment employé dans le blanchiment et la teinture des tissus. Il est également capable d’améliorer la résistance de ces derniers aux déchirures et à l’usure. Il leur donne aussi une apparence plus brillante et plus soigneuse.

L’acide borique et ses sels ont longtemps été utilisés en médecine comme médicaments biocides. Cependant, ils sont progressivement remplacés par d’autres produits plus sûrs à cause de leur toxicité à des doses thérapeutiques. Dans les années 1970-1980, de nombreux agents borés hypolipémiants, anti-inflammatoires ou anticancéreux ont été proposés et/ou développés. Cependant, la grande majorité d’entre eux n’ont pas passé les tests de toxicité et n’ont donc pas été approuvés pour une utilisation en médecine humaine.

Le mélange de trois parts d’acide borique et d’une part de borax a longtemps été utilisé comme conservateur alimentaire au XIXème siècle. Toutefois, son usage a connu une vive opposition après que des cas d’empoisonnements mortels ou graves (par surdosage ou par consommation accidentelle) aient été découverts. Les États-Unis, la France, l’Allemagne, les Pays-Bas, l’Italie, l’Espagne et, plus tardivement, la Grande-Bretagne (un peu avant 1928), ont tous interdit cette pratique. En particulier, le lait traité au bore (Boricized milk) aurait été à l’origine de troubles intestinaux graves chez les nourrissons.

Les composés du bore sont couramment utilisés dans de nombreux domaines, notamment en synthèse organique et pour la fabrication de verres borosilicatés comme le Pyrex. Ils sont également employés dans les alliages, dans la fabrication d’additifs alimentaires ainsi que de produits phytosanitaires et fertilisants. De plus, le bore est un composant essentiel dans la formation de nombreux matériaux de construction tels que les fibres de verre, les céramiques, les produits cimentaires et les isolants.

Les sels de bore, eux, peuvent être utilisés comme pesticides, comme insecticides et comme fongicides. Un parfait exemple de leur usage est le polyborate (NaB8O13 · 4 H2O). Celui-ci joue un rôle important dans la lutte contre les termites et les autres insectes xylophages ainsi que certains types de champignons. Il présente l’avantage de pénétrer spontanément dans le bois. Cependant, il est très soluble et sa durée de vie comme son efficacité restent encore méconnues jusqu’à ce jour. Les sels de bore sont également utilisés dans les antipuces, dans les ovicides et dans les larvicides.

Les sels de bore et l’acide borique étaient autrefois fréquemment utilisés comme fongicide et ignifugeant pour le bois et la ouate de cellulose. La plupart des gens croyaient que ces produits présentaient une faible toxicité pour l’Homme. Cependant, des études ont montré qu’ils sont, en réalité, toxiques pour les mammifères et, a priori, pour le développement fœtal humain. En conséquence, un reclassement de l’élément chimique a été fait le 16 février 2007. En raison de leur écotoxicité, l’acide borique et ses sels ont été considérés comme « Reprotoxiques de catégorie 2 » à l’annexe de la 30^ème A.T.P. de la directive 67/548.

Dans le passé, l’acide borique, le borate de sodium, l’eau boriquée et l’eau oxygénée boriquée ont tous été utilisés comme des médicaments. Ils auraient été nécessaires, en particulier, pour le traitement profond des plaies. Un article scientifique de 1990 l’a, d’ailleurs, démontré. Cependant, plus tard, cette étude a été considérée comme présentant des défauts méthodologiques. Dans tous les cas, il est important de noter une certaine nuance entre les impacts de l’élément chimique 5 sur l’organisme humain. En effet, les symptômes de l’intoxication par l’acide borique ou ses sels sont différents de ceux directement induits par le bore. Ceux qui sont plus courants incluent :

• des troubles digestifs (à 63,7 % des cas : vomissements, douleurs abdominales, etc.) ;
• des troubles neurologiques (à 13,0 % des cas : vertiges, ébriété, hypotonie, etc.) ;
• des manifestations cutanéo-muqueuses de type allergique (à 11,0 % des cas : érythème) ;
• des troubles respiratoires (à 5,5 % des cas) et/ou généraux (à 5,5 % des cas).

