Mercure (chimie)

Nom	Abond. %	Période radioact.	Mode (%)	E_d MeV	Prod.
¹⁹⁴Hg	syn.	444 ans	ε	0,040	¹⁹⁴Au
¹⁹⁶Hg	0,15	stable avec 116 neutron(s)
¹⁹⁸Hg	9,97	stable avec 118 neutron(s)
¹⁹⁹Hg	16,87	stable avec 119 neutron(s)
²⁰⁰Hg	23,1	stable avec 120 neutron(s)
²⁰¹Hg	13,18	stable avec 121 neutron(s)
²⁰²Hg	29,86	stable avec 122 neutron(s)
²⁰⁴Hg	6,87	stable avec 124 neutron(s)

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire

Le mercure est un élément chimique de symbole Hg et de numéro atomique 80.

Connu depuis l'Antiquité, le mercure est un métal de couleur argent brillant dont la particularité est de se présenter sous forme liquide à température ambiante. Son symbole Hg provient du latin, lui-même emprunté au grec, hydrargyrum qui signifie « argent liquide » ( ̔Υδορ, l'eau et '̓Αργυρος, l'argent).

[modifier] Histoire

Les alchimistes l'appelaient parfois le « vif-argent » et le représentaient grâce au symbole de la planète Mercure, d'où son nom actuel.

On trouve le mercure sous forme naturelle ou oxydée. Le mercure se trouve principalement sous forme naturelle comme sulfure de mercure (HgS) de couleur rouge vermillon appelé aussi cinabre[1].

Ce métal a eu de tout temps de nombreuses utilisations :

Le mercure fut utilisé probablement dès 2700 avant notre ère pour amalgamer l'or, l'argent ou d'autres métaux. La plupart des chercheurs d'or utilisent encore du mercure pour amalgamer les paillettes ou poussières d'or. L'amalgame obtenue est ensuite chauffé à 400-500 °C, ce qui conduit à l'évaporation du mercure. Cette vapeur de mercure peut être distillée, c'est à dire condensée et récupérée après son évaporation lors de son passage dans un simple serpentin refroidi, mais c'est rarement le cas lors de l'orpaillage artisanal. Il concernerait au moins 10 % de la production mondiale d'or, mais sur l'essentiel du territoire prospecté en terme de surface. Il pose de très graves problèmes de pollution, notamment des rivières et des écosystèmes qu'elles irrigent en Amazonie ainsi qu'en Birmanie entre autres. Les populations qui consomment beaucoup de poissons, et en particulier les poissons les plus âgés sont particulièrement concernées (ex amérindiens Wayana en Amazonie).

On a utilisé par le passé un amalgame de mercure et d'étain pour la fabrication de miroirs.

Du fait de la densité élevée de ce métal, Torricelli utilisa du mercure pour la création de son baromètre en 1643.

Grâce à son coefficient de dilatation thermique élevé, le mercure fut, dès le XVII^e siècle, utilisé pour la fabrication des thermomètres. Cela pose d'ailleurs des problèmes de santé publique : cf. Thermomètre et tensiomètre à mercure

L'amalgame de mercure et d'or est utilisé dans l'artisanat d'art pour réaliser la dorure de différents objets, notamment les bronzes.

L'anglais Howard fut le premier à utiliser, en 1799, le fulminate de mercure (Hg(ONC)₂) comme détonateur. Cet usage a perduré jusqu'à récemment.

Des composés à base de mercure ont été utilisés pour le traitement des semences.

Les amalgames dentaires (plombages) sont également composés d'environ 50% de mercure.

[modifier] Propriétés physiques et chimiques

Sous les conditions normales de température et de pression, c'est le seul métal à l'état liquide. Notons également qu'il s'agit du seul métal dont la température d'ébullition est inférieure à 650 °C. Le point triple du mercure, à -38,8344 °C, est un point fixe de l'échelle internationale des température (ITS-90).

