Sciences · Éléments chimiques
Béryllium
Le béryllium (Be, numéro atomique 4) est un métal alcalino-terreux très léger, rigide et transparent aux rayons X. Il compose l’émeraude et les miroirs du télescope James Webb, mais ses poussières sont toxiques.
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Le béryllium est un métal gris acier, à la fois très léger et plus rigide que l’acier. Ces qualités rares en font un matériau de choix pour l’aérospatiale et l’instrumentation scientifique. Il est pourtant peu utilisé, car il est cher et ses poussières provoquent une maladie pulmonaire grave.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Be |
| Numéro atomique | 4 |
| Masse atomique | 9,0122 u |
| Famille | Métal alcalino-terreux (groupe 2, période 2) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 1 287 °C |
| Ébullition | environ 2 470 °C |
| Découverte | 1798, Louis-Nicolas Vauquelin (oxyde) ; métal isolé en 1828 par Friedrich Wöhler et Antoine Bussy |
| Abondance | environ 2 à 3 ppm dans la croûte terrestre |
Propriétés
Avec une masse volumique de 1,85 g/cm³, le béryllium est un peu plus léger que l’aluminium, mais son module d’élasticité est environ six fois supérieur. Il conserve sa forme sur une large plage de températures, conduit bien la chaleur et ne devient pas magnétique.
Son noyau est très léger : le béryllium laisse passer les rayons X bien mieux que les autres métaux, et il ralentit et réfléchit les neutrons. Chimiquement, il se recouvre à l’air d’une fine couche d’oxyde protectrice. Contrairement aux autres métaux alcalino-terreux, il forme surtout des liaisons à caractère covalent.
Isotopes
Le béryllium naturel ne compte qu’un seul isotope stable, le béryllium 9. Le béryllium 10, radioactif (période d’environ 1,4 million d’années), est créé dans l’atmosphère par les rayons cosmiques ; sa mesure dans les glaces et les sédiments sert à dater des surfaces rocheuses et à reconstituer l’activité solaire passée. Le béryllium 8, très instable, joue un rôle clé dans les étoiles : la fusion de trois noyaux d’hélium en carbone passe par lui (voir cycle de vie des étoiles).
Où le trouve-t-on ?
Le béryllium est rare. On le trouve dans une trentaine de minéraux, surtout :
- le béryl, silicate de béryllium et d’aluminium, dont les variétés gemmes sont l'émeraude (verte, colorée par le chrome ou le vanadium) et l'aigue-marine (bleue, colorée par le fer) ;
- la bertrandite, principal minerai exploité industriellement (voir roches et minéraux).
Production
Les États-Unis, avec les gisements de bertrandite de l’Utah, assurent la majeure partie de la production mondiale, suivis par la Chine. La production totale n’est que de quelques centaines de tonnes par an. Le minerai est converti en hydroxyde, puis en fluorure, réduit par le magnésium pour obtenir le métal.
Usages
| Usage | Pourquoi le béryllium |
|---|---|
| Cuivre-béryllium (environ 2 % de Be) | ressorts, connecteurs, outils anti-étincelles pour atmosphères explosives |
| Optique spatiale | les 18 segments du miroir primaire du télescope James Webb sont en béryllium recouvert d’or |
| Fenêtres de rayons X | tubes de radiologie, détecteurs |
| Physique des particules | tubes à vide au cœur des collisionneurs |
| Nucléaire | réflecteur et modérateur de neutrons |
| Aéronautique et défense | pièces de satellites, systèmes de guidage |
Toxicité
L’inhalation de poussières ou de fumées de béryllium peut provoquer la bérylliose, une maladie pulmonaire chronique due à une réaction immunitaire. Elle peut apparaître des années après l’exposition et touche des personnes sensibilisées, même à faible dose. Le béryllium et ses composés sont classés cancérogènes pour l’être humain par le Centre international de recherche sur le cancer. Son usinage se fait sous captation stricte des poussières. Une pièce massive manipulée normalement ne présente pas de danger particulier.
Histoire du nom
En 1798, le chimiste français Louis-Nicolas Vauquelin, à la demande de l’abbé Haüy, analyse le béryl et l’émeraude et y découvre une « terre » nouvelle. Ses sels ayant un goût sucré, l’élément fut d’abord appelé glucinium (du grec glukus, « doux »), nom resté en usage en France jusqu’au milieu du XXᵉ siècle. Le nom béryllium, dérivé du minéral béryl (grec bêrullos), proposé par Wöhler, s’est imposé ; l’IUPAC l’a adopté en 1949. En 1828, Wöhler et Antoine Bussy isolent indépendamment le métal en réduisant son chlorure par le potassium.
Questions fréquentes
Pourquoi le miroir du télescope James Webb est-il en béryllium ?
Le béryllium est léger, très rigide et se déforme peu au froid extrême de l’espace. Une fine couche d’or améliore sa réflexion dans l’infrarouge.
Le béryllium est-il dangereux ?
Ses poussières et fumées le sont : elles peuvent causer la bérylliose et des cancers du poumon. Les objets massifs, comme un bijou en émeraude, sont sans risque.
Quel est le lien entre l’émeraude et le béryllium ?
L’émeraude est une variété de béryl, minéral composé de béryllium, d’aluminium, de silicium et d’oxygène, colorée en vert par des traces de chrome ou de vanadium.