Ces symptômes ont été constatés chez 22,3 % de 367 personnes qui ont participé à une étude. Celles-ci ont été exposées (par voie orale le plus souvent) à de l’acide borique (84,2 %). Elles ont également été mises en contact avec du borate de sodium, de l’eau boriquée et de l’eau oxygénée. Le but était de déceler d’éventuelles erreurs thérapeutiques.

Le bore naturel ou enrichi en 10B est couramment utilisé dans le domaine nucléaire. Sous forme d’acide borique dilué dans l’eau, il est employé comme absorbant neutronique dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée. De même, le bore peut servir de bouclier contre les radiations neutroniques et est également utilisé dans les détecteurs de neutrons.

Le néodyme est un élément chimique de la série des lanthanides souvent utilisé pour la fabrication d’aimants permanents. Il est généralement mélangé avec le fer et le bore (Nd2Fe14B) pour produire des aimants extrêmement puissants et durables. Ceux-ci peuvent être intégrés dans les systèmes de moteurs électriques ou de haut-parleurs. Ils peuvent également devenir un composant de certains appareils ménagers, d’équipements électroniques, d’appareils de levage et de manutention, etc.

En métallurgie, le bore est utilisé pour renforcer la résistance des joints de grains. La combinaison du bore et du titane (appelé « couple titane-bore ») est très efficace pour améliorer les propriétés mécaniques des aciers trempés-revenus, notamment en augmentant leur trempabilité. Dans cette optique, il est particulièrement important de veiller à ce que le dosage soit précis. Selon certaines normes d’élaboration, les concentrations en bore ne doivent pas dépasser 5 ppm (en masse).

De nombreux composés de bore sont actuellement étudiés pour leur potentielle application dans :

• les membranes perméables aux sucres ;
• les catalyseurs ;
• les capteurs d’hydrate de carbone ;
• les matériaux à base de boron.

Ces composés sont considérés comme des outils puissants pour le développement de technologies innovantes et durables.

Le bore est un dopant de type P qui peut être ajouté à un diamant naturel pour améliorer sa conductivité électrique. Dans ce cas, celui-ci peut acquérir des propriétés métalliques et être utilisé comme une électrode. Les électrodes à base de diamant dopé au bore font preuve d’une grande utilité, car elles permettent de réduire les nitrates. Elles sont aussi capables d’oxyder certains polluants organiques dans l’eau sans nuire au liquide lui-même. De même, il est possible d’utiliser le bore dopé pour produire des composés organométalliques complexes. Grâce à ses propriétés de conductivité électrique, de stabilité et de résistance à des températures élevées, le diamant dopé au bore devient particulièrement polyvalent. Il peut notamment trouver des applications dans l’industrie des semi-conducteurs et dans l’électrochimie.

Le diborane est un ergol d’un grand intérêt dans la recherche spatiale. Il produit une impulsion spécifique très élevée lorsqu’il est combiné au difluorure d’oxygène.

L’utilisation du bore en combinaison avec de l’hydrogène est également envisagée comme combustible pour la fusion neutronique à l’avenir.

Production industrielle

Le bore ne se présente pas à l’état pur dans la nature. Il revêt généralement des formes combinées telles que le borax (tinkalite), l’acide borique, la colémanite, la kernite, l’ulexite et divers borates. D’ailleurs, de l’acide borique peut être trouvé dans les sources d’eau volcanique. L’ulexite, en particulier, est un minerai de bore qui présente naturellement des propriétés de fibre optique.

Les États-Unis et la Turquie sont les plus grands producteurs mondiaux de bore. Alors que le premier dispose d’un important gisement de minerai de rasorite dans le désert des Mojaves, le second possède d’immenses réserves de minerai de borax. Ensemble, ils représentent 86 % des réserves mondiales de bore, avec la Turquie à 73 % et les États-Unis à 13 %.

Pour obtenir du bore pur, il faut mettre en place des techniques particulièrement sophistiquées et complexes. Les premières méthodes qui ont été développées en la matière consistaient à réduire l’acide borique avec des métaux tels que le magnésium et l’aluminium. Cependant, le résultat obtenu était, dans la majorité des cas, toujours souillé par des borures métalliques. Une manière plus efficace d’obtenir l’élément chimique 5 est de le produire en réduisant des halogénures de bore volatils avec de l’hydrogène à des températures élevées. Cette technique permet d’atteindre une pureté de près de 99,9999 %. Dans tous les cas, d’autres méthodes de purification peuvent être mises en œuvre pour obtenir un bore encore plus pur.

