Cadmium - Définition

Histoire

Le cadmium fut découvert en 1809 par Magnus Martin af Pontin, mais c’est en 1817 que l’Allemand Friedrich Stromeyer le prépara pour la première fois.

Le nom de Cadmium vient du latin cadmia, « calamine », ancien nom donné au carbonate de zinc – le cadmium était extrait de ce minerai aux environs de la ville de Thèbes, qui fut fondée par Cadmos, et dont la citadelle porte le nom de kadmeia, en français Cadmée.

Gisements

Le cadmium n'existe pas à l'état natif. Son minerai, la greenockite CdS, est très rare et inexploité.

Le cadmium est présent dans presque tous les minerais de zinc (la teneur en cadmium varie de 0,01 à 0,05%), et est obtenu industriellement comme sous-produit de la métallurgie du zinc. Sa production dépend de celle du zinc, dans une proportion variable de 1,8 à 6 kg de cadmium/tonne de Zn élaboré (3 kg/tonne de zinc en moyenne).

Le cadmium est également présent dans des minerais de plomb et de cuivre, ainsi que dans des phosphates naturels (34 ppm pour les phosphates jordaniens, 380 ppm pour les phosphates tunisiens).

Propriétés

Le cadmium est un métal blanc, mou et malléable. Il ternit au contact de l'air.

Propriétés physiques

Le cadmium est un métal blanc argenté ayant des propriétés physiques proches de celle du zinc. Il fond à 320,9 °C et bout à 767 °C. Lors de l'ébullition du cadmium, il se dégage des vapeurs jaunes toxiques.

Sa masse spécifique est de 8 650 kg/m³.

Il est ductile (capacité à l’étirement), malléable (capacité à la mise en forme) et résiste à la corrosion atmosphérique, ce qui en fait un revêtement de protection pour les métaux ferreux.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques du cadmium sont semblables à celles du zinc. L'ion cadmium est déplacé par le zinc métallique en solution : il est moins réactif que le zinc.

Il s'oxyde très peu à température ambiante et brûle dans l'air en donnant l'oxyde anhydre CdO, insoluble dans un excès d'hydroxyde de sodium.

Il réagit avec les acides et les bases. Le cadmium est soluble dans l'acide nitrique dilué et dans les acides chlorhydrique et sulfurique concentrés et chauds.

La masse molaire atomique du Cadmium est de 112,4 g/mol.

Toxicité et toxicologie du cadmium

Elle est connue depuis les années 1950. Très toxique sous toutes ses formes (solide, vapeur, sels, composés organiques), le cadmium est l'un des rares éléments n'ayant aucune fonction connue dans le corps humain ou chez l'animal. Il faut éviter son contact avec des aliments.

• Chez l'animal, c'est le rein et le foie qui sont principalement touchés. Certains animaux (équiens en particulier) semblent fortement concentrer le cadmium dans leurs reins, d'autant plus que le cheval (cas le plus courant) est vieux. C'est pourquoi des législation spécifique peuvent concernant les abats des animaux « tardivement abattus », de cheval en particulier.
  La teneur moyenne en cadmium des abats d'équidés (cheval, âne, mulet, baudet..) est environ de 10 µg/g de cadmium. La Dose journalière tolérable temporaire DJTT ayant été fixée à 1 µg.kg-1.d-1, toute commercialisation des abats des équidés tardivement abattus est interdite. Même si ces abats étaient, la seule source de cadmium alimentaire pou les humains, cette interdiction serait justifiée, car une consommation moyenne hebdomadaire de seulement 100 g d'abats, conduit à exposer le consommateur à 1000 µg/semaine, soit pour quelqu'un de 60 kg, plus que le doublement de la DJTT (qui autorise une consommation de 60 µg par jour, soit 420 µg/semaine).
• Chez l'Homme, il provoque notamment des problèmes rénaux et l'augmentation de la tension. En outre, son inhalation étant dangereuse, des risques potentiels sont à craindre avec les téléphones portables et sans fil : En particulier s'ils sont utilisés peu de temps après chargement (ce qui est moins fréquent avec les portables mais récurrent avec les téléphones sans fil), car les piles ou batteries rechargeables sont alors chaudes et dégagent souvent, même neuves, des vapeurs toxiques en faibles quantités, mais facilement inhalées de par la proximité des voies respiratoires.

Face à ces risques et aux autres contaminations environnementales, les piles NiMH moins polluantes et moins dangereuses pour le santé, vont remplacer à partir de 2008 les piles NiCd au sein de l'Union Européenne.

