Soutenance mémoire
Depuis longtemps, les minéraux ont participé à la confection de matériaux pour des usages divers notamment industriels, agricoles, etc. Avec l’essor de la science, l’usage des minéraux s’est étendu à la médecine et à ses différents embranchements, la pharmacie notamment. En effet, de nos jours, plusieurs thérapies utilisent les propriétés de ces minéraux afin d’améliorer la vie de l’homme. Nous constatons qu’aujourd’hui, la nourriture la mieux équilibrée ne permet pas toujours de répondre aux exigences nutritionnelles d’un individu. Certaines maladies augmentent considérablement le besoin en certains minéraux particuliers : l’ostéoporose nécessite un apport suffisant en calcium, le stress appelle surtout à une supplémentation magnésienne. Toute perturbation de l’état de santé va réclamer l’apport d’un complément en oligo-éléments. Les minéraux peuvent être définis comme « des corps inorganiques, éléments ou combinaison naturelle d’éléments inorganiques ayant une structure physique et chimique définie avec ses propriétés cristallographiques » (40). Certains, sont essentiels dans tous les mécanismes de la vie. En effet, un bon nombre d’éléments minéraux assure le bon fonctionnement cellulaire par leur participation aux métabolismes enzymatiques (40). Ainsi, sans produits d’origine minérale, beaucoup de médicaments n’auraient jamais vu le jour. Certains de ces produits présents à l’état naturel sont utilisés directement après extraction et raffinage comme principes actifs ou excipients dans toutes les formes possibles. Dans la majorité des cas, ils sont synthétisés à partir d’éléments d’origine minérale naturelle (20). Les métaux alcalino-terreux font partie des éléments minéraux et sont constitués par : le Béryllium, le Magnésium, le Strontium, le Baryum et le Radium. Ils sont situés dans la deuxième colonne du tableau de classification périodique et ont un rôle majeur dans plusieurs processus organiques (10). Ainsi, le Béryllium premier élément de la famille est connu pour ses propriétés métalliques intéressantes d’où sa présence dans de nombreux matériaux (17).
Généralités sur les métaux alcalino-terreux
Les métaux alcalino-terreux constituent un groupe d’éléments chimiques qui occupent la deuxième colonne du tableau de classification périodique (tableau1). Étant considérés comme les plus abondants de la croûte terrestre, ces métaux doivent leur nom à leurs oxydes (MO) et hydroxydes (MOH), anciennement appelés ‘terres’, qui sont alcalins .
Ce groupe est constitué de 6 éléments : le Béryllium (Be) et le Magnésium (Mg) qui doivent leur appartenance à ce groupe à leur configuration électronique de valence ns2 , le Calcium (Ca), le Strontium (Sr), le Baryum (Ba), et le Radium (Ra) qui sont les vrais alcalino-terreux. Ces métaux se présentent sous forme solide à température et pression ambiantes. Ils présentent des températures de fusion et d’ébullition ainsi que des enthalpies d’atomisation supérieures à celles de leurs voisins de la première colonne. Cela révèle une liaison métallique plus forte au sein du réseau cristallin due à la présence de deux électrons de valence par atome.
La chimie de ces éléments de la deuxième colonne est régie par le degré d’oxydation +2. Ils sont cependant assez réactifs pour exister à l’état de métal pur (31 ; 4; 10). L’extraction des métaux alcalino-terreux se fait par électrolyse des sels fondus à bas point fusion. Leur identification se fait par spectrophotométrie d’émission de flamme (exemple le flame test) et le résultat est déterminé par la couleur caractéristique émise par le métal : pourpre pour le strontium, rouge brique pour le calcium, vert pour le baryum ; le Mg et le Be étant non colorés.
Béryllium
Le Béryllium, de symbole chimique Be, également appelé glucinium (en référence au goût sucré de certains de ses sels), constitue le premier élément de cette famille. Il a été découvert en 1794 par le chimiste français Louis Vauquelin lorsqu’il préparait de l’hydroxyde de béryllium. Cependant, il a fallu plusieurs années d’étude et de recherche pour que les chimistes Wöhler et Bussy parviennent à l’isoler sous forme métallique en 1828 .
État naturel
Le béryllium est par ordre d’abondance le 48ème élément de l’écorce terrestre et il est estimé à 10⁻³ %. De nos jours, une trentaine d’espèces minérales qui renferment du béryllium sont connues dans le monde (57). La plupart de ces minerais ne constituent guère que des curiosités, trois d’entre eux peuvent être considérés comme source de Be : le béryl (3BeO.Al2O3.6SiO2) (figure 2), la bertrandite (4 BeO.2SiO2.H2O) (figure 3) et la phenakite (2BeO.SiO2.) .