Fonctions et toxicité biologique

Le bore contiendrait un oligo-élément à faible dose qui a un impact plus ou moins considérable sur les végétaux et chez les animaux, incluant l’Homme.

Pour les végétaux

Le bore est un métalloïde qui se présente dans l’environnement sous forme ionique ou minérale amorphe. Il s’agit de l’un des sept composants essentiels des végétaux. Il contribue à maintenir l’intégrité des parois cellulaires et est indispensable à la croissance des tubes polliniques. Seuls les végétaux sont susceptibles de bioaccumuler le bore. Les légumes en contiennent généralement entre 0,025 et 0,05 mg/g de poids sec. Les fruits, eux, en possèdent entre 0,005 et 0,0005 mg/g et les céréales ainsi que leurs grains entre 0,001 et 0,005 mg/g. Dans le bois de l’arbre, le bore se stabilise dans le phloème. Il est peu transférable aux autres tissus, sauf pour certaines espèces, notamment les pommiers. Les racines en contiennent le moins, contrairement aux feuilles.

Un excès de bore dans le sol peut causer des nécroses marginales des feuilles et affecter la croissance des plantes sauvages ou cultivées. Certains dérivés du bore ont été employés comme pesticides désherbants qui, en grande quantité, peuvent tuer les végétaux. Néanmoins, un niveau trop bas (inférieur à 0,8 ppm) peut également produire les mêmes symptômes chez des plantes particulièrement sensibles au bore du sol (arbres fruitiers).

Une étude menée en 2010 en Californie a mis en évidence le rôle aggravant de l’acidité du sol (pH bas) dans la phytotoxicité du bore. Une augmentation du taux de bore dans un sol légèrement acide s’accompagne d’une diminution de la diversité bactérienne associée aux racines des concombres. Ces derniers ont été cultivés sur un sol salinisé par l’irrigation à l’eau dure.

Les plantes absorbent le bore à partir de leur environnement, principalement à partir de l’eau et du sol. Lorsqu’elles croissent, elles le stockent dans leurs tissus, le concentrant parfois à des niveaux plus élevés que ceux présents dans le sol. Une fois absorbé, le bore est transporté dans les différents organes des plantes, ce qui peut entraîner des effets négatifs. Il est notamment susceptible d’engendrer la diminution de la croissance, de la productivité et de la qualité des produits agricoles. En quelques mots, la toxicité du bore pour les plantes dépend de divers facteurs. Elle varie en fonction de la teneur en bore du sol, du pH du sol et du type de plante.

Chez l’humain et l’animal

Le bore est un élément nutritif essentiel qui joue un rôle important dans le métabolisme osseux, la santé dentaire et le système immunitaire. Il est nécessaire pour la croissance et le développement des os. Il est également essentiel à la synthèse des protéines, à la production d’hormones et à l’utilisation optimale des vitamines ainsi que des minéraux. De même, il peut aider à l’assimilation des acides gras. Le bore intervient aussi dans la régulation des enzymes et des hormones ainsi que dans le métabolisme des glucides et des lipides. Une carence peut donc entraîner des effets néfastes sur la santé.

L’acide maléique est considéré comme toxique pour les invertébrés aquatiques à des doses relativement faibles. Tel a notamment été le résultat d’une étude menée sur la crevette Litopenaeus vannamei. Celle-ci a montré que des concentrations de quelques dizaines de milligrammes d’acide maléique par litre d’eau sont toxiques pour cet organisme. Dans tous les cas, il convient de préciser que cette toxicité dépend majoritairement de la salinité du liquide. Des recherches sur la limande et le mulet à grosses lèvres ont également prouvé que les poissons marins sont moins sensibles à l’acide maléique.

Cependant, à forte dose, le composé est toxique pour les animaux. Des études récentes ont montré qu’il peut avoir un effet négatif sur le système immunitaire et cardiovasculaire. En effet, il inhibe la fonction et la réponse des cellules immunitaires. Il a également été associé à des conséquences néfastes sur le développement et le comportement des animaux. L’acide maléique nuit à la santé cardiaque et mentale. Il peut causer des lésions musculaires et nerveuses.

Il n’est pas certain que le bore soit un élément absolument indispensable pour le métabolisme du calcium osseux. Cependant, des études ont démontré que la supplémentation en bore peut avoir un effet sur le métabolisme du calcium osseux. Les résultats sont bien plus marqués lorsque d’autres nutriments et micronutriments comme le cholécalciférol et le magnésium sont présents.