Les vapeurs de mercure sont nocives. On notera que le mercure est le seul élément en dehors des gaz rares à exister sous forme de vapeur monoatomique Hg⁰. La pression de vapeur saturante P* du mercure est donnée en kilopascals par les formules suivantes :

log P* = 7,149 - 3212,5/T entre 273 et 423 K
log P* = 7,003 - 0,000197(T-273) - 3141.33/T entre 423 et 673 K

Le mercure forme facilement des alliages avec presque tous les métaux communs à l'exception du fer, du nickel et du cobalt. L'alliage est également difficile avec le cuivre, le platine et l'antimoine. Ces alliages sont communément appelés amalgames. Cette propriété du mercure a de nombreux usages.

[modifier] Oxydation du mercure

Le mercure existe à divers degrés d'oxydation : 0 (mercure métallique), I (ion mercureux Hg₂²⁺, Hg₂SO₄), II (ion mercurique Hg²⁺, HgO, HgSO₃, HgI⁺, HgI₂, HgI₃^-, HgI₄^2-).

Le mercure métallique n'est pas oxydé à l'air sec. Cependant, en présence d'humidité, le mercure subit une oxydation. Les oxydes formés sont Hg₂O à température ambiante, HgO entre 573 K (300 °C) et 749 K (476 °C). L'acide chlorhydrique (HCl) et l'acide sulfurique (H₂SO₄) dilué n'attaquent pas le mercure élémentaire. En revanche, l'action de l'acide nitrique (HNO₃) sur le mercure Hg produit HgNO₃. L'eau régale attaque également le mercure : du mercure corrosif HgCl₂ est alors produit.

[modifier] Mercure et sulfures

Le mercure tend à former des liaisons covalentes avec les composés soufrés. D'ailleurs, les thiols (composés comportant un groupe -SH lié à un atome de carbone C) étaient autrefois nommés mercaptans du latin mercurius captans. Cette affinité entre le mercure et les sulfures peut s'expliquer dans le cadre de la principe HSAB car le méthylmercure par exemple est un acide très mou de même que les composés soufrés sont des bases très molles.

[modifier] Minerai et métallurgie du mercure

[modifier] Utilisation

Des composés mercuriques servent comme fongicides et bactéricides.
La synthèse du chlore en Europe passe souvent par l'utilisation de cellules à cathode de mercure.
Les lampes fluorescentes à vapeur de mercure contiennent environ 15 mg de mercure gazeux.

Le mercure est utilisé pour la fabrication des amalgames dentaires couramment appelés plombages (bien que ne contenant pas de plomb).

Certaines piles contiennent du mercure.

Les piles salines et alcalines ont longtemps contenu du mercure à hauteur de 0,6 % pour les piles salines, 0,025% pour les autres. Quant aux piles boutons, elles mettent parfois en jeu les couples Zn²⁺/Zn et Hg²⁺/Hg. La réaction en fonctionnement est :

Zn + HgO + H₂O + 2 KOH --> Hg + [Zn(OH)₄]K₂

Le mercure est utilisé dans les lampes à mercure et à iodure métallique sous haute-pression à la forme atome.

On notera que le mercure est initialement sous forme d'oxyde. Pour les piles de « type bouton » répondant à ce modèle, 1/3 du poids de la pile est du mercure ! Dans leur grande majorité cependant, les piles boutons utilisent de l'oxyde d'argent à la place de l'oxyde de mercure ; elles contiennent alors entre 0,5 et 1 % de mercure.

[modifier] Aspects environnementaux

voir aussi l'article : Aspects environnementaux du mercure

[modifier] Toxicité

Le mercure n’est pas un oligo-élément.
Il est toxique et éco-toxique sous toutes ses formes organiques et pour tous ses états-chimiques. (voir aussi aspects toxicologiques du mercure). La toxicité du mercure dépend notamment de son degré d'oxydation.

- Au degré 0, il est toxique sous forme de vapeur.

- Les ions de mercure II sont bien plus toxiques que les ions de mercure I.

