Magnésium

Le magnésium est l'un des métaux les plus faciles à usiner, et certains de ses alliages sont recyclables par laminage[16]. Laminé, usiné ou moulé, il peut servir à fabriquer une multitude d’objets de grande consommation spécialisée (carrosserie, petites mallettes résistantes, boîtiers d'ordinateurs portables ou d'appareils photographiques haut de gamme, jumelles haut de gamme, pièces de vélo, etc.).

Le magnésium est aussi employé en alliage, notamment avec l’aluminium (série 3000, 4000, 5000 et 6000) mais aussi avec le zinc, le zirconium, le thorium et plusieurs terres rares (le lanthane et le cérium)[17].

Un autre usage courant est la protection contre la corrosion des autres métaux immergés, principalement du fer, on parle alors d'anode sacrificielle (son utilisation est courante pour la protection de coques des bateaux ou de ballons d'eau chaude).

Le caractère stable, abondant, non-toxique, non-corrosif du magnésium, qui en outre ne produit pas de dendrites comme le fait lithium ionique des batteries au lithium rechargeables[18] - [19] en fait un matériau attractif pour de nouvelles piles rechargeables au magnésium-soufre (Mg/S). L'ion magnésium est testé en tant que support de charge alors que le magnésium-métal est utilisé pour les anodes et le soufre comme cathode[18]. En 2019, cette technologie est encore émergente mais porteuse d'espoir[20] notamment car le couple Mg/S peut fournir une densité d'énergie théorique de 1722 Wh/kg avec une tension d'environ 1,7 V[18] ; il pourrait être une alternative économique sûre et peu coûteuse aux piles Li-ion, dont pour les véhicules électriques (en stockant plus d'électricité). Elles pourraient aussi bénéficier de cathodes à haute capacité, fonctionnant éventuellement sous hautes tension, dont le matériau (à base de soufre, avec le Borohydrure de magnésium[21], le borate de magnésium[22] ou le sulfure de magnésium par exemple[23] - [24]) permettrait une densité d'énergie plus élevée qu'avec les accumulateurs lithium-ion[25]. La conductivité de la cathode de soufre peut être dopée par du carbone (composite cathodique semi-organique)[18].

À résistance égale, les pièces réalisées en alliages de magnésium permettent d'obtenir un important gain de poids.

• Les alliages magnésium/manganèse contiennent 2 % de manganèse. Ils améliorent la résistance à la corrosion et s'utilisent en forgeage, laminage, soudage ; terminé par un recuit à 400 °C. En tôles, il fait des carénages ou des réservoirs de carburant (bonne soudabilité).
• Les alliages magnésium/aluminium/zinc : 3 % à 10 % d'aluminium, 0,5 % à 3 % de zinc, 0,35 % à 0,5 % de manganèse et contiennent au moins 90 % de magnésium pur. On distingue :
  • G-A9 (alliage de fonderie) ;
  • G-A9Z1 (alliage de magnésium comprenant 9 % d'aluminium et 1 % de zinc) employé en fonderie ;
  • G-A7Z1 (alliage de forge), les alliages de forge sont moins utilisés en aéronautique ;
  • G-A9 est utilisé pour les carters moteurs, les stators compresseurs, les roues d'avion, les sièges, les boîtiers d'instruments de bord.
• Il existe également des alliages magnésium/zinc/métaux spécifiques.
  • Le zirconium et le cérium permettent ainsi d'améliorer les caractéristiques mécaniques et la résistance à chaud :
    • G-TR3 Z2 Zr (2 % de zinc, 0,7 % de zirconium, 2,5 % de cérium), (TR pour métal de la famille des terres rares).
  • Le thorium améliore la résistance au fluage (utilisés comme alliages de fonderie, ils servent à fabriquer les pièces volumineuses des réacteurs : carter central, carter compresseur) :
    • G-Th3 Z2 Zr (3 % de thorium, 2 % de zinc, 0,7 % de zirconium) ;
    • G-Z5 Th Zr (5 % de zinc, 1,8 % de thorium, 0,7 % de zirconium).

L'apport quotidien recommandé est estimé à 360 mg de magnésium par jour pour les femmes et 420 mg de magnésium par jour pour les hommes (le double pour les sportifs ou les femmes enceintes) ou encore 6 mg par kg de masse corporelle[26]. Des études épidémiologiques en Europe et en Amérique du Nord ont montré que le régime alimentaire occidental était de 30 à 50 % plus pauvre en magnésium que l'apport quotidien recommandé. Elles suggèrent que l'apport journalier a diminué au cours des 100 dernières années, passant de 500 à environ 200 mg par jour. Cette évolution est attribuée à l'usage croissant d'engrais et à la consommation croissante de nourriture transformée[27].

