Plomb

Plomb
Thallium ← Plomb → Bismuth Sn     82 Pb                                                                                                                                                                                                                                           Pb Uuq Table complète • Table étendue
Général
Nom, Symbole, Numéro	Plomb, Pb, 82
Série chimique	métal pauvre
Groupe, Période, Bloc	14, 6, p
Masse volumique	11 340 kg/m3
Couleur	blanc-gris
Propriétés atomiques
Masse atomique	207,2 u
Rayon atomique (calc)	180 (154) pm
Rayon de covalence	147 pm
Rayon de van der Waals	202 pm
Configuration électronique	[Xe]4f14 5d10 6s2 6p2
Électrons par niveau d'énergie	2,8,18,32,18,4
État (s) d'oxydation	4, 2
Oxyde	amphotère
Structure cristalline	cubique face centrée
Propriétés physiques
État ordinaire	solide
Température de fusion	600,61 K
Température de vaporisation	2022 K
Énergie de fusion	4,799 kJ/mol
Énergie de vaporisation	177,7 kJ/mol
Volume molaire	18,26×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur	4,21×10-6 Pa
Vélocité du son	1260 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	2,33
Chaleur massique	129 J/ (kg·K)
Conductivité électrique	4,81×106 S/m
Conductivité thermique	35,3 W/ (m·K)
1e potentiel d'ionisation	715,6 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation	1450,5 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation	3081,5 kJ/mol
4e potentiel d'ionisation	4083 kJ/mol
5e potentiel d'ionisation	6640 kJ/mol
6e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol
7e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e potentiel d'ionisation	{{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 202Pb {syn. } 52 500 a α ε 2,598 0,050 198Hg 202Tl 204Pb 1,4 > 1,4×1017 a α 2,186 200Hg 205Pb {syn. } 1,53×107 a ε 0,051 205Tl 206Pb 24,1 % stable avec 124 neutrons 207Pb 22,1 % stable avec 125 neutrons 208Pb 52,4 % stable avec 126 neutrons 210Pb {syn. } 22,3 a α ß- 3,792 0,064 206Hg 210Bi
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

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.

Histoire

Le plomb figure parmi les métaux qui figure parmi les plus anciennement connus et utilisés par l'homme à cause de sa grande diffusion, sa facilité d'extraction, sa grande malléabilité et son bas point de fusion. Il était utilisé lors de l'âge du bronze avec l'antimoine et l'arsenic. On le retrouve mentionné dans l'Exode.

À travers les âges, de nombreux écrits relatent la présence de celui-ci dans des objets ou à travers les cultures. Ainsi on a pu retrouver du plomb dans les pigments servant à recouvrir les tombes des hommes préhistoriques (40 000 ans avant JC), mais également sur leurs objets de décoration. Plus tard, il a été démontré que les Égyptiens, Grecs, Hébreux ou encore Romains savaient l'extraire et l'utilisaient pour produire des céramiques ou objets usuels (de 4000 à 2000 ans avant notre ère). Ceci provient naturellement du fait qu'il est très facile à fondre ainsi qu'à mettre en forme. À titre d'exemple, on trouve encore des tuyaux de plomb portant le sceau d'empereurs romains. Il est intéressant de remarquer qu'au Moyen Âge les alchimistes croyaient que le plomb était le métal le plus ancien et l'associaient à la planète Saturne. C'est probablement de là qu'on retrouve aujourd'hui la notion de saturnisme qui est une maladie liée à l'intoxication au plomb ^[1].

Sa toxicité n'a d'ailleurs jamais été un mystère car déjà à cette époque, la connaissance des problèmes liés à son exposition était présente. Par exemple, les Romains l'utilisaient aussi sous forme d'acétate de plomb pour conserver leur vin et s'étaient rendu compte que énormément de personnes, surtout de la classe aristocratique, souffraient d'intoxications. Par la suite, des maladies sont apparues de manière régulière dans des catégories de métiers comme les mineurs ou encore les peintres. Le décès d'un enfant en Australie à la fin du XIX siècle, suite à une intoxication au plomb, fut le premier d'une série de plusieurs drames de ce type. C'est suite à ces observations qu'une réglementation mais aussi des dépistages ont été mis peu à peu en place dans des pays riches comme en Europe ou aux États Unis. Ainsi le plomb a été interdit pour la confection des tuyaux de distribution d'eau potable en Suisse dès 1914^[2] mais plus tardivement dans les autres pays. Les peintures au plomb ont été interdites en 1948 en France mais l'interdiction totale pour les canalisations ne date que de 1995^[3].