D’ailleurs, il existe des indications selon lesquelles le bore pouvait avoir un effet bénéfique pour la santé, à condition d’être consommé à faible dose. Selon l’OMS, il faut respecter une quantité de 1 à 13 mg/j. Des études épidémiologiques ont également donné certaines informations ahurissantes. Les habitants des zones minières où est exploité le bore présentent un taux particulièrement faible de cancers et de maladies musculo-squelettiques. Cependant, il est encore difficile de déterminer si cette relation est réellement causale.

Dans certaines régions, l’eau de forage peut naturellement contenir des concentrations élevées de bore et de fluor. Ces teneurs trop élevées sont susceptibles de provoquer la fluorose dentaire. Cependant, une étude anglaise menée en 2010 a montré que la contamination par le bore en tant qu’additif de produits nettoyants est en baisse. En effet, le bore a été massivement utilisé comme ignifugeant et a pollué les eaux de surface. Toutefois, des mesures de prévention et de contrôle de la pollution sont actuellement mises en place pour réduire cette source de pollution.

Les résultats de cette étude anglaise suggèrent que l’inhalation de trifluorure de bore (BF3) associé au fluor est extrêmement toxique pour les rats. Une exposition à 180 mg/m³ d’air pendant deux semaines a entraîné la mort de la totalité de ces derniers. Les symptômes suivants ont été observés chez ceux qui ont été mis en contact avec 66 et 24 mg/m³ :

• des signes cliniques d’irritation respiratoire ;
• une perte de poids ;
• une augmentation du poids des poumons ;
• une diminution du poids du foie ;
• une accumulation de matières sèches autour du nez et de la bouche ;
• des râles et des larmoiements ;
• une dépression réversible du taux de protéines du sérum et des globulines ;
• une augmentation du taux de fluor osseux et urinaire.

Ces effets étaient de type « dose-dépendant » et une toxicité rénale significative a été constatée à 17 mg/m³ d’air. Les résultats de cette étude indiquent que l’inhalation de trifluorure de bore associé au fluor peut être extrêmement toxique, même à des niveaux d’exposition faibles.

Concernant sa reprotoxicité

Les données épidémiologiques disponibles ne permettent pas d’évaluer l’exposition à des niveaux élevés de bore, car ce genre de situation est rare chez l’être humain. Cependant, les données toxicologiques issues des expériences animales montrent que cela peut entraîner des conséquences négatives sur la reproduction et le développement. L’exposition à des niveaux élevés de bore est susceptible de provoquer des anomalies de la spermatogenèse et une diminution de la fertilité.

Concernant son utilité biologique

Le bore a un rôle important dans le métabolisme et le développement cellulaire. Il est impliqué dans la régulation de certains processus physiologiques, notamment le transport transmembranaire, la synthèse de la matrice extracellulaire et la cicatrisation des plaies. Une supplémentation en bore peut augmenter les taux sériques de β-estradiol et de testostérone. Cependant, elle est susceptible d’avoir des effets reprotoxiques et d’inhiber la fonction reproductive. Chez les humains et les animaux, le bore est moins bien compris que chez les végétaux, mais son importance pour la santé est évidente.

Toutefois, un excès de bore peut entraîner une toxicité hépatique, une hyperthyroïdie et une hypercalcémie. Des études de cohorte ont également montré que le bore peut être associé à un risque accru de cancer du poumon, de la prostate et des voies biliaires. D’ailleurs, des recherches de laboratoire et épidémiologiques suggèrent que le bore peut provoquer des impacts négatifs sur le développement du cerveau et du système nerveux.

Le bore est un oligo-élément important qui peut être trouvé dans de nombreux aliments. Les légumes-feuilles, les noix, les grains entiers et les fruits secs sont notamment riches en bore. Les aliments d’origine animale tels que le poisson, la viande et les produits laitiers en sont également des sources importantes. La quantité de bore dans les aliments varie selon le type de sol dans lequel ils ont été cultivés. Elle dépend aussi des méthodes de traitement et de préparation de ceux-ci.

