Cadmium

Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.


Catégories :

Produit chimique très toxique - Produit chimique dangereux pour l'environnement - Cancérogène chimique - Élément chimique - Produit chimique - Matériau - Métal de transition - Métal - Écotoxicologie

Définitions :

  • Le cadmium est aisément absorbé par l'organisme et surtout par les reins et le foie. L'acidification augmente l'infiltration de cadmium dans la mer et les lacs.... (source : esab)
Cadmium
ArgentCadmiumIndium
Zn
  Structure cristalline hexagonale

48
Cd
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Cd
Hg
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Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Cadmium, Cd, 48
Série chimique métal de transition
Groupe, Période, Bloc 12, 5, d
Masse volumique 8, 69 g·cm-3 (20 °C) [1]
Dureté 2
Couleur gris argenté métallique
N° CAS 7440-43-9 [2]
N° EINECS 231-152-8
Propriétés atomiques
Masse atomique 112, 411 ± 0, 008 u [1]
Rayon atomique (calc) 155 pm (161 pm)
Rayon de covalence 1, 44 ± 0, 09 Å [3]
Rayon de Van der Waals 158 pm
Configuration électronique [Kr] 4d10 5s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 18, 18, 2
État (s) d'oxydation 2
Oxyde base faible
Structure cristalline hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 321, 07 °C [1]
Point d'ébullition 767 °C [1]
Énergie de fusion 6, 192 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 99, 87 kJ·mol-1 (1 atm, 767 °C) [1]
Volume molaire 13, 00×10-3 m3·mol-1
Pression de vapeur 14, 8 Pa
Vitesse du son 2 310 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1, 69
Chaleur massique 233 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 13, 8×106 S·m-1
Conductivité thermique 96, 8 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HCl [4]
Énergies d'ionisation[5]
1re : 8, 99382 eV 2e : 16, 90831 eV
3e : 37, 48 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
106Cd 1, 25 % >2, 6×1017 a β+, EC
108Cd 0, 89 % stable avec 60 neutrons
109Cd {syn. } 1, 2665 a ε 0, 214 109Ag
110Cd 12, 49 % stable avec 62 neutrons
111Cd 12, 8 % stable avec 63 neutrons
112Cd 24, 13 % stable avec 64 neutrons
113Cd 12, 26 % 7, 7×1015 a
β- 0, 316 113In
113mCd {syn. } 14, 1 a
β-
——
TI
0, 580
——
0, 264
113In
———
113Cd
114Cd 28, 73 % stable avec 66 neutrons
116Cd 7, 49 % 2, 3×1019 a 2β-
Précautions
Directive 67/548/EEC[6]
Très toxique
T+
Dangereux pour l`environnement
N
Phrases R : 17, 26, 45, 48/23/25, 50/53, 62, 63, 68,
Phrases S : 7/8, 43, 45, 53, 60, 61,
SIMDUT[7]
D1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats graves
D1A, D2A,
SGH[8]
SGH06 : ToxiqueSGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxiqueSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H330, H341, H350, H361fd, H372, H410,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.

Histoire

Le cadmium fut découvert en 1809 par Magnus Martin af Pontin, mais c'est en 1817 que l'Allemand Friedrich Stromeyer le prépara pour la première fois.

Le nom de Cadmium vient du latin cadmia, «calamine», ancien nom donné au carbonate de zinc – le cadmium était extrait de ce minerai aux environs de la ville de Thèbes, qui fut fondée par Cadmos, et dont la citadelle porte le nom de kadmeia, en français Cadmée.

Propriétés

Le cadmium est un métal blanc, mou et malléable. Il ternit au contact de l'air.

Propriétés physiques

Cadmium

Le cadmium est un métal blanc argenté ayant des propriétés physiques proches de celle du zinc. Il fond à 320, 9 °C et bout à 767 °C. Lors de l'ébullition du cadmium, il se dégage des vapeurs jaunes toxiques.

Sa masse spécifique est de 8 650 kg/m³.

Il est ductile (capacité à l'étirement), malléable (capacité à la mise en forme) et résiste à la corrosion atmosphérique, ce qui en fait un revêtement de protection pour les métaux ferreux.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques du cadmium sont identiques à celles du zinc. L'ion cadmium est déplacé par le zinc métallique en solution : il est moins réactif que le zinc.

Il s'oxyde particulièrement peu à température ambiante et brûle dans l'air en donnant l'oxyde anhydre CdO, insoluble dans un excès d'hydroxyde de sodium.

Il réagit avec les acides et les bases. Le cadmium est soluble dans l'acide nitrique dilué et dans les acides chlorhydrique et sulfurique concentrés et chauds.

La masse molaire atomique du Cadmium est de 112, 4 g/mol.