Le plomb dans notre environnement et son extraction

Le plomb est dans son état naturel un métal gris bleuâtre malléable. On le retrouve dans tous les compartiments environnementaux à savoir l'hydrosphère, la stratosphère, la biosphère et l'atmosphère. Sachant qu'il y a des échanges permanents entre ces différents compartiments, on comprend facilement pourquoi la présence de plomb dans notre environnement est un enjeu majeur. Il est présent sous énormément de formes inorganiques surtout dans la croûte terrestre et les minerais. On retrouve ainsi des acétates, nitrates, carbonates, sulfates ou encore des chlorures de plomb. Ces composés inorganiques sont d'ailleurs ceux qui amènent rarement à une toxicité aigue. ^[4]

On retrouve aussi le plomb dans l'environnement suite aux décompositions radioactives car celui-ci est un produit naturel de la désintégration de l'uranium. Le plomb natif est rare, on l'extrait aujourd'hui de minerai associé au zinc (la blende), à l'argent et (le plus abondamment) au cuivre. La principale source minérale est la galène (PbS) qui en contient 86.6 % en poids. D'autres variétés communes sont la cérusite (PbCO₃) et l'anglésite (PbSO₄). Actuellement le recyclage permet d'en récupérer une grande part. La plupart des minerais contiennent moins de 10 % de plomb. Les minerais qui contiennent moins de 3 % de plomb ne peuvent pas être exploités économiquement. Le minerai extrait du sol est concentré par gravimétrie et flottation, puis dirigé vers une usine métallurgique (fonderie).

Les plus grands gisements sont aux États-Unis, en Australie, en CEI et au Canada. En Europe, la Suède et la Pologne possèdent la majorité des gisements.

Métallurgie

À partir de sulfures

À la fonderie, le minerai est dans un premier temps grillé pour oxyder le sulfure et obtenir de l'oxyde de plomb ; le soufre est éliminé sous forme de dioxyde gazeux SO₂, transformé et valorisé en acide sulfurique. Le minerai grillé est dans ce cas introduit, avec du coke, dans un four à la base duquel on souffle de l'air. La réaction de l'oxygène de l'air avec le coke donne du monoxyde de carbone CO, qui diminué l'oxyde de plomb.

À la base du four s'écoulent d'une part le plomb liquide, d'autre part une scorie qui est le plus souvent granulée à l'eau avant d'être mise en décharge.

Le plomb recueilli à ce stade est appelé plomb d'œuvre ; il contient un certain nombre d'impuretés (cuivre, argent, bismuth, antimoine, arsenic, etc. ) qu'il faut éliminer. Ce raffinage du plomb, encore liquide, se fait dans des cuves, par refroidissement et ajout de divers réactifs (soufre, oxygène, zinc pour capturer l'argent, etc. ).

Affinage

Le plomb affiné est appelé plomb doux ; il est coulé et solidifié dans des lingotières avant d'être expédié chez le consommateur ou dans des entrepôts de stockage. Avant la coulée finale, des éléments peuvent être ajoutés en proportions bien définies pour élaborer des alliages (calcium, antimoine, etc. ).

Dans certaines fonderies, on utilise à côté des concentrés miniers, des matières premières issues du cassage des batteries, ou des sous-produits d'autres procédés industriels (sulfate de plomb par exemple).

Le plomb et les êtres humains

Son utilisation

Le plomb sous forme de métal a été employé depuis l'antiquité à cause de sa grande malléabilité et ductilité et de son bas point de fusion, surtout pour la réalisation de conduites d'eau potable (voir plomberie), de vaisselle, de plaques de toiture et de gouttières.

