Béryllium

Le béryllium est un élément chimique de symbole Be et de numéro atomique 4. Dans le tableau périodique, il est le premier représentant des métaux alcalino-terreux.


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Cancérogène chimique - Élément chimique - Produit chimique - Matériau - Métal alcalino-terreux - Cancérogène du groupe 1 du CIRC

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  • cuivre- béryllium... NFL 14721, Feuillards, Alliage à 2% de béryllium combinant haute résistance... (source : stainless)
Béryllium
LithiumBérylliumBore
  Structure cristalline hexagonale

4
Be
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Be
Mg
Table complèteTable étendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Béryllium, Be, 4
Série chimique Métal alcalino-terreux
Groupe, Période, Bloc 2 (IIA) , 2, s
Masse volumique 1, 848 g·cm-3 (20 °C) [1]
Dureté 5, 5
Couleur Blanc-gris métallique
N° CAS 7440-41-7 [2]
N° EINECS 231-150-7
Propriétés atomiques
Masse atomique 9, 012182 ± 0, 000003 u
Rayon atomique (calc) 112 pm
Rayon de covalence 0, 96 ± 0, 03 Å [3]
Configuration électronique [He] 2s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 2
État (s) d'oxydation 2
Oxyde amphotère
Structure cristalline Hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire Solide (diamagnétique)
Point de fusion 1 287 °C [1]
Point d'ébullition 2 471 °C [1]
Énergie de fusion 12, 20 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 292, 40 kJ·mol-1
Volume molaire 4, 85×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 10 mmHg 1 860 °C) [4]
Vitesse du son 13 000 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1, 57
Chaleur massique 1 825 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 31, 3×106 S·m-1
Conductivité thermique 201 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HCl,
H2SO4 dilué[5]
Énergies d'ionisation[6]
1re : 9, 32270 eV [6] 2e : 18, 21114 eV
3e : 153, 89661 eV 4e : 217, 71865 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
7Be {syn. } 53, 12 j ε 0, 862 7Li
8Be {syn. } 6, 7×10-17 s 2 (α) 0, 046 2 (4He)
9Be 100 % stable avec 5 neutrons
10Be traces
{syn. }
1, 51 Ma β- 0, 556 10B
Précautions
NFPA 704

Symbole NFPA 704

SIMDUT[7]
Béryllium :
D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques
D2A, D2B,
Béryllium (poudre)  :
B4 : Solide inflammableD1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats graves
B4, D1A, D2A, D2B,
SGH[8]
SGH06 : ToxiqueSGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxique
Danger
H301, H315, H317, H319, H330, H335, H350i, H372,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le béryllium est un élément chimique de symbole Be et de numéro atomique 4. Dans le tableau périodique, il est le premier représentant des métaux alcalino-terreux.

Élément bivalent, le béryllium est un métal alcalino-terreux d'aspect gris acier. Il est léger, fragile et toxique.

Caractéristiques notables

Béryllium

Le béryllium a le point de fusion le plus élevé de l'ensemble des métaux légers. Il est fragile, mais plus léger et six fois plus résistant que l'aluminium.

Sa ductilité est approximativement 1/3 plus grande que celle de l'acier. Il possède une excellente conductivité thermique, est non magnétique et résiste à l'acide nitrique concentré.

Il est fortement perméable aux rayons X, et libère des neutrons lorsqu'il est frappé par des particules alpha, comme celles émises par le radium ou le polonium.

Aux conditions normales de température et de pression, le béryllium résiste à l'oxydation lorsqu'il est exposé à l'air. Il se forme une fine couche d'oxyde qui lui donne sa capacité à rayer le verre.

Dans la nature, on le trouve essentiellement sous forme d'oxydes ou d'aluminosilicates complexes nommés béryls, dont les représentants précieux les plus connus sont l'émeraude et l'aigue-marine. On l'exploite à partir d'une trentaine de minerais (bertrandite et béryl en particulier). Les principales mines mondiales sont aux États-Unis, en Chine et au Mozambique. Aucune n'est ouverte en Europe.

Utilisations

Il est essentiellement employé comme agent durcissant dans certains alliages, surtout le moldamax, un alliage de cuivre-béryllium utilisé pour la fabrication de moules pour matières plastiques.

Ses alliages sont à la fois légers, rigides, résistants à la chaleur et possèdent un faible cœfficient de dilatation.
Il est incorporé dans certains alliages spéciaux, par exemple des matériaux utilisables pour le frottement.