Historique

Dans les années 1950, au Japon, une intoxication aigüe au cadmium a donné une maladie des reins et des os, nommée « itaï-itaï » (qui signifie « j'ai mal, j'ai mal »), cette phrase étant souvent répétée par les malades.

Le cadmium est concentré par la chaine alimentaire. Les mollusques bivalves le concentrent 300 000 fois, voire plus. Celui-ci peut venir de loin ; par exemple, le cadmium présent en excès dans les huitres d'Oléron vient d'une source située très en amont (anciens déchets miniers).

Norme et sécurité

En France, la quantité moyenne annuelle de cadmium ingéré par personne et par an est évaluée à 12 mg. L'absorption par voie digestive de plus de 0,9 g ou par voie respiratoire (de poussières) à des concentrations plus grandes que 200 mg/m³ peut entrainer des troubles graves.

En France, la valeur limite d'exposition est fixée à 0,05 mg/m³, pour les fumées d'oxyde.

La consommation de tabac peut représenter jusqu'à 75 % de l'absorption alimentaire humaine en cadmium quotidienne. Aujourd'hui, les principaux risques d'intoxication sont liés aux expositions prolongées à de faibles doses de cadmium. Le cadmium est principalement absorbé par inhalation et se fixe à 30 - 40 % dans les reins où il entraine une perte anormale de protéines par les urines (protéinurie).

Sources d'exposition

Le cadmium semble quantitativement absorbé d'abord par inhalation et moindrement par absorption gastro-intestinale. Il n’est pas absorbé par la peau. En dehors de l’exposition professionnelle, on peut y être exposé via :

• la fumées et les poussières perdues par certaines industries (métallurgie, recyclage des batteries au cadmium, engrais phosphorés) ;
• la fumée de cigarette (la source principale de contamination de la population générale) ;
• les engrais phosphorés de synthèse (ou naturels parfois), qui en contiennent beaucoup et qui polluent le sol et les nappes ;
• les effluents et boues d'épuration urbaine et/ou industrielles épandues sur les champs ou en forêt sont des sources parfois importantes de cadmium. Deux cultures expérimentales sur champ suite à un épandage de boues d'épuration ont montré que ces épandages ont conduit à des teneurs proches des maxima autorisés;
• certains aliments (dont par exemple les champignons, ou les organes tels le foie et les reins en contiennent souvent des taux supérieurs aux normes parce que ces organes ont pour rôle justement de capter et réduire les concentrations de cadmium circulant dans le système. Le blé et certains végétaux (e.g. épinards) semblent pouvoir l'accumuler plus que d'autres. Certains légumes et les céréales peuvent concentrer le cadmium. Les cultures de céréales sur sols acides favorisent la contamination du grain, avec cependant des différences significatives selon les variétés plantées ; Le cheval en absorbe plus que les autres animaux.
  Les animaux sauvages ne sont pas épargnés, et peuvent être une source d'intoxication pour l'homme. En France, les plans de contrôles récents (2008) n'ont porté que sur un petit nombre d'échantillons ; pour le cadmium, ils montraient que c'est uniquement dans les viandes de gibier sauvage (7 échantillon de muscle sur 57 dépassaient la norme, ainsi que 9 échantillons de foie sur 56) que des dépassement de normes ont été constatés (non dans le gibier d'élevage)
• les cendres et résidus d'incinération, après combustion d'objets contenant du cadmium (peintures, PVC, etc.) comme colorant, additif ou catalyseur ;
• l’air urbain (niveaux parfois très élevés près des centres de production).

Les lichens, les mousses et les champignons peuvent en accumuler des doses très élevées, voire mortelles, de même que d'autres métaux lourds, faisant de ces espèces de bons indicateurs de l'état de pollution de l'Environnement (quand elles y ont survécu).

Intoxications aiguës

Fièvre des fondeurs

L’inhalation de fumées d’oxyde de cadmium (générées lorsque le cadmium métallique est porté à haute température). Il entraine des symptômes semblables à ceux de la fièvre des fondeurs (état grippal débutant). Le traitement est uniquement symptomatique.

Atteinte pulmonaire

L’exposition à des niveaux plus élevés peut causer de sérieux dommages pulmonaires voire la mort. Les fumées d'oxyde de cadmium sont des irritants pulmonaires sévères (dû à la taille de leurs particules), les poussières de cadmium étant moins irritantes car leurs particules ont une plus grande dimension. Les symptômes sont de types soit pulmonaires (les signes cliniques étant le reflet de lésions variant l'irritation naso-pharyngée et bronchique à l’œdème pulmonaire) soit de type maux de tête, frissons, douleurs musculaires, nausées, vomissements, diarrhée… Les concentrations fatales de fumées varient de 40 à 50 mg/m³.