On utilisait pour le maquillage le blanc de céruse. Autre sel de plomb, le minium fut d'abord utilisé comme pigment rouge, puis jusqu'à une date récente comme revêtement anti-corrosion. Le cristal de galène, d'abord utilisé comme pigment noir et ingrédient de base pour la préparation du khôl et du blanc de céruse dans l'Antiquité, offrit au début du XX^e siècle un semi-conducteur primitif utilisé dans la diode Schottky des premiers récepteurs radio.

Aujourd'hui les accumulateurs électriques (batteries) sont devenus la principale utilisation du plomb et la principale raison des envolées du cours du plomb. Cela a pour conséquence la rentabilité du recyclage de ce métal, surtout en Afrique et en Chine où le parc automobile est en pleine expansion.

En 2004, les batteries au plomb, destinées à l'automobile ou à l'industrie, représentent 72 % de la consommation de plomb (53 % automobile, 19 % industrie). Les pigments et autres composés chimiques représentent 12 % de la consommation. Les autres applications (alliages pour soudures, tuyaux et feuilles, munitions, etc. ) 16 %.

Le plomb est utilisé aussi dans la plomberie d'art, à mi-chemin entre la toiture et la sculpture.

En alliage avec l'étain et l'antimoine il était utilisé pour la fabrication des caractères d'imprimerie. On l'appelle dans ce cas plomb typographique.

Le plomb (en plaques métalliques, dans du caoutchouc ou dans du verre) sert de protection pour atténuer les rayons γ, les rayons X.

L'ajout de plomb à du verre forme le cristal et augmente son éclat.

Plus récemment, le plomb a été introduit dans la composition de certains additifs (antidétonants) pour les carburants automobiles, par exemple le plomb tetraéthyle. Cette application est en voie de disparition.

Un des facteurs de toxicité des munitions a été le plomb massivement utilisé depuis longtemps pour la fabrication de munitions de guerre ou de chasse (grenaille). Avec l'arsenic et l'antimoine qui lui sont associés, il contribue à la pollution induite par les munitions.

Pour résumer, suite à des applications historiques ayant causé des problèmes de toxicité quand le plomb est absorbé par les organismes vivants, le plomb est dorénavant proscrit pour une certaine gamme de produits : les peintures, les meubles, les crayons et pinceaux pour artiste, les jouets, l'eau et les aliments, les ustensiles de cuisine au contact des aliments, les bavoirs pour bébés et les cosmétiques ^[5]. Cependant il est important de savoir que les pays ont leur propre système de réglementation ; ainsi, dans certains pays (Royaume-Uni par exemple), des plaques de plomb sont encore utilisées en toiture alors qu'en France on utilise le zinc.

Sa toxicité

Beaucoup des utilisations historiques du plomb ou de ses composés sont désormais proscrites à cause de la toxicité du plomb pour le système nerveux (saturnisme surtout).

Un risque existedésormais que le plomb ou certains de ses composés peuvent être inhalés (sous forme de vapeur ou de poussière) ou ingérés, et assimilés par l'organisme. L'intoxication par voie cutanée existe mais reste rare. Les voies de transport sont l'eau, l'air et les aliments.

Les personnes les plus touchées sont les enfants et les femmes enceintes. Il n'existe pas vraiment de seuil de tolérance au plomb pour cette catégorie de personnes. En effet les enfants possèdent un système nerveux en plein développement et une absorption digestive 3 fois plus élevée que celle des adultes ce qui les rendent bien plus sensibles vis-à-vis de l'exposition au plomb. L'intoxication chez les enfants se fait sans symptômes, c'est lors de leur développement (durant la scolarisation) que des effets comme la baisse du QI, l'anémie, des troubles du comportement, des problèmes de rein, des pertes auditives, … se feront ressentir. Les risques d'intoxication au plomb pour les enfants sont grands quand ceux-ci jouent dehors car ils peuvent être en contact avec de poussières ou encore des écailles de peinture à base de plomb et mettent ensuite leurs mains dans la bouche. De plus lorsqu'ils sucent un jouet peint au plomb il y a un gros danger que la peinture s'effrite et soit ingérée. Il arrive aussi que les enfants se fassent les dents sur les rebords de fenêtre. ^[6]