On les retrouve dans les clubs de golf, les ressorts de montre (anti-magnétique), les gyroscopes, des applications spatiales et aéronautiques. Il a été utilisé en Formule 1 pour ses performances exceptionnelles en termes de rapport 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 fut ensuite interdit dans les moteurs de compétition à cause 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).
Le béryllium est aussi utilisé dans quelques réacteurs nucléaires, comme composant de céramiques industriels, technologiques et micro-électroniques.

L'oxyde de béryllium est utilisé en électronique, en particulier en haute fréquence et dans le domaine de la haute tension. Ce corps possède en effet la propriété d'être un bon isolant (faibles pertes diélectriques), tout en ayant une bonne conductibilité thermique. Cependant son utilisation comme isolant dans les semi-conducteurs, (entre les pastilles de silicium et les boîtiers), a beaucoup cédé la place à d'autres matériaux nettement moins toxiques comme par exemple l'alumine.

Ses emplois comme isolant et matériau de contact extérieur dans l'électronique, mais aussi son incorporation dans les graisses silicones ont été aussi abandonnés, du fait des risques particulièrement importants pour la santé.

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

Dans le civil, le fabricant d'enceintes Focal-JMlab l'utilise 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 particulièrement élevée).

Quelques utilisations de ses propriétés cristallines :

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[9], [10], dans le forage Byrd[11] ; dans le forage GRIP, [12] et dans le nouveau «Dôme C», EPICA [13], vers -40 000 ans.
On suppose qu'ils sont dus à l'anomalie du champ magnétique terrestre de Laschamp[14] qui correspondent à une faiblesse exceptionnelle du champ magnétique terrestre qui, à ces deux époques, aurait permis une irradiation de la Terre ayant favorisé la production d'isotopes cosmogéniques. Ce double pic est utilisé pour tenter de caler les datations de forages faits dans des hémisphères différents.

Le béryllium a été employé en dentisterie où il entre dans la composition d'alliages conçus pour la réalisation de prothèses dentaires (couronnes, armatures de bridge). Sa capacité à favoriser l'adhésion de la céramique l'a fait incorporer à la plupart d'alliages, précieux ou non précieux, conçus pour 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 toujours en bouche des alliages dont la teneur en béryllium dépasse cette norme.

Histoire

Le nom béryllium vient du mot grec βήρυλλος (beryllos), béryl, qui vient lui-même de bêrullos, cristal. À une époque il était appelé glucinium, du grec γλύκύς (glykys), doux, un qualificatif dû au goût sucré de ses sels.

Cet élément a été découvert par Louis-Nicolas Vauquelin, en 1798, sous forme d'oxyde (BeO) dans le béryl et dans les émeraudes. Friedrich Wöhler et A. A. Bussy l'isolèrent indépendamment en 1828 en faisant réagir du potassium sur du chlorure de béryllium. Sa masse atomique fut déterminée par le chimiste suédois Lars Fredrick Nilson.

Sources de contamination

La faible abondance naturelle du béryllium (3×10-4%) ne pose pas de problème environnemental spécifique. C'est son utilisation industrielle, dans les mines de charbon, dans l'industrie aéronautique et dans l'industrie des armes nucléaires, qui a contribué à répandre cet élément dans l'atmosphère, d'où il se dépose dans l'environnement en contaminant l'eau, le sol, l'air et le corps humain.
Il y a des polémiques sur son emploi en dentisterie dans les prothèses dentaires.

Contamination du corps humain

La contamination du corps humain par le béryllium se fait essentiellement par 4 voies :

Contamination par les eaux potables

On peut le trouver dans les eaux naturelles et les effluents industriels à l'état de traces. Généralement, la concentration du béryllium dans les eaux naturelles et les eaux usées fluctue entre 0, 1 μg/l et 500 μg/l, mais lorsque cette concentration dépasse 0, 2 μg/l, on commence à parler d'un problème environnemental.

Contamination par l'air

Le béryllium peut être particulièrement nocif lorsqu'il est inhalé. En réalité, 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 uniquement à des pollutions des eaux mais également de l'atmosphère. [réf.  nécessaire]

Contamination par les prothèses dentaires

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 particulièrement 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, surtout chez les personnes allergiques (ou sensibilisées au Bérylium suite à un contact prolongé). Quant aux courants galvaniques générés par la corrosion, ils sont tout aussi nocifs et dénoncés par la dentisterie holistique.
Les dentistes (au fraisage) et les prothésiste dentaires y sont aussi exposés par leur travail (En 1990, 50 % des prothésistes dentaire utilisaient un alliage au béryllium).

Toxicité

Le béryllium est un métal particulièrement 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) 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 2 par l'Union européenne et est par conséquent en France soumis au décret CMR 2001-97 du 1er février 2001 (qui vaut pour toute exposition au béryllium).

