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Propriétés physico-chimiques de l’aluminium
Description de l’élément
L’aluminium est un métal blanc, léger, solide, il a l’éclat de l’argent, de numéro atomique 13 et de masse atomique 26,98154, il figure dans le groupe IIIA (configuration électronique 1S22S22P63S23P1) du tableau de classification des éléments de Mendeleïev [8, 10]
Ses propriétés physico chimiques font de lui un métal mou et pliable. La densité de l’aluminium est une propriété tellement importante que c’est elle qui a donné lieu au plus grand nombre d’application de ce métal [6], elle est de 2,7 à la température ambiante soit le tiers environ de celle du fer. Elle diminue encore avec l’élévation de la température passant de 2,41 au point de fusion à 2,29 à 1000°C.
Le point de fusion relativement bas (658 ,7) de l’aluminium est un facteur important qui explique sa grande utilisation en fonderie.
Sa conductibilité électrique est élevée, (2/3 de celle du cuivre), il est également un bon conducteur de chaleur [8, 10] .
En plus de l’état de valence 0 (Aluminium métal) l’aluminium présente couramment l’état de valence +III correspondant à la configuration du Néon. Pour l’aluminium l’isotope 27 est le seul qui lui soit connu [8].
Dans la nature l’aluminium existe seulement sous forme de combinaison très stable avec d’autres composés (en particuliers silicates et oxydes).
Le métal est fortement électropositif. L’ion Al3+ est peu polarisable et présente les caractéristiques d’un acide de Lewis <<dur>>. Il se forme en général des liaisons ioniques ou électrostatiques [11].
Comportement de l’aluminium en solution aqueuse
La chimie de l’ion aluminium en solution aqueuse est déterminée par la solvatation qui produit initialement l’ion hexo-aquo-aluminium (Al(H2O)63+) et les équilibres de déprotonation de cet ion [12]. L’ion Al(H2O)63+ est l’espèce prédominante en milieu acide (pH<5) [10, 13]; lorsque la solution devient moins acide, il subit des déprotonations successives conduisant à la formation de Al(H2O)5(OH)2+,puis de Al(H2O)4(OH)2+ ; de l’espèce insoluble Al(H2O)3(OH)3 et enfin de l’aluminate tétraédrique Al(OH)4- [13].Celui-ci représente la principale espèce d’aluminium Al 3+ soluble dans les solutions basiques [14].
Les équilibres entre les quatre espèces hydrolysées sont décrits dans les quatre réactions suivantes :
Réaction 1: Al3++ H2O Al (OH)2+ + H+ K1 = [H+][Al(OH)2+]/[Al3+]
Cette réaction déclenche des échanges successifs de protons qui conduisent aux réactions et aux constantes d’équilibres suivantes :
Réaction 2: Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+ K2 = [Al(OH)2+][H+]/[Al(OH)2+]
Réaction 3: Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+ K3 = [Al(OH)3][H+]/[Al(OH)2+]
Réaction 4: Al(OH)3 + H2O Al(OH)4- + H+ K4 = [Al(OH)4-][H+]/[Al(OH)3]
Dans l’expression des constants d’équilibres indiquées ci-dessus les crochets représentent les concentrations des différentes espèces présentes dans la solution [14, 15].
Utilisations de l’aluminium
Des composés naturels de l’aluminium ont été employés par de nombreuses civilisations pour différentes raisons. Des argiles se composant de silicates hydratés d’aluminium ont été employés en poterie et du sulfate d’aluminium (alun) était utilisé par les Egyptiens, les Grecs et les Romains comme mordant [9, 16].
Il y a cent cinquante ans, on ne connaissait pas l’aluminium métal. Aujourd’hui, le monde utilise trente millions de tonnes d’aluminium par an, dont l’utilisation est répartie comme indiquée dans le tableau I en million de tonne [16, 17].
Aluminium et alliages utilisés en industrie agro-alimentaire
Dans les pays industrialisés et à haut niveau de consommation, des lois strictes réglementent l’utilisation des matériaux destinés à entrer en contact avec des denrées alimentaires. Au Sénégal, aucune législation nationale n’existe concernant les récipients ou emballages métalliques ou plastiques. Dans de pareil cas, l’Agence Sénégalaise de Normalisation (ASNOR) se réfère aux normes françaises correspondantes [19].
