Représenté par le symbole « Be » dans le tableau périodique, le béryllium porte le numéro atomique 4. Il possède une masse atomique de 9,012 u. Ce métalloïde se présente en métal de couleur gris acier. Son point de fusion s’opère à 1 287 °C, et son point d’ébullition est à 2 471 °C.
Étymologiquement, il tire son nom du mot grec « beryllos », ce qui évoque l’aigue-marine ou encore l’émeraude. Il se distingue des autres corps simples par sa légèreté et sa fragilité. Cet élément chimique incarne les métaux alcalino-terreux. Ce corps simple est toxique. Une exposition à ses alliages ou à ses composés chimiques entraîne une intoxication du poumon dite bérylliose. Cette pathologie se traduit en une inflammation grave engendrée par le contact avec les particules de béryllium métallique.
Sous sa forme primaire, le béryllium se combine avec l’oxygène pour donner des béryls. Cette oxydation n’est possible que dans des conditions spécifiques. L’élément est inflexible à l’exposition à l’air et aux environnements naturels, à température et pression normales. Il entre en réaction à la moindre oxydation, ce qui lui confère la propriété de rayer le verre. En matière de pierres précieuses, il est présent dans l’aigue-marine et l’émeraude sous forme d’aluminosilicates complexes, aussi connus sous le nom de béryls.
Par rapport aux autres corps, le béryllium est très robuste malgré sa légèreté. Il possède un point de fusion très élevé : le plus haut de tous les métaux légers. En tant que super liant, il est plus malléable que l’acier, mais plus résistant que l’aluminium. Son immuabilité face à l’acide nitrique concentré témoigne de sa résistance accrue.
Perméable aux rayons X, ce métalloïde génère des neutrons au contact des particules alpha. Il n’est pas magnétique, mais reste tout de même un excellent conducteur thermique et électrique. Il reste immuable face aux frottements. Il peut former des ponts ioniques. Il parvient à déplacer l’or, l’argent et le cuivre lorsqu’il est immergé dans des solutions salines.
Le béryllium, dans son état naturel, se propose sous sa formule la plus stable en 9Be. Sur les 12 isotopes de béryl qui existent, deux corps purs ont été découverts dans la nature : le 10Be et le 7Be. Ils se présentent sous forme de noyau d’atome.
Ces nucléides se sont formés à partir d’oxydation avec les atomes de l’air. Ils manifestent une grande affinité pour l’oxygène. Ils entrent en réaction au contact des rayons cosmiques. La majorité de ces radioisotopes ne possèdent qu’une demi-vie éphémère. Le 10Be et le 7Be sont des nucléides cosmogéniques, avec respectivement une période radioactive de 1,39 million d’années et de 53,22 jours.
Les particularités de cet agent se dessinent en quelques traits :
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.
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 :
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 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.
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 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.
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.
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.
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.
Le béryllium tire sa racine du mot grec « berullos », qui signifie « cristal ». Il fut découvert par Louis-Nicolas Vauquelin en 1798 sous forme d’oxyde (BeO), présent dans les émeraudes et le béryl.
Ce n’est qu’en 1828 que le corps pur fut isolé pour la première fois par Friedrich Wöhler et Antoine Bussy. Ils sont parvenus à cette finalité e, provoquant la réaction du potassium sur du chlorure de béryllium. L’initiative a également permis de mettre en exergue la masse atomique de l’atome.
La matière a vu augmenter sa valeur commerciale en 1926. À l’acquisition du brevet sur l’alliage du béryllium avec le cuivre et le nickel, commença alors son exploitation industrielle.
L’exploitation massive de cette matière ne débute que vers la fin de la Première Guerre mondiale. Dans les années 20, le béryllium a été produit en Europe et aux États-Unis. Les industries Siemens & Halske, l’Union Carbide et Carbon Corporation détenaient la majorité des exploitations. En 1930, d’autres acteurs intègrent la compétition et lancent la production de cette matière première à l’échelle mondiale. The Beryllium Corporation, The Brush Beryllium Company et l’entreprise allemande H. Vacuumschmelze AG furent les principaux leaders industriels qui dominaient le marché.
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
La contamination passe par différents chemins. Les plus probables sont :
La voie la plus répandue est celle de l’inhalation par l’air. La personne entre en contact avec la poussière de particule, la fumée, les vapeurs ou les nanoparticules émanant de l’exploitation et de la transformation du produit toxique.