Des études récentes ont montré que le bore peut aider à réguler les niveaux d’hormones et d’acides gras et à améliorer le métabolisme des glucides. Il a également été suggéré que le bore aide à prévenir l’ostéoporose en favorisant le renouvellement des os et en réduisant l’excrétion de calcium. Enfin, il peut aider à réduire l’inflammation et à protéger contre des maladies chroniques telles que le diabète et les maladies cardiaques.

Concernant le passage percutané

Selon les dernières données (études in vivo et in vitro) disponibles, la peau humaine est considérée comme une barrière très efficace contre le passage percutané. Toutefois, lorsqu’elle est endommagée, abrasée ou blessée, cette protection devient inutile. Les études ayant permis de recueillir ces données sont plus récentes et bénéficient de méthodes d’analyse du bore dans une matrice biologique plus sensible.

L’utilisation du modèle in vitro a été proposée pour mieux comprendre la perméabilité cutanée. Elle suggère donc que le bore peut pénétrer plus profondément dans la peau que ce qui avait été précédemment estimé. Elle soulève des questions sur le risque de cet élément chimique sur la santé. Elle a également mis en évidence que les effets toxiques du bore pourraient être sous-estimés dans les études antérieures. Les chercheurs sont appelés à réaliser de nouvelles études pour évaluer de manière plus précise le passage percutané du bore. La toxicité de cette dernière à des niveaux de concentration plus élevés devrait également être analysée une nouvelle fois.

Concernant les seuils de toxicité et d’écotoxicité

Les effets toxiques du bore chez les mammifères se traduisent principalement par une défaillance testiculaire et par une inhibition du développement fœtal. Des seuils spécifiques doivent être respectés afin d’éviter ces effets néfastes. Une réévaluation toxicologique menée en 2013 a mis en évidence ces limites et insiste sur la nécessité de ne pas les dépasser.

Une exposition excessive au bore est susceptible d’entraîner une infertilité masculine, ce qui est plus ou moins réversible selon la dose absorbée. Selon différentes études, les effets négatifs sont d’autant plus prononcés lorsque l’exposition à la substance est plus élevée. Celle-ci peut entraîner une atrophie testiculaire et une délétion de la spermatogenèse. Des signes de perturbation hormonale sont également soupçonnés. Un seuil d’exposition sans effet néfaste estimé à 17,5 mg de bore par kilo de poids corporel et par jour chez le rat est proposé. Il est à noter que le bore ne s’accumule pas spécifiquement dans les testicules.

Des pertes de fertilité ont été observées chez des femelles des rats et des souris exposées à 58,8 mg de bore/kg de poids corporel et par jour. Une étude chez des souris femelles a montré que des doses supérieures à 111,3 mg/kg sont associées à une diminution de la fertilité. Chez des rats de souche Sprague-Dawley, la dose sans effet nocif observée est de 10 mg de bore/kg. Des effets néfastes pour le fœtus ont été observés à 13 mg/kg de poids corporel et par jour.

Une étude sur des centaines d’ouvriers chinois exposés au bore a mis en évidence une différence de ratio Y/X. Cependant, aucun effet direct et statistiquement significatif n’a été observé sur les autres caractéristiques du sperme. Aucune donnée n’a également permis d’évaluer le nombre d’enfants engendrés par les travailleurs de l’industrie du bore dans une province de la Chine du Nord. Ces résultats peuvent être liés à la politique de l’enfant unique mise en place en Chine qui pourrait cacher une baisse de fertilité due au bore. Cependant, il est aussi possible que les êtres humains soient moins sensibles au bore que les souris, rats et chiens utilisés en laboratoire.

Une toxicité rénale accompagnée de modifications dégénératives visibles au niveau des cellules des tubules proximaux a été mise en évidence. Son intensité dépend de la dose et de la durée d’exposition.

Toxicité chez l’enfant

Au cours des années 1980, l’empoisonnement accidentel par des antiseptiques contenant de l’acide borique était fréquent. Il pouvait parfois être fatal chez les nourrissons et les nouveau-nés. De même, des empoisonnements ont également été provoqués par l’absorption accidentelle de pesticides domestiques, y compris les insecticides, par les animaux qui y sont exposés. Dans d’autres cas, ce sont des produits ménagers contenant des borates qui ont été la cause des intoxications. Les accidents du travail impliquant des boranes ont également été responsables d’intoxications. Chez l’enfant, les cas d’intoxication aiguë sont plus facilement détectables, mais des intoxications chroniques peuvent également survenir.