La première loi française sur les effets des matériaux et des alliages d’aluminium en particulier sur l’alimentarité a vu le jour le 27 août 1987 et a été signée par le ministre de l’agriculture de l’époque. Ces textes fixent les limites des compositions chimiques des alliages d’aluminium admises pour la fabrication d’objets amenés à rentrer en contact avec les aliments. Plusieurs normes se sont ensuite inspirées de cet arrêté ministériel parmi lesquelles la norme NF EN 601 de juillet 2004 résumée ci-dessous :
Les concentrations en As, Ta, Be, Tl, ou Pb doivent être toutes ≤ 0,05% et l’ensemble ne doit pas dépasser 0,15%, exprimé en aluminium total [20].
Sur la figure 1 nous avons différentes formes d’emballages utilisés en industrie agro-alimentaire. Au Sénégal, dans les fonderies artisanales, les ustensiles de cuisines sont encore fabriqués avec des alliages Al-Cu-Zn de moins bonne qualité que les ustensiles fabriqués avec des alliages Al-Mn [19]. Ainsi on distingue plusieurs formes de présentations des aluminiums et alliages en fonction de leur utilisation [21].
Aluminium ou alliages couverts d’un revêtement organique Dans ce groupe nous avons :
Des présentations employées pour une utilisation nécessitant un contact de longue durée (emballages) :
Boîtes pour conserves appertisées,
Canettes de boisson,
Boitiers sous pression,
Opercules pour produits laitiers vernis,
Feuille mince pour fromage fondu,
Coupelles.
Des présentations employées pour l’utilisation nécessitant un contact de courte durée et destinées à un usage répétitif. Ce type d’aluminium est retrouvé dans :
Les ustensiles ménagers : casseroles, poêles, plats, gourdes.
Les appareils électroménagers de cuisson, tels que les autocuiseurs.
Aluminium ou alliages sans revêtement
Ce type d’aluminium est employé pour une utilisation nécessitant un contact de durée variable et destiné à un usage unique. Il s’agit le plus souvent d’emballages. Les principaux exemples sont :
Le papier chocolat,
L’aluminium ménager,
Les barquettes,
Les agrafes (saucisson),
Les plats à jeter,
Les bagues (poulets).
Aluminium ou alliages non revêtu éventuellement anodisé
Ce type d’aluminium est destiné à une utilisation nécessitant un contact de durée variable destiné à un usage répétitif. Les principaux exemples sont :
Les ustensiles ménagers : casseroles, plats, ustensiles de cuisines fabriqués de manière artisanale au Sénégal ;
Les équipements de l’industrie agro-alimentaire : fûts, citernes, tuyaux, surfaces de travail, machines.
Aluminium et alliages utilisés en milieu domestique
C’est avec les casseroles que rentre, dès le début du 20ème siècle, l’aluminium dans les foyers. Aujourd’hui, l’utilisation de l’aluminium pour fabriquer des casseroles et autres ustensiles ménagers reste très répandue dans le monde et les formes et la qualité sont variables d’un pays à un autre (figure 2 et 3)
Métabolisme de l’aluminium
Les apports
Les apports pour l’organisme en aluminium sont principalement assurés par l’environnement, les produits alimentaires et les eaux [22, 23].
Apports par l’environnement
L’aluminium est le troisième élément minéral le plus rependu dans la croute terrestre après la silice. Il est donc omniprésent dans l’environnement. On ne le retrouve jamais dans la nature sous forme métallique, il est toujours combiné avec d’autres éléments notamment avec l’oxygène [24] sous forme d’oxyde d’aluminium anhydre ou hydraté ou de microcristaux d’aluminosilicates, c’est-à-dire combiné à différents silicates tel que les Feldspaths, les argiles, les porphyres, les granites et les micas qui entrent dans la composition de tous les sols. Ces microcristaux se dispersent très facilement dans l’air où ils constituent l’essentiel des poussières atmosphériques que nous respirons [25, 26].
Apports par l’eau
Dans certaines régions, les microparticules en suspension peuvent être en quantité importante. Dans ce cas elles vont alors modifier la coloration et turbidité de l’eau lui donnant un goût désagréable à la consommation.
Pour pallier ce phénomène le service des eaux de la plupart des pays utilisent des sels d’aluminium solubles comme agents clarifiants tels que l’alun (sulfate d’aluminium) et les chlorures poly aluminium. Ces composés à base d’aluminium, chargés d’éliminer les microorganismes nocifs de l’eau, la débarrassent également des matières organiques qui y sont naturellement présentes. En effet, la réaction entre les substances chimiques utilisées pour la désinfection et ces matières organiques engendre des cancérogènes puissants éliminés lors du flocage coagulation entre les particules et le composé aluminique ajouté. Ces sels d’aluminium, peu couteux, ont en outre l’avantage de donner à l’eau une coloration légèrement bleutée que les consommateurs prennent pour une marque d’authenticité et de qualités.