La seconde option passe par l’ingestion directe de la matière. La personne peut consommer des aliments ou des boissons contaminés.
Il y a aussi le contact direct de la peau au béryllium. Une autre hypothèse crée quelques polémiques depuis des années. C’est celle de la corrosion de l’alliage au béryllium utilisé dans la conception de prothèse dentaire. Le danger est constamment présent en bouche.
L’alliage en béryllium se corrode au contact constant avec la salive. Une réaction chimique s’opère et favorise la diffusion d’ions dans la bouche. L’organisme absorbe l’élément et l’expose en permanence à cette substance toxique. Comme le béryllium constitue un métal très réactif, il réagit en présence d’un autre métal. Au fil du temps, la personne développe une hypersensibilité à la matière. L’autre conséquence se manifeste aussi par le dérèglement du système immunitaire.
La pratique basée sur l’exploitation de l’alliage en béryllium était très en vogue au début des années 90. À l’époque, même les dentistes se trouvaient exposés aux risques de l’utilisation de cette matière première. Les prothésistes dentaires n’échappaient pas non plus à cette réalité. Ces détails rendent l’utilisation de l’alliage en béryllium très controversé dans l’univers de la médecine dentaire.
Les secteurs concernés doivent mettre à disposition des tenues de travail adaptées (vêtements de protection épais, gants et masques) afin de préserver la santé des travailleurs.
Les chiffres sont tombés et attestent que 12 000 salariés sont confrontés aux risques liés à l’exploitation du béryllium. L’Institut national de recherche et de sécurité fournit des détails précis sur les secteurs les plus menacés. À la tête de cette liste figurent les 6 000 agents qui travaillent dans la mécanique générale, suivis des 3 000 prothésistes dentaires. Le registre est long et inclut les divisions suivantes :
Comme le produit est difficile à détecter, certains fabricants ne le mentionnent pas lors des évaluations environnementales. Pour y remédier, des mesures de contrôle administratif ont été instaurées en vue de limiter le réel danger à l’exposition aux particules de béryllium. En 2009, l’INRS relance les alertes pour relater les dangers de cette substance. L’idée est de conscientiser chaque industrie et secteur touché par cette problématique.
La bérylliose figure dans le tableau n° 33 des maladies professionnelles. Il s’avère important de le diagnostiquer à temps pour stopper ses conséquences.
Comment diagnostiquer la bérylliose? Comme le béryllium est ubiquitaire, il se retrouve dans plusieurs matrices. Les méthodes analytiques de sa détection se proposent en plusieurs approches : soit par les matériels biologiques soit à partir des matériels environnementaux.
Le taux de béryllium dans l’urine du travailleur est indicatif. Il permet de constater l’exposition de l’individu à cette substance dangereuse. Les tests de laboratoire BeLPT, utilisés depuis les années 80, s’avèrent efficaces dans la détection de l’hypersensibilité de l’individu au béryllium. Le Béryllium Lymphocyte Proliferation Test est notamment sollicité dans le domaine nucléaire pour contrôler l’état de santé des ouvriers du secteur. Lorsque le résultat est positif, cela indique que le système immunitaire de la personne réagit au béryllium présent dans l’organisme.
La première précaution prise par les responsables concerne la fixation de la valeur d’exposition moyenne pondérée ou VEMP. Le Règlement sur la santé et la sécurité du travail, instauré en 2007, maintient le chiffre à 0,15 µg/m³. Cependant, dans certains pays, cette valeur est toujours arrêtée à 0,2 µg/m³.
D’autres mesures de précaution doivent être maintenues, à commencer par les contrôles d’ingénierie. Le lieu de traitement du Be doit respecter certaines normes. L’utilisation d’un système local de ventilation par aspiration est préconisée. La réalisation du processus de traitement dans un endroit clos et sécuritaire pour les travailleurs est tout aussi importante. L’adoption d’une hygiène stricte et rigoureuse permet de protéger les ouvriers. Ainsi, il faut prioriser la décontamination des surfaces à l’aide d’aspirateur doté d’un filtre haute efficacité (HEPA). Le recours au nettoyage humide avec détergent convient également. À chaque étape du processus, le port d’équipements de protection reste obligatoire.
Un produit de nettoyage neutre ou basique permet de décontaminer une surface exposée à l’alliage de cuivre-béryllium. Si la surface est exposée à plus de 0,2 µg/m³, il devient impératif d’effectuer un second cycle de nettoyage.