La première source alimentaire de magnésium est souvent d'origine céréalière : les produits céréaliers étant présents à tous les repas, ce sont eux qui couvrent la majeure partie des besoins. Cependant, les produits à base de céréales intégrales ou de farine complète apportent de trois à cinq fois plus de magnésium que les produits raffinés (pain blanc, riz blanc poli, etc.) Il est donc recommandé de consommer des aliments peu transformés pour couvrir ses besoins journaliers en magnésium[26].

Pour une portion de 100 g, les aliments suivants contiennent :

• le sel de Nigari, un extrait naturel de sel marin :11 500 mg,
• les fruits de mer (en particulier les bigorneaux) en contiennent 410 mg, c'est sans aucun doute l'aliment le plus riche en magnésium ;
• ils sont suivis de près par la mélasse : 197 à 242 mg ;
• le cacao : de 150 à 400 mg,
• les céréales complètes comme le blé et l'orge contiennent de 100 à 150 mg et leurs germes approchent 400 mg, la farine de blé est à 73 mg[28];
• les fruits secs comme les amandes : 170 mg ; les noisettes : 163 mg ; et les noix : 158 mg.
• la caroube en contient environ 55 mg ;
• les épinards de 50 à 100 mg, mais ils contiennent aussi de l'acide oxalique qui gêne leur assimilation.
• le poisson, les abats et les céréales blutées contiennent de 25 à 50 mg de magnésium.
• les eaux richement minéralisées sont une source appréciable de magnésium.

Quelques autres aliments contiennent du magnésium : les légumes secs dont les haricots blancs (180 mg), le sarrasin, les fèves, la banane.

Il existe trois grandes catégories de sels de magnésium :

• les sels inorganiques de première génération (carbonates, chlorures, oxydes) : ils sont peu biodisponibles et ont un effet laxatif ;
• les sels organiques de seconde génération (gluconate, citrate, lactate, pidolate, L-aspartate) : plus biodisponibles et biomimétiques, ils ne présentent pas ou peu d'effets secondaires ;
• les sels organiques de troisième génération (chélatés : glycérophosphate, bisglycinates) : ils ne sont pas laxatifs, et hautement biodisponibles[33]. Le glycérophosphate a l'avantage d'apporter également du phosphore, ayant des propriétés intéressantes pour le métabolisme. Il est également compatible avec les probiotiques.

Comme tous les nutriments, le magnésium va de pair avec certains autres : par exemple, le magnésium a un effet synergique avec la vitamine D et la vitamine B6. Il va aider à la métabolisation de ces vitamines, et en retour, elles vont améliorer l'absorption du magnésium.

Peu cher à produire, le magnésium marin est un mélange d'oxyde, d'hydroxyde, de sulfate et de chlorure de magnésium. Concept marketing avant tout, c'est le magnésium le moins bien absorbé par l'organisme et avec les effets secondaires les plus importants. Il est en effet très laxatif, et ses composants ont une biodisponibilité très faible[36] - [37].

La glycérophosphate de magnésium est une forme chélatée (comme les glycinate, bisglycinate et taurinate) qui est la mieux tolérée mais un peu plus onéreuse.

Le lactate de magnésium est un sel de magnésium organique efficace, biodisponible et avec un bon rapport prix/efficacité. Il est beaucoup utilisé en combinaison avec la vitamine B6 dans les compléments alimentaires. Les "lactates shuttles" ("navettes" lactates) sont un concept intéressant d'utilisation de l'énergie.

Particulièrement laxatif, le chlorure est la forme de magnésium la plus consommée, malgré son acidité qui s'ajoute à celle des aliments, et qui pose souvent des problèmes chez les personnes âgées.

Oxyde et hydroxyde sont les formes de magnésium les moins chères à produire, également celles dont la concentration est la plus élevée. Ils sont cependant dotés d'une biodisponibilité très faible et il est nécessaire de fractionner les doses. Il s'agit aussi d'une forme de magnésium très laxative.

Le magnésium liposomal est encapsulé dans des cellules graisseuses, ce qui lui permet d'être totalement assimilé par l'organisme. C'est un magnésium bien digéré et avec peu d'effets secondaires, mais c'est également le plus cher. Sa teneur en magnésium est élevée (12,4 %) et sa biodisponibilité n'est pas avérée mais soupçonnée élevée. Cependant, le procédé de production du magnésium liposomal ne permet pas de s'assurer que le magnésium est bien encapsulé au sein des liposomes (seule une image à microscope électronique à balayage ou MEB permet de le vérifier) et la présence de nanoparticules de liposomes n'est pas exclue. De plus, les compléments alimentaires en contenant jouent un peu avec la règlementation européenne puisqu'ils n'apparaissent pas dans la liste des sels de magnésium autorisés. Il existe un flou juridique autour de ces nouvelles formes de magnésium.