Toxicité et toxicologie du cadmium

Article détaillé : Intoxication au cadmium.

Elle est connue depuis les années 1950. Particulièrement toxique sous toutes ses formes (solide, vapeur, sels, composés organiques), le cadmium fait partie des rares éléments n'ayant aucune fonction connue dans le corps humain ou chez l'animal. Il faut éviter son contact avec des aliments.

Face à ces risques ainsi qu'aux autres contaminations environnementales, les piles NiMH moins polluantes et moins dangereuses pour la santé, vont remplacer à partir de 2008 les piles NiCd au sein de l'Union Européenne.

Historique

Dans les années 1950, au Japon, une intoxication aigüe au cadmium a donné une maladie des reins et des os, appelée «itaï-itaï» (qui veut dire «j'ai mal, j'ai mal»), cette phrase étant fréquemment répétée par les malades.

Le cadmium est concentré par la chaine alimentaire. Les mollusques bivalves le concentrent 300 000 fois, ou alors plus. Ce dernier peut venir de loin ; par exemple, le cadmium présent en excès dans les huitres d'Oléron vient d'une source localisée particulièrement en amont (anciens déchets miniers).

Norme et sécurité

En France, la quantité moyenne annuelle de cadmium ingéré par personne et par an est évaluée à 12 mg. L'absorption par voie digestive de plus de 0, 9 g ou par voie respiratoire (de poussières) à des concentrations plus grandes que 200 mg/m3 peut entrainer des troubles graves.

En France, la valeur limite d'exposition est fixée à 0, 05 mg/m3, pour les fumées d'oxyde.

La consommation de tabac peut représenter jusqu'à 75 % de l'absorption alimentaire humaine en cadmium quotidienne. Actuellement, les principaux risques d'intoxication sont liés aux expositions prolongées à de faibles doses de cadmium. Le cadmium est essentiellement absorbé par inhalation et se fixe à 30 - 40 % dans les reins où il entraine une perte anormale de protéines par les urines (protéinurie).

Sources d'exposition

Le cadmium semble quantitativement absorbé en premier lieu par inhalation et moindrement par absorption gastro-intestinale. Il n'est pas absorbé par la peau. En dehors de l'exposition professionnelle, on peut y être exposé via :

Les lichens, les mousses et les champignons peuvent en accumuler des doses particulièrement élevées, ou alors mortelles, de même que d'autres métaux lourds, faisant de ces espèces de bons indicateurs de l'état de pollution de l'Environnement (lorsqu'elle s y ont survécu).

Intoxications aiguës

Fièvre des fondeurs

L'inhalation de fumées d'oxyde de cadmium (générées quand le cadmium métallique est porté à haute température). Il entraine des symptômes identiques à ceux de la fièvre des fondeurs (état grippal débutant). Le traitement est seulement symptomatique.

Atteinte pulmonaire

L'exposition à des niveaux plus élevés peut causer de sérieux dommages pulmonaires ou alors la mort. Les fumées d'oxyde de cadmium sont des irritants pulmonaires sévères (dû à la taille de leurs particules), les poussières de cadmium étant moins irritantes car leurs particules ont une plus grande dimension. Les symptômes sont de types soit pulmonaires (les signes cliniques étant le reflet de lésions variant l'irritation naso-pharyngée et bronchique à l'œdème pulmonaire) soit de type maux de tête, frissons, douleurs musculaires, nausées, vomissements, diarrhée… Les concentrations fatales de fumées fluctuent de 40 à 50 mg/m3.

Intoxications chroniques

Atteintes rénales

L'exposition chronique au cadmium, par inhalation ou ingestion, a comme conséquence des atteintes rénales qui peuvent continuer de progresser même après la cessation de l'exposition.

Atteinte pulmonaire

L'exposition de longue durée par inhalation à de bas niveaux peut causer une diminution de la fonction pulmonaire et l'emphysème.

Atteinte osseuse

Même si l'absorption par ingestion est basse, l'exposition chronique à des niveaux élevés de cadmium dans la nourriture peut causer des désordres osseux, incluant l'ostéoporose et l'ostéomalacie. L'ingestion à long terme, par une population japonaise, d'eau et de nourriture contaminées par le cadmium, a été associée à une condition incapacitante, la maladie «itaï-itaï » (aïe-aïe).

Elle se définit par des douleurs au dos et dans les articulations, de l'ostéomalacie (rachitisme adulte), des fractures osseuses, et dans certains cas des défaillances rénales. Cette maladie affecte le plus fréquemment les femmes et les facteurs de risque sont la multiparité et l'alimentation de pauvre qualité.

Divers

Les autres conséquences de l'exposition chronique au cadmium sont l'anémie, la coloration jaunâtre des dents, la rhinite, l'ulcération occasionnelle du septum nasal, les dommages au nerf olfactif et la perte de l'odorat.