Pour fixer quelques ordres de grandeur :

• En ce qui concerne l'eau potable, la norme en France était de 50 microgrammes par litre jusqu'en décembre 2003, elle est passée à 25 microgrammes par litre et il est prévu de la faire passer à 10 microgrammes par litre en décembre 2013. Au Canada, elle est de 10 microgrammes par litre depuis 2001^[7] ;
• En ce qui concerne les sols, le plomb est naturellement présent (c'est ce qu'on nomme le fond pédogéochimique naturel) à hauteur de quelques dizaines de mg par kg de sol ; par exemple une synthèse des données existantes sur l'état des sols en France (Baize, 1994,1997), montre que les teneurs en plomb de 11 150 échantillons, prélevés en surface des zones agricoles (avant épandage de boues de station d'épuration), sont assez dispersées avec une moyenne des teneurs de 30,3 mg/kg pour une médiane de 25,60 mg/kg. Dans un rapport public de synthese du BRGM^[8], on trouve des chiffres de 10 a 30 mg/kg pour des sols non pollués.
• Aux Etats-unis, la CSPC (Consumer Product Safety Commission) a fixé comme standard qu'une assimilation de plomb équivalent à 175 mg/jour nécessite une visite de contrôle.

Un problème émergent : le plomb dans les jouets

Naissance de la problématique

Depuis 2007, on peut voir dans les médias que de plus en plus de rappels massifs de jouets ont été effectués dans différents magasins. De grands groupes comme Mattel ont récemment eu énormément de soucis avec des jouets contaminés au plomb. Ainsi en 2007, l'industrie du jouet (22 millions de dollars) a particulièrement été touchée. Sur 81 rappels de jouets la moitié de ceux-ci impliquait 6 millions de jouets ayant une peinture à base de plomb excédant les limites autorisées. Le problème vient surtout du fait que les grands groupes comme Mattel sous-traitent leur production dans des pays comme la Thaïlande et la Chine où la réglementation et le contrôle des produits finis sont moins courants. S'ajoute à cela un manque de personnel et de budget pour les sociétés de production ainsi qu'un faible nombre de moyens mis en place au niveau des dépistages. Ce sont malheureusement les enfants des pays en voie de développement qui sont les plus affectés par un taux de plomb élevé. C'est en 2007 que la problématique a éclaté au grand jour avec la mort de 2 enfants aux Etats-Unis âgés de 4 et 5 ans qui après avoir ingéré un petit bout recouvert de peinture ont été intoxiqués. L'action combinée du pH de la salive et des acides de l'estomac a attaquée le jouet et libéré le plomb dans leur sang. Depuis il existe une prise de conscience de la part des pays riches vis-à-vis de ce problème. Ainsi des associations comme «kids in danger» aux États-Unis sont apparues ainsi qu'une ré-actualisation des lois au Québec et en France surtout. Depuis que la problématique est connue de tous, de nombreuses études et analyses ont eu lieu ainsi, de nouveaux composés nocifs ont été trouvés dans les jouets mais les cas restent plus rares (arsenic et phtalates). ^[9] Il est dan la nature du plomb de ne pas pouvoir le despiter normalement mais c'est aussi l'un des composant de la cigarette......

Dépistage du plomb

D'une manière classique la plombémie chez l'enfant est mesurée par une simple piqûre au doigt dans les hôpitaux. Le résultat apporté est en µg/L. Cependant dans les pays en voie de développement qui sont particulièrement touchés par ce problème, il existe différentes techniques analytiques puissantes. La tendance majeure consiste à utiliser des bios marqueurs humains (cheveux^[10], dents de lait ^[11] ou ongles ^[12]). L'avantage de ce type de prélèvement provient du fait que les éléments traces s'accumulent au cours du temps dans différentes parties de notre corps. Ainsi on peut retrouver dans les cheveux une concentration en plomb 10 fois plus élevée que celle présente dans l'urine ou encore dans le sang. Il est d'ailleurs plus aisé d'échantillonner, conserver et transporter des cheveux ou ongles plutôt que des solutions dans lesquelles les composés sont susceptibles de se dégrader.