L'activité bactérienne en milieu aquatique convertit une partie du mercure dissous, essentiellement en monométhylmercure HgCH3.

- Sous cette forme, le mercure est très neurotoxique et bioaccumulable.

- Il se concentre surtout dans la chaîne alimentaire aquatique.

- La consommation de certaines espèces de poissons prédateurs (thon, marlin, espadon, requin..) représente une source importante d'exposition et de risque pour l'humain, en particulier pour les enfants et les femmes enceintes.

Le cas de la toxicité du mercure issu de l'orpaillage, légal ou illégal

Il a par exemple été étudié en Guyane par l'InVS dans une étude faite en 1997 sur l'exposition alimentaire au mercure de 165 amérindiens Wayana vivant sur les bords du Fleuve Maroni en Guyane dans les 4 villages wayanas les plus importants (Cayodé, Twenké et Taluhen et Antécum-Pata), avec dosage du mercure total chez 235 personnes de divers villages et relevés anthropométriques pour 264 personnes.. Certains poissons contenaient jusqu'à 1,62 mg/kg. Plus de 50 % de la population dépassait la valeur sanguine recommandée par l'OMS de 10 µg/g de mercure total dans les cheveux ( 11,4 µg/g en moyenne, à comparer à un taux de référence égale à 2 µg/g). De plus, environ 90% du mercure était sous forme organique, la plus toxique et bioassimilable. Les teneurs étaient élevées pour toutes les tranches d'âge, un peu moindre mesure chez les enfants de moins d'un an, mais ils y sont beaucoup plus sensibles.

L'exposition était la plus élevée dans la communauté de Cayodé où s'exercaient au moment des prélèvements des activités d'orpaillage. Pour 242 prélevés dans le Haut-Maroni, 14,5 % dépassaient la valeur limite de 0,5 mg/kg. Depuis l'exploitation de l'or s'est fortement développée.Les indiens wayana sont donc exposés au mercure très au delà de l'apport quotidien habituel (environ 2,4 µg de méthylmercure et 6,7 µg de mercure total), mais aussi bien au delà de la dose tolérable hebdomadaire recommandé (300 µg de mercure total avec un maximum de 200 µg de méthylmercure, soit environ 30 µg/j par l'OMS à l'époque). Les adultes consomment de 40 à 60 µg de mercure total/jour, les personnes âgées de l'ordre de 30 µg/g.

Les jeunes enfants en ingèrent environ 3 µg/j (dont via l'allaitement), ceux de 1 à 3 ans en ingèrent environ 7 µg/j, ceux de 3 à 6 ans environ 15 µg/j et ceux de 10 à 15 ans de 28 à 40 µg/j.

ces doses sont sous-estimées car ne prennent pas en compte l'apport par les gibiers, l'air et l'eau.

Des taux équivalents à ceux mesurés au Japon à Minamata au moment de la catastrophe sont détectés en Guyane.

[Lire l'étude ]

[modifier] Écotoxicité

Le mercure semble toxique pour toutes les espèces vivantes connues. A titre d'exemple, quelques uns des impacts étudiés et démontrés sur la vie sauvage sont :

Inhibition de la croissance des algues, des bactéries, des champignons (l’ancien mercurochrome est un biocide efficace pour cette raison, il ne contient plus de mercure pour en réduire la toxicité.. ‘)
Élévation de la mortalité embryo-larvaire (étudiée par exemple chez les amphibiens)
Moindre succès reproductif et pontes inhibées chez le poisson zèbre ou d’autres espèces
Inhibition de la spermatogenèse (étudiée par exemple chez le Guppie)
Inhibition de croissance chez la truite arc-en-ciel, avec mortalité élevée des embryons et des larves
Moindre succès de reproduction (couvées plus petites) et de survie des canetons chez les oiseaux d'eau vivant en milieux pollués par le mercure.