• la formation des os et des dents, avec le calcium et le phosphore[26]
• favorise la fixation du calcium sur l'os
• action sur la croissance
• la transmission de l'influx nerveux
• favorise la plasticité cérébrale et évite le déclin de la mémoire[43]
• la contraction musculaire, rythme cardiaque
• contribue aux mécanismes de défense immunitaire
• lutte contre le stress, effet sédatif (relaxant musculaire)
• à forte concentration, lutte contre la constipation par action osmotique et stimulation motrice locale
• lutte contre la lithiase oxalo-calcique
• anti-allergique
• anti-inflammatoire
• anti-agrégant plaquettaire (rôle protecteur contre les thromboses)
• radioprotecteur
• régulateur thermique
• catalyse de nombreuses réactions métaboliques (catalyse enzymatique, synthèses glycogénique et protéique, transfert du phosphate, etc.).
• lutte contre l'insomnie
• Il est essentiel au développement et à la prolifération des lymphocytes T
• Il a un fort effet vasodilatateur et bronchodilatateur.

Le déficit en magnésium, qui concerne une majorité de la population[44] est la première cause de fatigue, et d'anxiété. Mais il est également un facteur important dans les troubles suivants[45] :

• stress (psychologique, allergique, digestif, respiratoire, oxydatif, toxique, inflammatoire...)
• hyperexcitabilité neuromusculaire : crises de tétanie se caractérisant par la contracture des membres supérieurs (mains d'accoucheur) et du visage ;
• les manifestations chroniques sont le signe de Chvostek (= la percussion de la bouche provoque une contracture de la lèvre supérieure) et le signe de Trousseau (= un garrot au niveau du bras provoque une contracture de la main) ;
• troubles immunologiques ;
• atteintes cardio-vasculaires et, dans les cas extrêmes, infarctus ;
• fatigabilité musculaire ;
• troubles digestifs : diarrhées, nausées et anorexie ;
• irritabilité, nervosité, insomnie ;
• crampes, tremblements ;
• myoclonies (= contractions musculaires brèves et involontaires, entraînant ou non un mouvement) ;
• syndrome confusionnel ;
• crises comitiales (= crises d'épilepsie) le plus souvent convulsives ;
• problèmes au cours de la gestation, pour la mère et le fœtus ;
• dérèglement du système thermique du corps (en plein été, on a la sensation qu'il fait terriblement froid).
• spasmophilie

• hypotension ;
• bradycardie ;
• nausées, vomissements ;
• fatigabilité musculaire ;
• hyporéflexie ou aréflexie ;
• hypotonie musculaire, somnolence ;
• syndrome confusionnel ;
• coma, arrêt cardiaque.

Note : l'hypermagnésémie est pratiquement toujours d'origine iatrogène (due à un médicament).

La réaction de réduction se fait à 1 200 °C et un vide à 0,1 torr. Dans ces conditions, le magnésium se vaporise et est récolté avec une pureté de l’ordre de 99,99 %. Le silicate de calcium est revalorisé dans des enduits et des ciments pour le bâtiment. Plusieurs pays ont fait beaucoup d’effort pour perfectionner le procédé Pidgeon. Mentionnons le procédé Magnétherm de Pechiney et le procédé Bolzano qui sont beaucoup plus efficaces énergétiquement[49].

${\displaystyle \mathrm {2(MgO\cdot CaO)+Si\;\longrightarrow \;SiO_{2},2CaO+2Mg} }$

Le procédé électrolytique est beaucoup moins énergivore, mais rencontre trois défis technologiques en plus de produire du magnésium à 99,8 %. Tout d’abord, le procédé se base sur la réduction du chlorure de magnésium à 500 °C. À ces températures, le magnésium s’oxyde rapidement ce qui entraîne l’utilisation de gaz de protection très polluant (Hexafluorure de soufre (GWP 23 900 kg de CO₂ éq.) ou R134a (GWP 1 430 kg de CO₂ éq.)). Ensuite, l’anode la plus employée est en carbone ce qui entraîne la production de BPC, dioxine et furane qu’il faudra éliminer. Finalement, le chlorure de magnésium n’est pas très facile à obtenir et purifier comme le témoignent les 14 technologies en concurrence. Mentionnons le procédé Dow Chemical; US magnesium ^llt à Great Salt Lake, Utah; Norsk Hydro et Magnola[50] - [51].

Réaction principale à l'anode : ${\displaystyle \mathrm {2Cl^{-}\;\longrightarrow \;Cl_{2}+2e^{-}} }$

Réaction principale à la cathode : ${\displaystyle \mathrm {Mg^{2+}+2e^{-}\;\longrightarrow \;Mg} }$

Le magnésium étant envisagé comme un carburant solide, les recherches sur le recyclage de l'oxyde de magnésium par réduction à partir d'énergie solaire se multiplient depuis 2007 (voir moteur au magnésium), au même titre que celles sur la réduction d'autres oxydes métalliques[52].

• (en) « Technical data for Magnesium » (consulté le 23 avril 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
• L'intoxication au magnésium sur Urgences-Online
• (en) Images de magnésium sous différentes formes
• Nouveau procédé pour colorer des alliages à base de magnésium (Bulletin ADIT Japon / AIST - 26/08/2009)