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

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

Effets non cancérigènes

L'inhalation de «grandes » concentrations de béryllium (plus de 1mg par m3 d'air), ou une inhalation prolongée (plus d'une dizaine d'années) même de faibles doses, peut génèrer une maladie appelée 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 : Tandis 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 génère 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 et des inflammations des voies respiratoires.

Effets cancérigènes

Plusieurs études[17] 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.

Béryllium et santé des travailleurs

Les maladies respiratoires et pulmonaires induites par l'exposition au béryllium (Be) ainsi qu'à des particules en contenant sont connues et ont été particulièrement étudiées ; Elles ont permis de montrer qu'une exposition au Be excédant 100 μg/m3 pouvait causer des pneumopathies graves, tandis qu'une exposition chronique cause des désordres pulmonaires dits maladies chroniques causées par le Be (MCB) ou bérylliose.
Selon l'Institut national de recherche et de sécurité[18], en France à peu près 12 000 salariés sont exposés au Béryllium dont 6 000 en mécanique générale et 3 000 prothésistes dentaires et de nombreux autres (fabrication de composants électroniques et d'instrumentation scientifique, optique électronique, bijouterie, usinage par enlèvement de matière ou abrasion, recyclage des déchets, utilisation de poudres à base de sels de béryllium conçues pour enduire l'intérieur des tubes à fluorescence, fabrication d'aluminium avec un risque plus élevé pour les fondeurs et conducteurs de cuves d'électrolyse...
Ce produit n'a pas d'odeur et est indétectable par les moyens habituels. Qui plus est , bien des produits en contenant n'ont pas de fiche de données de sécurité, ce qui explique qu'il est trop fréquemment oublié dans l'évaluation environnementales et des risques professionnels, et que la valeur limite pourrait être assez fréquemment dépassée. (les entreprises concernées ne sont pas forcément conscientes du danger auxquelles elles exposent certains de leurs travailleurs ré-alertait l'INRS en 2009 [18].
Cette maladie (tableau n° 33 des maladies professionnelles, est d'autre part selon l'INRS toujours «fréquemment non-diagnostiquée et certainement sous-déclarée» et elle est d'autant plus aisément confondue avec la la sarcoïdose que les patients ignorent le plus souvent qu'ils ont été en contact avec du béyllium[18].

Valeur Limite d'Exposition Professionnelle (VLEP VLEP 8H)  : elle était de 2 µg/m3 en France et dans plusieurs pays mais elle devra probablement prochainement être revue à la baisse car «des études épidémiologiques ont incité des organismes américains à proposer en 2006 une valeur bien plus basse»[18]'[19].
La valeur d'exposition moyenne pondérée (VEMP) est de 0, 15 μg/m3 selon l'annexe 1 du Règlement sur la santé et la sécurité du travail (RSST) (2007). La VEMP précédente de 2 μg/m3, toujours en vigueur dans différents pays, ne permet pas d'éviter la sensibilisation au béryllium[20].

Tests : Depuis la fin des années 80 un test de laboratoire est fréquemment utilisé pour déceler la sensibilisation d'un travailleur au béryllium; il s'agit du test de prolifération des lymphocytes en présence de béryllium le "Beryllium Lymphocyte Proliferation Test" (BeLPT).
C'est par exemple le test le plus utilisé pour détecter si les ouvriers œuvrant sur des réacteurs nucléaires présentent des symptômes du CBD ou Chronic Berylium disease. Un test positif indique que le système immunitaire de l'individu est capable de réagir à la présence de béryllium dans l'organisme et que le patient présente un risque particulièrement élevé de développer cette maladie durant l'exposition[21]... mais il existe une controverse dans la communauté scientifique quant à sa valeur prédictive pour la bérylliose. Une personne pourra avoir un BeLPT positif sans être obligatoirement porteuse d'une bérylliose. Sachant qu'une bérylliose peut prendre jusqu'à 30 ans à se développer chez une personne sensibilisée, la corrélation BeLPT et bérylliose chronique n'est pas significative à un instant donné[22].
La sensibilisation par contact cutané avec de faibles doses étant envisageable, de bonnes pratiques de nettoyage et décontamination sont recommandées pour rester sous la valeur seuil de 0, 2 μg/100 cm² de Be (très complexe pour les surfaces de matériaux contenant du Be [23]).

Protection des travailleurs

En milieu contaminé, et dans les usines où le béryllium est omniprésent, le personnel est spécifiquement exposés. Des protections adaptées (gants, masques, gants et vêtements de protection épais) diminuent le risque.