[modifier] Quantités émises

Les évaluations statistiques quantitatives convergent vers les estimations suivantes :

environ 2500 tonnes de mercure seraient émises annuellement dans l'atmosphère par les activités humaines ;
4000 tonnes par an environ seraient issues du volcanisme, des geysers, de l'évaporation naturelle et de la recirculation) ;
d’autres émissions indirectement anthropiques ne sont pas comptabilisées (évaporation à partir de sols riches en mercure dégradés par les pratiques agricoles ou des aménagements, évaporation ou lessivage à partir de sols dévégétalisés par la déforestation et/ou le pâturage, ou le drainage excessif ou la salinisation, ou suite aux graves phénomènes d'érosion qui s'ensuivent (ex : Madagascar) ;
les émissions liées à l'orpaillage clandestin sont probablement très sous-estimées.

Le mercure pose en tous cas un problème environnemental global : sa concentration moyenne augmente chez les poissons et mammifères dans tous les océans, alors que la plupart des autres métaux lourds sont en diminution. Sa répartition dans les océans, sur les continents et dans les pays varie fortement : par exemple, selon une étude récente, le taux de mercure augmente d'est en ouest en Amérique du nord. Un phénomène dit de "pluies de mercure" est actuellement étudié dans l'arctique.

[modifier] Principales sources d'émissions :

85 % de la pollution mercurielle des lacs et des cours d'eau proviendraient directement des activités humaines (essentiellement centrales thermiques au charbon). Ce mercure provient essentiellement du lessivage de l’air et de sols pollués.

Les sources seraient, par ordre décroissant d'importance :

La combustion du charbon dans les centrales électriques (les charbons sont plus ou moins riches en mercure selon leur provenance et selon les filons).
Les activités minières (dont l'extraction du mercure, activité relativement discrète, mais aussi l'extraction et le traitement d'autres minerais contaminés par du mercure). Dans les pays où il est très pratiqué, le mercure perdu par l’orpaillage est de loin la première source dans l’environnement.
Les incinérateurs, dont les crématoriums qui incinèrent des plombages dentaires et autrefois certains incinérateurs hospitaliers dans lesquels on pouvait trouver d'important résidus de mercurochrome ou de thermomètres cassés).
L'usage d'autres combustibles fossiles que le charbon, pétrole en particulier. Le bois ayant poussé sur des sols contaminés ou dans une atmosphère contaminée peut en contenir des taux excessifs, libérés lors de la combustion ou de sa transformation (en papier, en aggloméré, en contreplaqué).
Certains process industriels notamment liés à l'industrie du chlore et de la soude caustique.
Le recyclage des thermomètres, des voitures, des lampes au mercure etc. qui sont plutôt source de pollutions locales, mais parfois très graves.
Séquelles industrielles et séquelles de guerre

Bien des années après, le mercure issu de la fabrication des munitions (fulminate de mercure) militaire ou de chasse, comme celui des sols pollués par les industries, parfois anciennes (chapellerie, miroiteries, ateliers de doreurs..) peuvent encore poser de graves problèmes. Des pollutions chroniques comme celle de Minamata peuvent laisser des séquelles durables socio-économiques, écologiques, et humaines.

[modifier] Mobilité

Le mercure émis sous forme de vapeur est très mobile dans l’air, et reste pour partie mobile dans le sol et les sédiments. Il l’est plus ou moins selon la température et le type de sol (il l’est moins en présence de complexes argilo-humiques et plus dans les sols acides et lessivables). Ainsi dit on parfois qu’une simple pile-bouton au mercure peut polluer 1 m³ d'un sol européen moyen pour 500 ans, ou 500 m³ pour un an. Les animaux le transportent aussi (bioturbation). Le mercure n’est cependant pas biodégradable ni dégradable. Il restera un polluant tant qu’il sera accessible pour les êtres vivants.