Temps de séjour dans l'organisme : Le cadmium s'accumule dans les organes au long de la vie pour chez l'homme adulte atteindre 30 à 40 milligrammes, ou alors plus chez ceux qui y ont été exposés durant leur vie car l'élimination naturelle (urine, excrément, et moindrement règles, éjaculation, perte de phanères (ongles, cheveux) ne compense le plus souvent pas les apports. Il s'accumule provisoirement dans le foie avant de s'accumuler dans les reins où au-delà de 200 mg par kg chez l'adulte, il provoque des lésions irréversibles.

Santé reproductive : Les effets testiculaires étaient démontrés chez l'animal à fortes doses expérimentales. On a récemment montré que le cadmium interagissait aussi, aux seuils recommandés par l'OMS avec les récepteurs des œstrogènes chez le rat. À l'université de Washington (USA) [12], des rats femelles dont on avait enlevé par ablation les ovaires (pour que l'animal ne produise plus d'œstrogènes) ont été exposés à une injection hebdomadaire de cadmium à un taux qui est celui que l'OMS recommande de ne pas dépasser (5 et 7 microgrammes par kilo et par semaine). Quatre jours après la première injection, des effets pseudo hormonaux était observés. Le cadmium dans le sang produit chez les rats femelles la pousse des glandes mammaires, ainsi qu'une augmentation du poids et de la taille de l'utérus, ainsi qu'un amincicement de la paroi utérine des cobayes. Les femelles enceintes ont des petits dont la puberté survient plus tôt. Cet effet hormonal pourrait expliquer certains troubles osseux (ostéoporose, fractures précoce... ) chez les femmes au Japon lors de la maladie d'Itaï Itaï décrite en 1967. Les conclusions ne peuvent être directement extrapolées à l'Homme, mais la question est posée. Les effets œstrogéniques sont à confirmer par des études sur d'autres modèles animaux et chez l'Homme, surtout parce que le cadmium était injecté aux rats, et qu'il peut être présent sous des formes différentes et moins brutalement chez l'homme par voie orale ou pulmonaire.

Une autre question est celle de la synergie ou potentialisation quand le cadmium est absorbé - ce qui est fréquemment le cas - avec d'autres toxiques. Les doses recommandées par l'OMS : 7 microgrammes par kilo et par semaine, et entre 3 à 5 microgrammes par litre pour la boisson pourraient un jour être révisées, comme pour le plomb.

Cancérogenèse et mutagenèse

Plusieurs composés inorganiques du cadmium causent des tumeurs malignes chez l'animal. L'exposition professionnelle au cadmium peut être reconnue comme responsable d'une augmentation significative du cancer du poumon. Le CIRC (Centre de recherche international sur le cancer) a déterminé qu'il y a suffisamment de preuve chez l'homme quant à la cancérogénicité du cadmium et de ses composés. Il s'avère aussi que le cadmium a la capacité de modifier le matériel génétique, surtout les chromosomes. Selon le directeur du centre de recherche de la fondation "vive la santé" le cadmium serait un des facteurs de stérilité.

Gisements

Le cadmium n'existe pas à l'état natif. Son minerai, la greenockite CdS, est particulièrement rare et inexploité.

Le cadmium est présent dans presque l'ensemble des minerais de zinc (la teneur en cadmium fluctue de 0, 01 à 0, 05%), et est obtenu industriellement comme sous-produit de la métallurgie du zinc. Sa production dépend de celle du zinc, dans une proportion variable de 1, 8 à 6 kg de cadmium/tonne de Zn élaboré (3 kg/tonne de zinc en moyenne).

Le cadmium est aussi présent dans des minerais de plomb et de cuivre, mais aussi dans des phosphates naturels (34 ppm pour les phosphates jordaniens, 380 ppm pour les phosphates tunisiens).

Métallurgie

La métallurgie du cadmium est intégrée à celle du zinc. Dans l'ensemble des cas, une partie du cadmium est récupérée par filtration du gaz provenant du grillage.

Deux cas sont à étudier :

zone géographique année tonnes
Monde 1994 18 882
Canada 1994 2 129
Chine 1994 1 300
Belgique 1994 1 557
Mexique 1994 1 255
ex-URSS 1994 1 407
Allemagne 1994 1 145
Monde occidental 1996 12 708
Europe 1996 5 633
Japon 1996 2 357
États-Unis 1996 1 238

Production

Environ 10 à 15% de la production mondiale du cadmium se fait à partir de matériaux recyclés.

Le tableau ci-contre donne les productions annuelles de différents pays.

Recyclage

Il est réalisé essentiellement à partir des accumulateurs Ni-Cd et des soudures.

