Cadmium - Définition et Explications

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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 zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) – le cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.) était extrait de ce minerai aux environs de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune, par...) de Thèbes, qui fut fondée par Cadmos, et dont la citadelle (Une citadelle est une partie de ville fortifiée, qui peut éventuellement se limiter à un château fort.) porte le nom de kadmeia, en français Cadmée.

Gisements

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

Le cadmium est présent dans presque tous les minerais de zinc (la teneur en cadmium varie de 0,01 à 0,05%), et est obtenu industriellement comme sous-produit de la métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on...) du zinc. Sa production dépend de celle du zinc, dans une proportion variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou...) de 1,8 à 6 kg de cadmium/tonne de Zn élaboré (3 kg/tonne de zinc en moyenne).

Le cadmium est également présent dans des minerais de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) et de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et...), ainsi que dans des phosphates naturels (34 ppm pour les phosphates jordaniens, 380 ppm pour les phosphates tunisiens).

Propriétés

Le cadmium est un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons...) blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne parfois :...), mou et malléable. Il ternit au contact de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...).

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 (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce phénomène est une vaporisation.) du cadmium, il se dégage des vapeurs jaunes toxiques.

Sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la 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 semblables à celles du zinc. L'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui...) cadmium est déplacé par le zinc métallique en solution : il est moins réactif que le zinc.

Il s'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) très peu à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations...) ambiante et brûle dans l'air en donnant l'oxyde anhydre CdO, insoluble dans un excès d'hydroxyde de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas...).

Il réagit avec les acides et les bases. Le cadmium est soluble dans l'acide nitrique (L’acide nitrique, parfois appelé acide azotique, est un composé chimique liquide très corrosif de formule chimique HNO3. C’est un acide fort,...) dilué et dans les acides chlorhydrique et sulfurique concentrés et chauds.

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

Toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des effets néfastes et mauvais pour...) et toxicologie (La toxicologie est la science étudiant) du cadmium

Elle est connue depuis les années 1950. Très toxique sous toutes ses formes (solide, vapeur (), sels, composés organiques), le cadmium est l'un des rares éléments n'ayant aucune fonction connue dans le corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) ou chez l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On réserve...). Il faut éviter son contact avec des aliments.

  • Chez l'animal, c'est le rein (Le rein a de multiples fonctions (hormonales, de régulation de la tension, mais il est surtout l'un des principaux organes de détoxication (avec le foie et le poumon). Il assure, par filtration et excrétion...) et le foie (Le foie est un organe abdominal impair et asymétrique, logé chez l'homme dans l'hypocondre droit, la loge sous-phrénique droite, la partie supérieure du creux épigastrique puis atteint...) qui sont principalement touchés. Certains animaux (équiens en particulier) semblent fortement concentrer le cadmium dans leurs reins, d'autant plus que le cheval (Le cheval (Equus ferus caballus ou equus caballus) est un grand mammifère herbivore et ongulé appartenant à l'une des sept espèces de la famille des équidés. Il a évolué au cours des dernières...) (cas le plus courant) est vieux. C'est pourquoi des législation spécifique peuvent concernant les abats des animaux « tardivement abattus », de cheval en particulier.
    La teneur moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous...) en cadmium des abats d'équidés (cheval, âne, mulet, baudet..) est environ de 10 µg/g de cadmium. La Dose journalière tolérable temporaire DJTT ayant été fixée à 1 µg.kg-1.d-1, toute commercialisation des abats des équidés tardivement abattus est interdite. Même si ces abats étaient, la seule source de cadmium alimentaire pou (Le terme de pou, qui nous vient d'un nom latin ayant le même sens, est un nom vernaculaire ambigu qui désigne avant tout, en français, un insecte parasite de l'homme, Pediculus humanus. À partir de ce...) les humains, cette interdiction serait justifiée, car une consommation moyenne hebdomadaire de seulement 100 g d'abats, conduit à exposer le consommateur à 1000 µg/semaine, soit pour quelqu'un de 60 kg, plus que le doublement de la DJTT (qui autorise une consommation de 60 µg par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...), soit 420 µg/semaine).
  • Chez l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère...), il provoque notamment des problèmes rénaux et l'augmentation de la tension (La tension est une force d'extension.). En outre, son inhalation étant dangereuse, des risques potentiels sont à craindre avec les téléphones portables et sans fil : En particulier s'ils sont utilisés peu de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) après chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) (ce qui est moins fréquent avec les portables mais récurrent avec les téléphones sans fil), car les piles ou batteries rechargeables sont alors chaudes et dégagent souvent, même neuves, des vapeurs toxiques en faibles quantités, mais facilement inhalées de par la proximité des voies respiratoires.