Intoxications chroniques

Atteintes rénales

L'exposition chronique au cadmium, par inhalation ou ingestion, a comme conséquence des atteintes rénales qui peuvent continuer de progresser même après la cessation de l'exposition.

Atteinte pulmonaire

L'exposition de longue durée par inhalation à de bas niveaux peut causer une diminution de la fonction pulmonaire et l'emphysème.

Atteinte osseuse

Même si l’absorption par ingestion est basse, l'exposition chronique à des niveaux élevés de cadmium dans la nourriture peut causer des désordres osseux, incluant l'ostéoporose et l'ostéomalacie. L'ingestion à long terme, par une population japonaise, d'eau et de nourriture contaminées par le cadmium, a été associée à une condition incapacitante, la maladie « itaï-itaï » (aïe-aïe).

Elle se caractérise par des douleurs au dos et dans les articulations, de l'ostéomalacie (rachitisme adulte), des fractures osseuses, et occasionnellement des défaillances rénales. Cette maladie affecte le plus souvent les femmes et les facteurs de risque sont la multiparité et l’alimentation de pauvre qualité.

Divers

Les autres conséquences de l’exposition chronique au cadmium sont l’anémie, la coloration jaunâtre des dents, la rhinite, l’ulcération occasionnelle du septum nasal, les dommages au nerf olfactif et la perte de l’odorat.

Temps de séjour dans l’organisme : Le cadmium s'accumule dans les organes au long de la vie pour chez l’homme adulte atteindre 30 à 40 milligrammes, voire plus chez ceux qui y ont été exposés durant leur vie car l'élimination naturelle (urine, excrément, et moindrement règles, éjaculation, perte de phanères (ongles, cheveux) ne compense généralement pas les apports. Il s'accumule provisoirement dans le foie avant de s’accumuler dans les reins où au-delà de 200 mg par kg chez l’adulte, il provoque des lésions irréversibles.

Santé reproductive : Les effets testiculaires étaient démontrés chez l'animal à fortes doses expérimentales. On a récemment montré que le cadmium interagissait aussi, aux seuils recommandés par l’OMS avec les récepteurs des œstrogènes chez le rat. À l'université de Washington (USA), des rats femelles dont on avait ôté par ablation les ovaires (afin que l’animal ne produise plus d’œstrogènes) ont été exposés à une injection hebdomadaire de cadmium à un taux qui est celui que l’OMS recommande de ne pas dépasser (5 et 7 microgrammes par kilo et par semaine). Quatre jours après la première injection, des effets pseudo hormonaux était observés. Le cadmium dans le sang produit chez les rats femelles la pousse des glandes mammaires, ainsi qu’une augmentation du poids et de la taille de l'utérus, ainsi qu’un amincicement de la paroi utérine des cobayes. Les femelles enceintes ont des petits dont la puberté survient plus tôt. Cet effet hormonal pourrait expliquer certains troubles osseux (ostéoporose, fractures précoce...) chez les femmes au Japon lors de la maladie d'Itaï Itaï décrite en 1967. Les conclusions ne peuvent être directement extrapolées à l’Homme, mais la question est posée. Les effets œstrogéniques sont à confirmer par des études sur d’autres modèles animaux et chez l’Homme, notamment parce que le cadmium était injecté aux rats, et qu’il peut être présent sous des formes différentes et moins brutalement chez l’homme par voie orale ou pulmonaire.

Une autre question est celle de la synergie ou potentialisation lorsque le cadmium est absorbé - ce qui est souvent le cas - avec d’autres toxiques. Les doses recommandées par l'OMS : 7 microgrammes par kilo et par semaine, et entre 3 à 5 microgrammes par litre pour la boisson pourraient un jour être révisées, comme pour le plomb.

Cancérogenèse et mutagenèse

Plusieurs composés inorganiques du cadmium causent des tumeurs malignes chez l’animal. L'exposition professionnelle au cadmium peut être considérée comme responsable d’une augmentation significative du cancer du poumon. Le CIRC (Centre de recherche international sur le cancer) a déterminé qu'il y a suffisamment de preuve chez l'homme quant à la cancérogénicité du cadmium et de ses composés. Il s'avère également que le cadmium a la capacité de modifier le matériel génétique, en particulier les chromosomes. D'après le directeur du centre de recherche de la fondation "vive la santé" le cadmium serait un des facteurs de stérilité.