Il est a noter qu'en France par exemple, près de la moitié des besoins en cadmium provient du recyclage (environ 1 000 tonnes de cadmium recyclé/an).

Utilisation

Le cadmium a de multiples utilisations : surtout dans les écrans de télévision, les barres de contrôles des réacteurs nucléaires, les colorants (émail, glaçure).

Il entre dans la composition de nombreux alliages à bas point de fusion (soudures, brasures) et permet de la fabrication de certaines batteries d'accumulateurs («piles rechargeables»).

Mais ses principales utilisations sont celles de ses composés qui concernent les revêtements anticorrosion (appliqué en couche mince sur l'acier par cadmiage, le cadmium protège contre la corrosion, surtout saline) ou encore la fabrication de pigments de couleurs (jaune et rouge).

Ses principaux usages :

En 1992, la production d'accumulateurs Ni-Cd était de 1, 3 milliard d'unités dont 60% par des producteurs japonais et 15% par des français ;
Van Gogh utilisait du CdS pour faire le jaune de ses tournesols. La Communauté européenne a adopté une directive limitant l'utilisation des pigments de cadmium aux seuls cas où ils ne peuvent être remplacés (polymères)  ;
Monde occidental 1996 13 803
Europe 1996 5 329
Monde 1994 16 780
Japon 1994 6 527
Belgique 1994 2 944
France 1994 1 860
États-Unis 1994 1 700
ex-URSS 1994 900
Allemagne 1994 850
Royaume-Uni 1994 664
Chine 1994 600

Consommation

Le tableau ci-contre montre les consommations par pays par année (en tonne).

Le tableau ci-dessous montre l'importance de la consommation par secteur d'utilisation dans le monde occidental (en %).

Année 1996 1980
Batteries Cd-Ni 70% 30%
Pigments 13% 25%
Galvanoplastie 8% 25%
Stabilisant 7% 15%
Alliages et divers 2% 5%

Pollution par le cadmium

Elle est en forte diminution dans les mers depuis les années 1980, mais les taux restent localement préoccupants, surtout dans les coquillages et organismes du haut de la pyramide alimentaire. En Europe la Belgique centre est spécifiquement touchée, mais aussi les ex-pays de l'Est . Les origines de la pollution par le cadmium sont multiples, avec surtout :

Agricole
Engrais phosphatés 263
Eau 62
«Redéposition» des poussières 168
Boues d'épandage 52
Total [T 1] 545[T 2]
Atmosphérique
Combustion de produits pétroliers 28
Raffinage de Zn 23
Incinération des ordures ménagères 28
Combustion du charbon 21
Sidérurgie 24
Production d'accumulateurs 11
Total [T 1] 168[T 3]
Aquatique
Sidérurgie, métallurgie 42
Cadmiage 20
Fabrication des engrais phosphatés 30
Raffinage de Zn 17
Fabrication de pigments[13] 21
Total [T 1] 124
  1. pour la totalité de l'Union européenne
  2. L'apport des engrais phosphatés est de 2 à 6 g de Cd/ha/an, soit en France, 82 tonnes/an. Dans la chaîne alimentaire, Cd se concentre essentiellement dans les feuilles des plantes (salades, choux mais également tabac).
  3. La teneur de Cd dans l'air fluctue de 1 ng/m³ en zone rurale, à 20 ng/m³ en zone industrielle et 30 µg/m³ près de l'Etna.

Le risque lié au cadmium des engrais phosphorés en Europe commence à être pris en compte. En Europe, la Commission a publié plusieurs textes et décisions concernant les dispositions nationales relatives à la teneur maximum admissible en cadmium des engrais[14], [15].

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. (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 
  5. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89e éd. , p.  10-203 
  6. Entrée de «Cadmium pyrophoric» dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la BGIA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 13 février 2010 (JavaScript indispensable)
  7. «Cadmium» 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 048-002-00-0 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  9. Cours et corrigé de biotechnologie, partie relative à la toxicité des métaux pour l'Homme
  10. étude : HGCA Project Number : 1655
  11. Source, Plan de contrôle 2008 (voir p 33/70)
  12. Étude pilotée par Mary Beth Martin résumée dans Nature Medicine, le 14 juillet 2003.
  13. Valeur contestée
  14. Régime communautaire relatif aux engrais
  15. 2006/348/CE : Décision de la Commission du 3 janvier 2006 concernant les dispositions nationales relatives à la teneur maximum admissible en cadmium des engrais notifiées par la République de Finlande au titre de l'article 95, paragraphe 4, du traité CE [notifiée sous le numéro C (2005) 5542 (Texte présentant de l'intérêt pour l'EEE) ]

Voir aussi


Liens externes


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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés

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