La décontamination de surfaces pollués par du Be se fait en premier lieu par aspiration des poussières au moyen d'un aspirateur garni d'un «filtre à haute efficacité» (HEPA) puis d'un nettoyage humide avec détergent. Certains produits nettoyants acides peuvent extraire du Be de surfaces en contenant. Nettoyer avec un produit moins agressif (neutre ou basique diminue par exemple la contamination d'une surface en alliage cuivre-béryllium, surface en y désormais une contamination inférieure à 3, 0 μg/100 cm² (valeur à ne pas dépasser au Canada, pour les zones contenant du Be, avec mesures de maîtrise de l'exposition et port d'équipements de protection).
Un second cycle de nettoyage est recommandé quand la contamination de surface reste supérieure à 0, 2 μg/100 cm². Si le Be est présent dans un matériaux devenant pulvérulent (béton se dégradant par exemple), ce dernier peut être stabilisé (scellant, résine, huile de lin... ).

Sources

Notes et références

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)  
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p.  2832 - 2838 lien DOI ] 
  4. «BERYLLIUM, ELEMENTAL» dans la base de données Hazardous Substances Data Bank, consulté le 1 mai 2010
  5. (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol.  25, ASTM International, 1996, 251 p. (ISBN 0803120664) [lire en ligne], p.  71 
  6. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87e éd. (ISBN 0849304873) , p.  10-202 
  7. «Béryllium» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  8. Numéro index 004-001-00-7 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  9. Raisbeck, G. M., F. Yiou, D. Bourles, C. Lorius, J. Jouzel and N. I. Barkov, Evidence for two intervals of enhanced 10Be deposition in Antarctic ice during the last glacial period, Nature, 326, 273−277, 1987
  10. Yiou, F., G. M. Raisbeck, S. Baumgartner, J. Beer, C. Hammer, J. Johnsen, J. Jouzel, P. W. Kubik, J. Lestringuez, M. Stievenard, M. Suter and P. Yiou, Beryllium 10 in the Greenland Ice Core Project ice core at Summit, Greenland, J. Geophys. Res., 102, 26, 783−26, 794
  11. Beer, J., S. J. Johnsen, G. Bonani, R. C. Finkel, C. C. Langway, H. Œschger, B. Stauffer, M. Suter and W. Wölfi, 10Be peaks as time markers in polar ice cores. dans The last deglaciation : Absolute and radiocarbon chronologies, E. Bard and W. S. Brœcker, éditeurs. Springer−Verlag, New York, 1992.
  12. Yiou et al., 1997 (déjà cité)
  13. EPICA annual report. Rapport technique, 2002.
  14. Wagner, G., J. Beer, C. Laj, C. Kissel, J. Masarik, R. Muscheler and H. A. Synal, Chlorine−36 evidence for the Mono Lake event in the Summit GRIP ice core, Earth Planet. Sci. Lett., 181, 1−6, 2000.
  15. Day G. A., Stefaniak A. B., Weston A., Tinkle S. S. (2006). Beryllium exposure : dermal and immunological considerations. Int Arch Occup À peu près Health. 79 : 161-164.
  16. Tinckle S. S., Antonini J. M., Rich B. A., Robert J. R., Salmen R., Depree K., Adkins E. J. (2003). Skin as a route of exposure and sensitization in chronic beryllium disease À peu près Health Perspect. 111 : 1202-1208
  17. Chronic Beryllium Disease and Cancer Risk Estimates with Uncertainty for Beryllium Released to the Air from the Rocky Flats Plant
  18. Dossier INRS : Le béryllium, métal discret mais dangereux (mis à jour avril 2009)
  19. La troisième Conférence internationale sur le béryllium (Philadelphie, octobre 2007, a résumé l'état des connaissances sur le sujet avec comme principale conclusion que la valeur de 2 μg/m3 (ACGIH, TWA) ne protégeait pas la santé des travailleurs, quel que soit le type de particule de béryllium (forme, taille et composition chimique)
  20. (Kreiss, 1996; Henneberger, 2001; Kolanz, 2001; Deubner, 2001) cités par le rapport canadien "Nettoyage et décontamination des lieux de travail où il y a présence de béryllium techniques et solutions nettoyantes" (IRSST
  21. Policy Analysis and Clinical Research on Occupational Beryllium Exposure at DΠSites (CRESP)
  22. Développement de marqueurs et validation d'outils de diagnostic pour le dépistage de l'hypersensibilité induite par le béryllium ; Apportéer, Michel; Bernier, Jacques; Brousseau, Pauline; Cyr, Daniel; Viel, G. ; Sauvé, Sébastien Études et recherches / Rapport R-556, Montréal, IRSST, 2008, 30 pages
  23. [1]

Voir aussi

Liens externes


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