[modifier] Pollution de l’air et des pluies

Nombreux étaient ceux qui pensaient que les pluies diluaient les pollutions et amenaient de l’eau propre régénérant les écosystèmes. On sait maintenant qu’elles lessivent les polluants que nous injectons dans l’air, et en particulier pesticides et métaux lourds (dont le mercure), qui peuvent agir en synergies. Le mercure, très volatil, pollue le compartiment atmosphérique, lequel est lavé par la pluie et le brouillard qui polluent les eaux superficielles et les sédiments. Il peut ensuite dégazer ou être émis par les incendies et repolluer l’air.

- Des analyses de pluies et de neige faites par l’EPA et des universités américaines ont montré que de nombreuses régions sont polluées par le mercure : Jusqu’à 65 fois plus autour de Détroit que le seuil défini comme sûr par l’EPA… 41 fois plus que ce seuil à Chicago, et 73 fois à Kenosha (Wisconsin, frontière Illinois/Wisconsin) ! Et près de 6 fois le seuil pour la teneur moyenne sur six ans à Duluth. Souvent même les pluies les moins polluées dépassent le seuil de sûreté de l'EPA. Les régions moins urbaines sont également parfois touchées : 35 fois le seuil

EPA dans le Michigan et 23 fois pour le secteur du Devil’s Lake, dans le Wisconsin

- Dans 12 États de l'est américain (Alabama, Floride, Georgie, Indiana, Louisiane, Maryland, Mississippi, New York, Caroline du Nord, caroline du Sud, Pennsylvanie et Texas) à la fin de années 1990 et au début des années 2000, la pluie présentait encore des teneurs en mercure dépassant les seuils acceptables pour l'EPA pour les eaux de surface.

- Les USA et la Chine, en raison de l’usage massif de charbon sont particulièrement touchés.

[modifier] Pollution de l’eau et des sédiments

Il suffit de très peu de mercure pour polluer de vastes étendues d’eau (et les poissons à des niveaux dangereux pour la consommation humaine).

- Selon un article de 1991, une centrale thermique classique de 100 mégawatts émet environ 25 livres de mercure/ an, ce qui semble peu.

- Or, .002 pounds de mercure (1/70ème de cuillère à café) suffit à polluer 25 acres d’étang dans lequel la chaîne alimentaire va reconcentrer le mercure au point que les taux de mercure dans les poissons dépasseront les seuils considérés comme « sûrs » pour la consommation.

(Raloff, Jo., 1991. Mercurial Risks From Acids Reign, Science News, 130:152-166)

[modifier] Contamination des écosystèmes

La part qui n’est pas absorbé par les plantes ou stockée (plus ou moins durablement) dans le sol finit dans les sédiments, où les bactéries peuvent le méthyler et le rendre très bio-assimilable, notamment pour les poissons et crustacés ou les oiseaux aquatiques que l’homme peut consommer. En mer les poissons piscivores et vivant vieux sont les plus touchés (Thons, espadons.. en particulier. Ils sont presque systématiquement au dessus des normes quand ils sont adultes). De nombreux poissons de grand fond sont aussi contaminés (Sabre, Grenadier, Empereur..), à des taux très variés selon leur âge (certains vivent jusqu'à 130 ans) et leur provenance. Pour ces raisons, 44 États américains ont établi des limites de consommation des produits de la pêche dans plusieurs milliers de lacs et de rivières. Les populations autochtones sont particulièrement visées par ces mesures. Sur terre le mercure est notamment bioaccumulé par les champignons, une étude faite en France par Didier Michelot du CNRS à partir de 3000 mesures de 15 métaux chez 120 spécimens de champignons de diverses espèces a détecté 4 espèces particulièrement accumulatrices :

Suillus variegatus (Boletus) (94 ppm),

Agaricus aestivalis (87,4 ppm),

Agaricus arvensis (84,1 ppm),

Pleurotus eryngii (82 ppm).

Dans quelques pays et à plusieurs reprises, des publications officielles ont averti les individus de la possibilité d'empoisonnement provoqué par les métaux lourds dans les champignons, notamment prélevés dans la nature.