Le principal défi pour cela est de passer d'un composé solide à un liquide pour pouvoir l'analyser ensuite. Le moyen le plus efficace reste le traitement acide. Le fonctionnement de ce genre de traitement est simple : l'échantillon est chauffé en présence d'un acide fort ce qui permet la destruction de toute matière organique. Pour les dents le composé est trop solide par conséquent seul l'émail est attaquée avec un mélange HCL/glycérol. Une fois le liquide obtenu les analyses se font le plus souvent par absorption atomique de flamme. L'utilisation d'un questionnaire visant à savoir quels facteurs peuvent influencer une concentration en plomb élevée dans le sang des enfants est fréquemment mis en place lors de ces études, mais aussi l'utilisation d'échantillons certifiés (CRM) pour valider les méthodes. A titre d'exemple, il a été démontré qu'au Kenya une enfant vivant dans une maison peinte avait en moyenne une plombémie de 30,2 ± 2,9 ug/g alors qu'un enfant vivant dans une maison non peinte avait en moyenne une plombémie de 19,8 ± 0,9 ug/g. Avec ce genre de techniques la gamme de concentration de plomb présent chez les enfants peut s'étendre de 5 à 1400 ppm.

A l'avenir il faudra sûrement compter sur de nouvelles techniques. Ainsi énormément d'études ont lieu aujourd'hui avec des animaux (rats par exemple) pour évaluer l'influence de la présence de plomb dans les jouets sur le comportement et la psychologie des enfants lors de leur développement. ^[13]

De plus, des compagnies comme Thermo commencent à mettre sur le marché des pistolets de fluorescence à rayons X qui permettent de faire des analyses directement sur le terrain car l'appareil est portatif. Ainsi il suffit de pointer le pistolet sur un jouet pour avoir une mesure instantanée du plomb total présent dans celui-ci. Le problème reste à l'heure actuelle le coût d'un tel appareil car chacun d'entre eux est estimé à 30 000 dollars. ^[14]

Enfin, des procédés visant à traiter les eaux contaminées existent ou sont aujourd'hui en développement comme des membranes à base de matériaux composites qui après toute une série d'équilibres avec le plomb en solution vont pouvoir le capter totalement en une soixantaine de minutes. ^[15]

Il existe d'autres types de matrice sur lesquels l'analyse du plomb est primordiale à savoir le vin, les eaux, les plantes mais aussi le sang car il est extrêmement nocif dans tous ces milieux. Le problème vient du fait que les analyses sont bien plus complexes car mettent en jeu de réactions de co-précipitations ou dérivations pour pouvoir travailler avec ce genre de matrices.

Prévention

Des hôpitaux distribuent dorénavant des fiches explicatives ^[16] aux parents dans lesquelles ils incitent les familles à venir faire des visites de contrôle de dépistage du plomb en particulier s'ils habitent dans une zone à risque (vieilles maisons, proximité d'usines, …). Ils leur expliquent aussi surtout quels sont les sources d'intoxication, les risques que cela implique, et comment combattre cela. Ainsi une nourriture riche en fer (haricots, épinards, …) et en cadmium (fromage, lait,... ) est préconisée.

Traitement

Au cas où un enfant serait amené à être intoxiqué, son taux de plomb dans le sang peut être abaissé. Pour cela des lavages gastriques ou encore l'ajout d'agent complexant comme l'EDTA peuvent être utilisés. Cependant ce ne sont que des techniques visant à baisser la teneur en plomb dans l'organisme mais en aucun cas elle ne peuvent éliminer tous les effets négatifs. ^[17]

Données économiques

Prix

Le plomb est un métal dont le prix de vente est très cyclique ; il est coté en dollars US, surtout à la Bourse des Métaux de Londres^[18]. Sur les dix dernières années, les cours ont évolué entre 400  par tonne et 3 665  par tonne.