Les réserves mondiales de béryllium sont estimées à 45000 tonnes dont 65% localisées aux États-Unis et le reste retrouvé en Afrique et en Asie. Aucune réserve n’a été découverte en Europe à l’état actuel des recherches. Il est bien de noter que la principale source de béryllium atmosphérique est la combustion du charbon et des produits pétroliers (57).
Propriétés physico-chimiques
Le béryllium se distingue des autres membres du groupe du point de vue chimique. La plupart de ses propriétés le rapproche de l’aluminium même s’ils ont des degrés d’oxydation différents. Le béryllium est insoluble dans l’eau mais certains de ses composants sont peu solubles dans l’eau. Sa chimie n’est pas trop riche (57 ; 61). Le Be est un métal bivalent d’aspect gris acier et se caractérise par sa légèreté, sa fragilité et sa forte toxicité. Il a le point de fusion le plus élevé des métaux légers. Sa ductilité est d’1/3 plus grande que celle de l’acier. Il dispose d’une bonne conductivité thermique et il est diamagnétique ; d’où sa résistance aux frottements. Le Be est perméable aux rayons X et libère des neutrons, s’il est frappé par les particules alpha.
Magnésium
De symbole chimique Mg, le magnésium est le 12ème élément selon la classification de Mendeleïev. L’élément « magnésium » doit son nom à la ville grecque Magnesia, près de laquelle se trouvaient d’importants dépôts de carbonate de magnésium. Le magnésium a été découvert en 1808 par le chimiste britannique Humphry DAVY, puis isolé en 1829 par le pharmacien français Antoine BUSSY. (8 ; 38) L’élément Mg est un métal alcalino-terreux blanc argenté, qui se présente sous une forme solide et légère (figure 4) (1 ; 8 ; 27). Le Mg est caractérisé par son numéro atomique 12, sa masse atomique 24 et son état d’oxydation (+2).
Etat naturel
Le Magnésium est le 7ème élément le plus abondant de la croûte terrestre avec un taux d’environ 2,76%. A l’état ionique il est reconnu comme cation le plus abondant dans l’eau de mer derrière le Na+ . Il ne se trouve jamais à l’état pur (il est trop instable), mais combiné à d’autres éléments. Il est présent dans certains minéraux naturels (carnallite, dolomite, magnésite…), dans de nombreux silicates, constituants de roches, et dans l’eau de mer (1 ; 8 ; 27). Le magnésium est un élément métallique lithophile c’est à dire qui se trouve combiné le plus souvent avec des oxydes minéraux. C’est un élément majeur de beaucoup de minerais comprenant des silicates, des carbonates, des sulfates, des phosphates et des borates (1 ; 8 ; 27). Ses minerais sont principalement : la magnésite MgCO3 (figure 5), la dolomite CaMg(CO3) (figure 6) le pyrope garnet Mg2Al2(SiO4)3 et la kieserite MgSO4.H2O.
Il existe trois isotopes naturels (24Mg, 25Mg et 26Mg), parmi lesquels, le 24Mg est celui qui est plus représenté avec 79% de la masse totale. Le magnésium est un composant de nombreux minéraux formant des roches, comme olivine, (par exemple forsterite Mg2SiO4, pyroxène, amphibole, spinel MgAl2O4, biotite mica, chlorite, serpentine, talc), et les minerais d’argiles, tels que la montmorillonite, ainsi que des groupes minéraux moins connus, comme les arséniates, les halides, les nitrates et les oxalates (1 ; 8 ; 27). Le magnésium se trouve dans des structures complexes (notamment les silicates), ou sous formes de sels simples dont les chlorures (Nigari), sulfates (sel d’Epsom), oxydes (périclase, sels marins), hydroxydes (brucite), carbonates (dolomite). Il constitue l’élément métallique de la chlorophylle, pigment nécessaire à la photosynthèse spécifique du monde végétal. Il est présent dans tous les organismes vivants, au niveau de la cellule et dans les structures osseuses. Son rôle biologique y est essentiel .