Cinétique corporelle, excrétion

Toutes les quantités de bore ingérées par l’homme et l’animal de laboratoire sont absorbées par le sang en quelques heures. Cependant, la répartition du bore est inégale à travers le corps. Il est moins concentré dans les tissus adipeux et plus dans l’os, le cerveau et la moelle osseuse. Cette dernière en contient quatre fois plus que le sang.

L’acide borique ne paraît pas être métabolisé par l’animal ou l’humain, probablement en raison de l’énergie importante nécessaire pour rompre le lien BO. Néanmoins, sa forte affinité pour les groupes chimiques cis-Hydroxy pourrait expliquer certains des effets biologiques.

En moyenne, le bore pris par des volontaires humains a une demi-vie de 21 heures. Durant une étude de pharmacocinétique, ceux-ci ont reçu une dose unique de 562 à 611 mg d’acide borique par perfusion en 20 minutes. Celle-ci a révélé qu’après 120 heures, 98,7 (± 9 %) de la dose était éliminée par l’urine. Des études chez le rat ont montré que la durée de demi-vie du bore était d’environ 14 à 19 heures. Elle est significativement plus courte que chez l’humain.

Le bore qui n’est pas éliminé rapidement peut être absorbé de manière durable par le cerveau et les os. Chez les femmes enceintes, le placenta n’est pas un obstacle au bore, ce qui a été démontré par une étude de 2012. Celle-ci a trouvé plus de 1 700 mg de lithium/L et de 14 000 mg de bore/L dans la première urine du nouveau-né. Les résultats n’ont cependant pas été analysés plus en détail. Les nourrissons sont moins exposés au bore par le lait maternel qui en contient moins que le sang de la mère.

Le cas du bore en nanoparticules ou dans des nanoproduits

Les nanotechnologies qui exploitent le bore soulèvent des interrogations chez les toxicologues, les écotoxicologues et les biologistes cellulaires. Les questionnements ont commencé depuis l’avènement, dans les années 2000, des nanotubes à base de nitrure de bore.

Écotoxicité

Les végétaux absorbent le bore, un oligo-élément. Comme le charbon est principalement composé de restes végétaux, il contient une quantité non négligeable de bore. Le pétrole et le gaz naturel qui sont dérivés de matière organique animale, eux, en possèdent moins. Si la combustion du charbon est à l’origine de contamination environnementale, les cendres volantes issues des centrales thermiques peuvent également être une source de bore. En effet, lorsqu’elles sont observées au microscope électronique, ces fines cendres se révèlent être riches en bore.

Les lentilles d’eau ont montré une bonne capacité à absorber le bore, ce qui en fait une solution pertinente pour la phytoremédiation des eaux polluées. Cependant, l’excès ou la carence en bore peut être toxique pour cette espèce. Il est susceptible d’entraver la croissance, la morphologie, la physiologie et la structure cellulaire des plantes. Ainsi, cela affecte leur rendement en culture. D’un autre côté, un apport bien dosé de bore sur un sol carencé peut augmenter les rendements de cultures de végétaux et d’arbres. Tel est, par exemple, le cas des tournesols et des pommiers.

En 2017, des études sur la culture hydroponique contrôlée ont révélé que les carences en bore affectent principalement les racines. Son excès, lui, brûle les bords des feuilles plus âgées. Les concentrations en enzymes antioxydantes sont réduites en cas de déficit en bore. De tels phénomènes peuvent également se produire en cas d’excès. La concentration en MDA baisse en cas de carence et augmente avec la concentration en bore. Des fonctions vitales telles que la photosynthèse, l’évapotranspiration et la conductance stomatale sont réduites à la fois en cas de carence et d’excès.

La teneur en chlorophylle et en caroténoïdes diminue également lorsqu’il y a carence ou excès en bore. Il s’agit de l’un des éléments chimiques dont l’écotoxicité dans le sol a été le plus étudiée. En 2017, notamment, des recherches et des données scientifiques sur ses doses létales et sublétales dans le sol ont été publiées pour au moins 38 taxons végétaux.

Le bore est toxique pour un grand nombre d’espèces du sol, en particulier les sols acides. Les espèces les plus sensibles sont le Folsomia candida, les enchytrées et les dicotylédones. Les doses et la durée d’exposition augmentent la sensibilité. Les tests de létalité et d’évitement sont moins significatifs que les effets sur la reproduction. Au Royaume-Uni, à la fin des années 1960, des rejets liquides et gazeux ont entraîné une augmentation du taux de bore des eaux. Celle-ci s’est ensuite atténuée avec le développement des stations d’épuration et des détergents sans perborate à partir des années 1990.