En raison de sa toxicité, les interdictions d'usage du plomb se multiplient dans le monde, ce qui aurait dû faire baisser son prix.
Mais paradoxalement, c'est le métal dont le prix a le plus augmenté en 2007, face à la demande chinoise de batteries selon les uns, face à un marché qui s'est refermé et qui est contrôlé par quelques grands groupes selon les autres ; rachats et/ou fermeture d'usines (Fermeture de Metaleurop Nord en France par exemple), usines en difficultés pour cause de pollution et problèmes sanitaires (Ex : Bourg-Fidèle), fermeture en Australie en 2007 de la mine Magellan (3 % de la production mondiale, plus grande mine du monde), suivie d'une explosion dans une raffinerie (Dœ Run) du Missouri qui a encore fait grimper les prix. En 6 mois le prix du plomb a doublé, il a été multiplié par sept en quatre ans, atteignant un record en octobre 2007 (3 655 dollars/tonne, contre 500 dollars/tonne en 2003). Le 26 juin 2007 son prix dépassait celui de l'aluminium avant de dépasser celui du zinc.

Demande mondiale

Elle grimpait de 2 % par an jusqu'en 2004 (à 80 % pour fabriquer des batteries). Elle serait en 2007 de 20 % par an environ.

Le stock mondial mi-2007 est tombé à 30 000 tonnes. «Soit deux jours de consommation»^[19]. La Chambre syndicale du plomb voit une vertu positive à cette hausse : elle devrait encourager un meilleur recyclage des batteries «(de 130 euros la tonne, leur prix a bondi à 350 euros en un an)»^[20].

Consommation mondiale 2004 : 7 082 milliers de tonnes (kt) .

Continent	Milliers de tonnes
Asie	2 870
Amériques	2 030
Europe	2 011
Afrique	131
Océanie	40

Production mondiale de plomb métal 2004 : 6 822 kt.

Continent	Milliers de tonnes
Asie	2 880
Amériques	2 009
Europe	1 551
Afrique	101
Océanie	281

Production minière^[21] :

Pays	Milliers de tonnes	% du total
Australie	688,0	24,1
Chine	631,5	22,2
États-Unis	435,2	15,3
Pérou	308,5	10,8
Mexique	135,4	4,8
Total 5 pays	2 199,0	77,1
Total monde	2 850,5	100,0

Chiffres de 2003, en milliers de tonnes de métal contenu dans les minerais et concentrés

Le plomb métallique est produit dans des usines appelées fonderies (voir ci-dessus chapitre métallurgie), dont les matières premières proviennent soit de mines (concentrés miniers) soit du recyclage (en particulier le recyclage des batteries usagées). Sur les 6,8 millions de tonnes de production, environ 3 millions proviennent de concentrés miniers et 3,8 millions du recyclage. Le recyclage est par conséquent désormais la première source de plomb.

En résumé, il est important de se souvenir que la consommation mondiale de plomb ne cesse d'augmenter depuis le Moyen Âge. Depuis deux décennies, elle a tendance à stagner dans les pays développés car ceux-ci ont pris conscience des dangers liés à sa toxicité. Ils ont cherché des substituts au plomb et ont mis en place un certain nombre de normes liées à son utilisation. Par contre, les pays en voie de développement continuent de l'utiliser et leur consommation de plomb ne cesse d'augmenter faute de moyens. ^[22]

Symbolique

• Les noces de plomb symbolisent les 14 ans de mariage dans le folklore français.
• Le plomb est le 5^e niveau dans la progression de la Sarbacane Sportive.
• Le plomb symbolise la lourdeur : Un sommeil de plomb. Un soleil de plomb. Un projet qui a du plomb dans l'aile.

Voir aussi

• Batterie au plomb
• Le plomb est un des éléments principaux dans la fabrication du vitrail au plomb^[23].
• Ion plomb
• Métal lourd
• Munition
• Saturnisme

Bibliographie

• L'histoire secrète du plomb, Jamie Lincoln Kitman, éditions Allia, 2005 (traduction Arnaud Pouillot).

Notes et références

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