Face à ces risques et aux autres contaminations environnementales, les piles NiMH moins polluantes et moins dangereuses pour le santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.), vont remplacer à partir de 2008 les piles NiCd au sein de l'Union Européenne.

Historique

Dans les années 1950, au Japon, une intoxication (Une intoxication est un ensemble de troubles du fonctionnement de l'organisme dus à l'absorption d'une substance étrangère, dite toxique.) aigüe au cadmium a donné une maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) des reins et des os, nommée « itaï-itaï » (qui signifie « j'ai mal, j'ai mal »), cette phrase étant souvent répétée par les malades.

Le cadmium est concentré par la chaine alimentaire. Les mollusques bivalves le concentrent 300 000 fois, voire plus. Celui-ci peut venir de loin ; par exemple, le cadmium présent en excès dans les huitres d'Oléron vient d'une source située très en amont (anciens déchets miniers).

Norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle à suivre. Ce...) et sécurité

En France, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un...) moyenne annuelle de cadmium ingéré par personne et par an est évaluée à 12 mg. L'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit...) 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. Aujourd'hui, les principaux risques d'intoxication sont liés aux expositions prolongées à de faibles doses de cadmium. Le cadmium est principalement 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 d'abord par inhalation et moindrement par absorption gastro-intestinale. Il n’est pas absorbé par la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.). En dehors de l’exposition professionnelle, on peut y être exposé via :

  • la fumées et les poussières perdues par certaines industries (métallurgie, recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un...) des batteries au cadmium, engrais (Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments minéraux, destinées à apporter aux plantes des compléments d'éléments nutritifs, de façon à améliorer...) phosphorés) ;
  • la fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement mécanique. Ces particules sont principalement de la...) de cigarette (la source principale de contamination de la population générale) ;
  • les engrais phosphorés de synthèse (ou naturels parfois), qui en contiennent beaucoup et qui polluent le sol et les nappes ;
  • les effluents et boues d'épuration urbaine et/ou industrielles épandues sur les champs ou en forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces associées. Un boisement de faible étendue est dit bois, boqueteau ou...) sont des sources parfois importantes de cadmium. Deux cultures expérimentales sur champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) suite à un épandage de boues d'épuration ont montré que ces épandages ont conduit à des teneurs proches des maxima autorisés;
  • certains aliments (dont par exemple les champignons, ou les organes tels le foie et les reins en contiennent souvent des taux supérieurs aux normes parce que ces organes ont pour rôle justement de capter et réduire les concentrations de cadmium circulant dans le système. Le blé (« Blé » est un terme générique qui désigne plusieurs céréales appartenant au genre Triticum. Ce sont des plantes...) et certains végétaux (e.g. épinards) semblent pouvoir l'accumuler plus que d'autres. Certains légumes et les céréales peuvent concentrer le cadmium. Les cultures de céréales sur sols acides favorisent la contamination du grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au passage d'une ligne...), avec cependant des différences significatives selon les variétés plantées ; Le cheval en absorbe plus que les autres animaux.
    Les animaux sauvages ne sont pas épargnés, et peuvent être une source d'intoxication pour l'homme. En France, les plans de contrôles récents (2008) n'ont porté que sur un petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'échantillons ; pour le cadmium, ils montraient que c'est uniquement dans les viandes de gibier sauvage (7 échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) de muscle (Les muscles sont une forme contractile des tissus des animaux. Ils forment l'un des quatre types majeurs de tissus, les autres étant le tissu épithélial, le tissu conjonctif, le tissu nerveux. Ce...) sur 57 dépassaient la norme, ainsi que 9 échantillons de foie sur 56) que des dépassement (Un dépassement est le fait de rouler pendant un instant, en général relativement court, à côté d’un autre véhicule à une vitesse supérieure...) de normes ont été constatés (non dans le gibier d'élevage)
  • les cendres et résidus d'incinération (L'incinération est une technique de transformation par l'action du feu. Incinérer signifie « réduire en cendres » ou, dit autrement, qu'on brûle complètement...), après combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une...) d'objets contenant du cadmium (peintures, PVC, etc.) comme colorant (Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.), additif ou catalyseur ;
  • l’air urbain (niveaux parfois très élevés près des centres de production).