Le traitement de l’eau par les sels d’aluminium va la rendre plus potable mais en contrepartie va augmenter sa teneur en aluminium soluble, facilement absorbable [27].
Apport par les aliments crus
La plupart des aliments contiennent naturellement moins de 0,5mg/100g d’aluminium. Les aliments les plus riches en aluminium sont les coquillages et certains aliments d’origines végétales comme les basilics, les épinards, les lentilles et surtout le thé qui accumule ce métal au niveau de ses feuilles et la levure alimentaire [27]. Certains épices et fines herbes, ont de hautes teneurs en aluminium [28].
En revanche, les viandes n’en contiennent que très peu. La teneur en aluminium dans différents types d’aliments [29] est présentée dans les tableaux II à VII.
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Table des matières
Introduction
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR L’ALUMINIUM
I. Historique
II. Propriétés physico-chimiques de l’aluminium
II.1. Description de l’élément
II.2. Comportement de l’aluminium en solution aqueuse
III. Utilisations de l’aluminium
III.1. Aluminium et alliages utilisés en industrie agro-alimentaire
III.2. Aluminium et alliages utilisés en milieu domestique
IV. Métabolisme de l’aluminium
IV.1. Les apports
IV.1.1. Apports par l’environnement
IV.1.2. Apports par l’eau
IV.1.3. Apport par les aliments crus
IV.1.4. Apport par les additifs alimentaires (utilisés dans les aliments industriels)
IV.1.5. Apports par les ustensiles et les emballages
IV.1.6. Apports par les conditionnements utilisés pour la conservation des aliments industriels (canettes, emballages)
IV.1.7. Apports lors de la cuisson
IV.2. Absorption de l’aluminium
IV.2.2. Absorption par voie pulmonaire
IV.2.3. Absorption par voie cutanée
IV.3. Transport de l’aluminium
IV.4. Répartition dans l’organisme
IV.5. Elimination de l’aluminium
V. Toxicité de l’aluminium
V.1. Sources d’exposition
V.1.1. Sources Industrielles
V.1.2. Sources médicamenteuses et cosmétiques
V.2. Physiopathologie de la toxicité de l’aluminium
V.2.1. Action au niveau du système nerveux
V.2.2. Action au niveau des catécholamines
V.2.3. Action au niveau de l’ADN
V.2.4. Action au niveau des plaques séniles
V.2.5. Action au niveau de l’os
V.3. Signes cliniques et facteurs influençant
V.3.1. Toxicité neurologique
V.3.2. Toxicité osseuse
V.3.3. Toxicité hématopoïétique
V.3.4. Autres organes cibles
MARMITES DE FABRICATION ARTISANALE PAR SPECTROMETRIE D’ABSORPTION ATOMIQUE
I. Cadre d’étude
II. Objectif
III. Matériel et méthodes
III.1. Matériel
III.1.1. Echantillons
III.1.2. Appareillage et verrerie
III.1.3. Réactifs
IV. Méthodes de dosage de l’aluminium
IV.1. Problèmes poses
IV.1.1. Aspects pré analytiques et environnementaux
IV.1.2. Aspects analytiques
IV.2. Les différents types de Méthode de dosage
IV.2.1. La Polarographie Impulsionnelle
IV.2.2. L’Activation Neutronique
IV.2.3. La Microsonde à Impact Laser ou Laser Microprobe Mass Analysis (LAMMA)
IV.2.4. La Spectrométrie d’Emission Par Plasma à Couplage Inductif
IV.2.5. La Colorimétrie
IV.2.6. La Spectrofluorimétrie
IV.2.7. La Fluorescence X
IV.2.8. La Spectrométrie d’absorption atomique en flamme
IV.2.9. Spectrométrie d’absorption atomique électrothermique
IV.3. Méthode de dosage
IV.3.1. Principe
IV.3.2. Dosage de l’aluminium libéré à partir des marmites
V. Résultats
V.1. Courbe d’étalonnage
V.2. Dosage de l’aluminium dans le milieu eau distillée (ED)
V.3. Dosage de l’aluminium dans le milieu eau de robinet (ER)
V.4. Dosage de l’aluminium dans le milieu eau de robinet sel (ES)
V.5. Dosage de l’aluminium dans le milieu eau de robinet vinaigre (EV)
V.6. Dosage de l’aluminium dans le milieu eau de robinet citron (EC)
V.7. Les quantités d’aluminium obtenues à partir des différents milieux ED, ER, ES, EV et EC
VI. Discussion
Conclusion
REFERENCES
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