[modifier] Santé reproductive

Les espèces qui sont en tête de pyramide alimentaire sont les plus concernés, outre les poissons, requins, cachalots, phoques, épaulards etc., dans les milieux continentaux, la loutre, le vison, le huard, la sterne, les limicoles, les canards etc., peuvent aussi être très touchés. L’Homme, de par sa position dans la chaîne alimentaire fait partie des espèces touchées.

Ampleur du phénomène chez l’Homme Selon les CDC américains (Centers for Disease Control and Prevention),

- une femme en âge de procréer sur 12 a un taux de mercure dans le sang assez élevé pour mettre en danger le développement neurologique du fœtus. :- Plus de 320 000 bébés nés annuellement courraient ainsi le risque de développer des malformations,

- dans une grande partie des USA, même les pluies les moins polluées contiennent plus de mercure que les seuils de sûreté proposé par l'EPA (l'agence Américaine pour l'environnement) pour l'eau potable.

[modifier] Législation

Le Michigan, l'Ohio et l'Indiana ont mis en place des réglementations par État sur la consommation de poisson; Le Wisconsin et le Minnesota ont pris des arrêtés interdisant ou limitation la consommation sur des centaines de lacs. Des conseils sont donnés par l'EPA aux femmes enceintes, enfants et personnes fragiles recommandant notamment de limiter la consommation de certains poissons (Thon, espadon en particulier) et fruits de mer.

[modifier] Gestion du risque

Les seules solutions durables les plus évoquées sont

- la réduction à la source du mercure, voire son interdiction pour les usages non essentiels et là où une alternative moins toxique existe.

- un meilleur recyclage des objets, piles et accumulateurs en contenant

- Les piles bâton au mercure sont pour partie remplacées par d’autres. Les piles bouton sont obligatoirement récupérées et recyclées (mais le sont elles vraiment?).

- Des conseils alimentaires, notamment pour les personnes à risques et surtout pour les femmes enceintes (éviter le thon, merlin, espadon...) diminuent le risque d’exposition, mais non le problème écologique.

- Les systèmes de récupération des eaux pluviales pour la boisson, l'alimentation, ou l'arrosage des légumes ou la boisson des animaux devraient donc tamponner l’acidité de la pluie et la filtrer sur charbon actif. Ce charbon devrait ensuite être brûlé dans des incinérateurs équipés de filtres appropriés.

(Il nous faut aussi relever le défi de laver la pluie conclut un rapport et une campagne^[1] de sensibilisation aux USA dont les auteurs et la NWF invitent les industriels et les gestionnaires d'incinérateurs à fortement réduire leurs émissions de mercure. Ils incitent aussi les citoyens à économiser l’énergie pour limiter les émissions de mercure à partir des combustibles, et à ne plus acheter de piles ou produits contenant du mercure, ou s'ils les achètent, à s’en débarrasser correctement. La campagne invite également le gouvernement fédéral et les Etats à surveiller plus étroitement les niveaux de mercure dans les précipitations… Avec des scientifiques des Universités du Michigan du Minnesota, la NWF annonce qu’elle fera elle-même ses prélèvements et analyses de la pluie si les autorités responsables ne le font pas. Les premières villes visées pour une surveillance particulière étaient Chicago, Cleveland, Detroit, Duluth, et Gary (Indiana).

[modifier] Symbolique

Les noces de mercure symbolisent les 38 ans de mariage dans le folklore français.

[modifier] Sources

Wikimedia Commons propose des documents multimédia sur Mercure.

Citons notamment en français :

Données industrielles, économiques, géographiques sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux
Précis de médecine du travail - chapitre « Mercure » - 4e édition
Atlas de la chimie - Hans Breuer
Publications du Centre de Toxicologie du Québec
Techniques de l'Ingénieur, traité Matériaux métalliques, M 2 395 - « Métallurgie du mercure »
(en)Pesticide Timeline: Organomercury Poisonings
(en) Monographie de l'OCDE 1994/1995 sur la réduction des risques liés au mercure
(fr) Mercure - santé et environnement résumé de GreenFacts d'un rapport scientifique de UNEP

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