Le bore n’est pas reconnu comme mutagène ni cancérigène. Cependant, il est suspecté d’être reprotoxique. Il a été employé longtemps comme « toxique de référence » pour calibrer ou mesurer la sensibilité de tests écotoxicologiques standardisés. Toutefois, des options moins préoccupantes pour la santé environnementale sont actuellement recherchées.

Dans certaines régions, la pollution humaine a conduit à des sols et des milieux salinisés. De plus, certaines nappes ou sols de plusieurs régions minières sont naturellement riches en bore. Tel est, par exemple, le cas du sud des États-Unis où la roche-mère affleurante est riche en bore et des régions. De même, l’eau des régions turques de Kirka et d’Hissarlik contient entre 2,05 et 29,00 mg de bore par litre (4,08 mg/l en moyenne). Dans ces mêmes régions, l’excrétion urinaire humaine varie de 0,04 à 50,70 mg/l de bore (8,30 ± 10,91 mg bore/l en moyenne) chez les adultes.

Des études ont été menées sur la toxicité environnementale des bores en cours d’eau. Elles ont montré qu’à certains endroits d’Europe, les taux sont proches des niveaux de toxicité pour les insectes aquatiques et d’autres espèces. Elles prouvent que les rejets anthropiques de bore peuvent déjà être préjudiciables aux régions où la concentration naturelle est plus élevée. Ceux-ci peuvent également être néfastes pour les espèces qui y sont les plus sensibles.

Les eaux d’irrigation et les cendres issues de la combustion du charbon ou du bois traité au bore peuvent également causer des problèmes environnementaux. Leurs impacts sont d’autant plus importants lorsqu’elles sont utilisées comme amendements pour le sol. Les détergents, biocides et ignifugeants du bois, de tissus ou d’isolants thermiques sont également une source potentielle de toxicité environnementale. Lorsque ces matériaux sont en fin de vie, les effets négatifs se trouvent démultipliés.

Épuration des eaux potables

Le bore est un contaminant indésirable des eaux potables et d’irrigation à haute dose, car il est phytotoxique au-delà d’un certain seuil. Des niveaux élevés de bore peuvent être trouvés dans certains endroits, comme en Turquie et dans le sud des États-Unis. Ils sont susceptibles de causer des problèmes de toxicité. L’épuration du bore de l’eau peut être coûteuse, mais est techniquement faisable. Il suffit, par exemple, d’utiliser l’électrocoagulation, l’osmose inverse ou d’autres procédés hybrides pour la désalinisation, comme une résine ou d’autres matériaux absorbant sélectivement certains sels. Une alternative plus récente est la bioremédiation par une microalgue (Chlorella), testée et proposée en 2012. Une méthode moins onéreuse pourrait être l’utilisation des propriétés adsorbantes de certaines argiles (naturelles ou modifiées) pour adsorber le bore.

Aliments riches en bore

Le bore est présent dans de nombreux aliments, tels que l’avocat, l’arachide, la prune, le raisin, le vin et la noix de pécan. Il se retrouve en quantités importantes dans les légumes-feuilles (chou, laitue, poireau, céleri, etc.), les fruits (sauf les agrumes) ainsi que dans les noix.

Phase de risque

Depuis 2000, l’ECHA et le règlement REACH considèrent l’acide borique comme une substance très préoccupante en raison de ses propriétés reprotoxiques. En Europe, les dérivés du bore et de l’acide borique sont qualifiés par les phrases de risque suivantes depuis 2010 :

• R 60 : peut altérer la fertilité ;
• R 61 : risque pendant la grossesse d’effets néfastes pour l’enfant ;
• S 45 : en cas d’accident ou de malaise, consulter un médecin immédiatement ;
• S 53 : éviter l’exposition et obtenir des instructions spéciales avant utilisation ;
• X 02 : usage réservé aux professionnels. Attention ! Éviter l’exposition et obtenir des instructions spéciales avant utilisation.

Commerce

Selon les statistiques des douanes françaises, la France est un importateur net de bore en 2014. Le prix moyen à l’import par tonne était de 570 €.