Béryllium

Le béryllium est principalement employé comme agent durcissant dans certains alliages, notamment le Moldmax, un alliage de cuivre-béryllium utilisé pour la fabrication de moules pour matières plastiques. Ces alliages sont à la fois légers, rigides, résistants à la chaleur et possèdent un faible coefficient de dilatation.

Le béryllium est également incorporé dans certains alliages spéciaux, par exemple des matériaux utilisables pour le frottement.

On les retrouve dans les clubs de golf, les balanciers de montre (anti-magnétique), les gyroscopes, des applications spatiales (les miroirs du télescope spatial James Webb sont en béryllium) et aéronautiques. Il a été utilisé en Formule 1 pour son rapport exceptionnel 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 a été utilisé également pour la fabrication de sièges de soupapes et de guides de soupapes en particulier pour un usage en compétition automobile puis 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).

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

La marque Porsche expérimenta le béryllium pour la fabrication de disques de freins afin de réduire la masse de ceux-ci (le gain de masse pour les 4 disques en béryllium en lieu et place des disques en acier étaient de l'ordre de dix à quinze kilogrammes selon l'auto), une première fois à Hockenheim en 1966 dans les 906 [11] mais la faible fiabilité et le coût de ceux-ci firent revenir les ingénieurs à des disques conventionnels en acier pour le reste de la saison. Les disques en béryllium furent par la suite expérimentés en course de côte, toujours par Porsche, sur la 909 "Bergspyder" avec plus de succès, le faible poids de l'auto (moins de 400 kg à sec), la légèreté aidant naturellement à réduire les besoins en dissipation de l'énergie cinétique et la faible durée d'exploitation de l'auto (quelques kilomètres maximum), les disques en béryllium toléraient suffisamment les besoins pour cette utilisation spécifique[12]. Ils furent à nouveau testés en vue de courses de sport-prototypes sur la 908/3[13] jusqu'en 1969 mais de nouveau avec des résultats peu concluants. Le coût très élevé ne permettant pas la mise en application sur les autos "clientes" alors nécessaire pour les programmes de développement de la marque et la forte toxicité de ces éléments pour les pilotes et les mécaniciens poussèrent le constructeur à cesser le développement d'éléments de friction en béryllium.

Mélangé à un émetteur alpha, comme l'américium, ou gamma de forte énergie s'il est utilisé comme source de neutrons de longue durée de vie nécessaire au fonctionnement des réacteurs.

Réactions mises en œuvre :

4 2He	+ 9 4Be	⟶	1 0n	+	12 6C ;
1 0n	+ 9 4Be	⟶ 2	1 0n	+ 2	4 2He	– 1,57 MeV ;
γ	+ 9 4Be	⟶	1 0n	+ 2	4 2He	– environ 2,0 MeV.

Le béryllium est également utilisé comme modérateur sous forme d'oxyde (la glucine) dans quelques réacteurs nucléaires et comme source complémentaire de neutrons dans le réacteur expérimental à fusion ITER.

Filtre à neutrons, pour obtenir des faisceaux de neutrons « propres » débarrassés d'autres particules.

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 électrique (faibles pertes diélectriques), tout en ayant une bonne conductivité 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 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.

Dans les applications « grand public », des fabricants d'enceintes, par exemple Yamaha (NS-1000), Focal JMlab, TAD (matériel professionnel et haut de gamme Pioneer), et de membranes comme Electrofusion Products, l'utilisent 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).

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[14] - [15], dans le forage Byrd[16], dans le forage GRIP[15] et dans le dôme C (projet EPICA)[17], vers −40 000 ans. On pense qu'ils sont dus à l'événement de Laschamp, une courte période d'affaiblissement du champ magnétique terrestre[18] qui aurait permis une irradiation de la Terre entraînant la production d'isotopes cosmogéniques. Ce double pic est utilisé pour tenter de caler les datations des forages glaciaires.

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.

Autre utilisations de ses propriétés cristallines : 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.

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), le thallium (Tl) 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 1 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).

Le béryllium est écotoxique (et notamment cancérigène)[21]. C'est le plus petit des cations métalliques. Et s'il semble relativement peu mobile dans les eaux à pH neutre ou alcalin, il l'est par contre dans les sols ou milieux naturellement acides (fréquent dans une grande partie du monde) ou rendus acides par l'Homme.

La faible abondance naturelle du béryllium (3×10^-4 %) fait qu'il ne pose pas de problème environnemental particulier, mais il peut être concentré dans les charbons et dans les roches granitiques comme les pegmatites sous forme de plusieurs minéraux : bertrandite, béryl... Il circule alors avec une biodisponibilité et une propension encore mal évaluée à se concentrer dans certains organes ou chez certaines espèces[22] - [23]. Les usages thermiques du charbon en ont injecté une quantité significative dans l'atmosphère, dont les retombées ont enrichi les milieux autour des sites industriels et urbains utilisant le charbon (souvent associé à des pluies acides, notamment pour les charbons à forte teneur en soufre).

Il y a des polémiques sur son emploi en dentisterie dans les prothèses dentaires.

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

• inhibiteur de la phosphatase alcaline ;
• inhibiteur de l’adénosine triphosphate hépatique ;
• inhibiteur de la synthèse de l’ADN.

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

L’inhalation de « grandes » concentrations de béryllium (plus de 1 mg par mètre cube 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 avec ou sans granulomatose et des inflammations des voies respiratoires.

Plusieurs études[24] 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.

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 contaminés ;
• à la suite de 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 »[25] - [26].

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 et 500 μg/L, mais quand cette concentration dépasse 0,2 μg/L, on commence à parler d’un problème environnemental[27].

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.

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 béryllium à la suite d'un contact prolongé).

Les dentistes (au fraisage) et les prothésistes dentaires y sont également exposés par leur travail (en 1990, 50 % des prothésistes dentaires utilisaient un alliage au béryllium).

• Antibéryllium
• Bérylliose (maladie professionnelle)

• Fiche toxicologique de l'INRS : béryllium et composés minéraux
• Bérylliose
• 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)
• (en) « Technical data for Beryllium » (consulté le 23 avril 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
• (en) Chemical profile for beryllium
• (en) Images de béryllium sous différents formes