Les lichens, les mousses et les champignons peuvent en accumuler des doses très élevées, voire mortelles, de même que d'autres métaux lourds, faisant de ces espèces de bons indicateurs de l'état de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on...) de l'Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) (quand elles y ont survécu).

Intoxications aiguës

Fièvre (La fièvre est l'élévation de la température corporelle chez un être à sang chaud par dérèglement du « thermostat » central. Il s'agit généralement d'une réaction...) des fondeurs

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

Atteinte pulmonaire (Les pulmonaires sont des plantes de la famille des Boraginacées appartenant au genre Pulmonaria. Elles doivent leur nom au fait que, selon les Romains, leur racine était censée...)

L’exposition à des niveaux plus élevés peut causer de sérieux dommages pulmonaires voire la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des étoiles). Chez les organismes vivants,...). 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 (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce...). Les symptômes sont de types soit pulmonaires (les signes cliniques étant le reflet (Un reflet est, en physique, l'image virtuelle formée par la réflexion spéculaire d'un objet sur une surface. La nature spéculaire de la réflexion est liée aux caractéristiques du corps...) 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 varient 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 (L'ostéoporose est une maladie caractérisée par une fragilité excessive du squelette, due à une diminution de la masse osseuse et à...) et l'ostéomalacie. L'ingestion à long terme, par une population japonaise, d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et de nourriture contaminées par le cadmium, a été associée à une condition incapacitante, la maladie « itaï-itaï » (aïe-aïe).

Elle se caractérise par des douleurs au dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie du corps consistant en les vertèbres et les côtes. Les dorsaux étaient les muscles les plus sollicités par les singes...) et dans les articulations, de l'ostéomalacie (rachitisme adulte), des fractures osseuses, et occasionnellement des défaillances rénales. Cette maladie affecte le plus souvent 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 (Une rhinite est le terme médical décrivant l'irritation et l'inflammation (aiguë ou chronique) des muqueuses de la cavité nasale.), l’ulcération occasionnelle du septum nasal, les dommages au nerf (En neuroanatomie, au sein du système nerveux , périphérique et central, un nerf désigne un regroupement d'axones,...) 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 (La vie est le nom donné :) pour chez l’homme adulte atteindre 30 à 40 milligrammes, voire 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 généralement 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 (Le mot « rat » désigne en français, dans le langage vernaculaire certains mammifères rongeurs, le plus souvent du genre Rattus ou au moins de la famille des muridés. Mais certains...). À l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Washington (USA), des rats femelles dont on avait ôté par ablation les ovaires (afin que l’animal ne produise plus d’œstrogènes) ont été exposés à une injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) 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 (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart des animaux....) produit chez les rats femelles la pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) des glandes mammaires, ainsi qu’une augmentation du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à...) et de la taille de l'utérus (L'utérus est un organe participant aux fonctions reproductrices chez les mammifères dont la femme. C'est une poche dont l'intérieur très vascularisé, ouverte vers le col utérin à...), ainsi qu’un amincicement de la paroi utérine des cobayes. Les femelles enceintes ont des petits dont la puberté (La puberté est une étape du développement humain marquant la transition de l'enfance à l'adolescence (fertilité). Elle se signale notamment par une...) 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, notamment 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 lorsque le cadmium est absorbé - ce qui est souvent 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 (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au...) pour la boisson pourraient un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) 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 considérée comme responsable d’une augmentation significative du cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de...) du poumon (Le poumon est un organe invaginé permettant d'échanger des gaz vitaux, notamment l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène est nécessaire au métabolisme de l'organisme, et le...). Le CIRC (Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) 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 également que le cadmium a la capacité de modifier le matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les...), en particulier les chromosomes. D'après le directeur du centre de recherche de la fondation "vive la santé" le cadmium serait un des facteurs de stérilité.

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