Propriétés physico-chimiques
La chimie du magnésium est intermédiaire entre celles du Be et les métaux lourds. Il s’agit d’un métal qui s’oxyde très facilement en perdant ses deux électrons de valence. Ainsi, il est trouvé toujours sous forme d’ions divalents Mg2+ ou sous forme oxydée MgO. Il n’est pas attaqué par l’eau ou l’oxygène, ce qui en fait un excellent constituant des alliages. Il brûle dans l’air et émet une flamme blanche très vive et réagit avec l’eau à température élevée (1 ; 8 ; 27). C’est un minéral alcalin qui s’associe aux anions d’acides minéraux (chlorure, sulfate, phosphate, carbonate, hydroxyle) ou organique (citrate, lactate, orotate, pidolate, glycérophosphate…) (1 ; 8; 27). Il fond aux alentours de 650 °C et bout vers 1100 °C avec une densité de 1,74 et un poids moléculaire égal à 24 g/mol. C’est le plus léger des matériaux métalliques produits à échelle industrielle. Cette propriété est à la base d’un certain nombre d’applications. Sa conductivité thermique est relativement élevée. Ainsi, il vient en quatrième rang des métaux industriels derrière l’argent, le cuivre et l’aluminium, et avant le zinc, le nickel, le fer et le titane. Les alliages, et notamment ceux de zinc, zirconium et thorium, conservent une conductivité thermique relativement élevée qui favorise les usages à chaud .
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : Généralités sur les métaux alcalino-terreux
I. Béryllium
I.1. État naturel
I.2. Propriétés physico-chimiques
II. Magnésium
II.1. Etat naturel
II.2. Propriétés physico-chimiques
III. Calcium
III.1 État naturel
III.2. Propriétés physico-chimiques
IV. Strontium
IV.2. État naturel
IV.3. Propriétés physico-chimiques
V. Baryum
V.1. État naturel
V.2. Propriétés physico-chimiques
VI. Radium
VI.1. État naturel
VI.2. Propriétés physico-chimiques
CHAPITRE II : LES METAUX ALCALINO-TERREUX DANS L’ORGANISME
I. Le béryllium
I.1 Le cycle du béryllium dans l’organisme
I-2. La bérylliose
I-3 Prévention de la bérylliose
II- Le Magnésium dans L’organisme humain
II.1.1. Absorption du Magnésium et influence des nutriments
II.1.2. Distribution du magnésium
II.1.3. Élimination
II-1. Rôle du Magnésium
II-1-1. Rôle plastique
II-1-2. Rôle catalytique
II-1-3. Régulateur neuromusculaire
II-1-3-1. Mécanisme d’action : modulation des échanges transmembranaires
II-1-3-2. Action sur le système nerveux
II-1-3-3. Action sur le système cardio-vasculaire
II-1-3-4. Action sur les muscles lisses
III. Le Calcium dans l’organisme
III-1. Absorption intestinale
III-2. Distribution
III-2-1. Le calcium osseux
III-2-2. Le calcium extracellulaire
III-2-3. Le calcium intracellulaire
III-3. Excrétion rénale
III-4. Apport alimentaire
III-5. Remodelage osseux
IV. Strontium
IV-1. Strontium et grossesse
IV-2. Strontium et ostéoporose
V. Baryum
V-1. Toxicocinétique
V-1-1. Absorption
V-1-3. Métabolisme
V-1-4. Excrétion
V-2. Mécanisme de la toxicité
V-3. Mesures de prévention
VI. Le Radium
CHAPITRE 3 : UTILISATIONS DES METAUX ALCALINO-TERREUX
I- Le Béryllium
I-1. Métallurgie et fabrication d’alliages
I-2. Autres utilisations industrielles
I-2.1 Industrie des céramiques
I-2.2 Aérospatiale
I-2.3 Industrie nucléaire et militaire
I-2.4. Instrumentation scientifique et technique
II. Le Magnésium
II-1. Utilisations thérapeutiques
II.2. Magnésium et migraine
II.3. Magnésium et diabète
II.4. Magnésium et maladies cardiovasculaires
II.5. Magnésium et spasmophilie
II.6. Magnésium et Stress
I.6. Magnésium et grossesse
I.7. Magnésium et autres situations physiopathologiques
I-8. Autres usages
II- Le calcium
II-1. Utilisations thérapeutiques
II-2. Autres utilisations
IV. Le Strontium
IV-1. Utilisations thérapeutiques
IV-2. Autres utilisations
V. Le baryum
V-1. Le métal
V-2. Les oxydes
V-3. Les sels
VI- Le Radium
VI-1. Le Radium 223
VI-2. Le Radium 226
CONCLUSION
