Cadmium - Définition et Explications

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Utilisation

Le cadmium a de multiples utilisations : notamment dans les écrans de télévision, les barres de contrôles des réacteurs nucléaires, les colorants (émail, glaçure).

Il entre dans la composition de nombreux alliages à bas point de fusion (Le point de fusion' ou la température de fusion d'un corps représente la température à une pression donnée, à laquelle un élément pur ou un composé chimique passe de l'état solide à...) (soudures, brasures) et sert à la fabrication de certaines batteries d'accumulateurs (« piles rechargeables »).

Mais ses principales utilisations sont celles de ses composés qui concernent les revêtements anticorrosion (appliqué en couche mince (Une couche mince est une fine pellicule d'un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner des propriétés particulières à la surface de la pièce tout en bénéficiant...) sur l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.) par cadmiage (Le cadmiage est un traitement de surface. Il consiste à déposer une couche de cadmium par électrolyse. Le cadmium ne subit pas d'oxydation au contact de l'air et se comporte très bien en milieu marin. Ce...), le cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.) protège contre la corrosion, en particulier saline) ou encore la fabrication de pigments de couleurs (jaune et rouge).

Ses principaux usages :

  • Accumulateurs électriques (« piles » rechargeables) Ni-Cd : la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) constituant l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à la...) est un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) pulvérulent d'hydroxyde de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et de graphite. Celle de la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative du générateur extérieur dans le...) est du cadmium avec 20 à 25% de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant...). Les matières actives sont placées dans des pochettes en acier nickelé perforées (trous de 0,1 mm) de 10 mm de large. L'électrolyte est une solution aqueuse de KOH : 6 à 8 moles/litre. Quoique supplantés actuellement par des dispositifs de type Lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On...) ou nickel-hydrure de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi...) Ni-MH, les accumulateurs Ni-Cd restent employés, malgré leur effet mémoire (L'effet mémoire est un phénomène physico-chimique affectant les performances des accumulateurs électriques.), dans les applications où la résistance interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...) doit rester faible (appels de courant important) : moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) électriques, talkies-walkies, etc.
En 1992, la production d'accumulateurs Ni-Cd était de 1,3 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et...) d'unités dont 60% par des producteurs japonais et 15% par des français ;
  • Pigments à base de sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément chimique ou un de ses radicaux. Certains composés covalents du soufre, tels le...) de cadmium (jaune avec CdS, rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) avec Cd(S,Se), orange par mélange des deux précédents) : ils ont été utilisés à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur....) dans les matières plastiques (casques, verres, céramiques…).
Van Gogh utilisait du CdS pour faire le jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) de ses tournesols. La Communauté européenne a adopté une directive limitant l'utilisation des pigments de cadmium aux seuls cas où ils ne peuvent être remplacés (polymères) ;
  • cadmiage : le cadmium est inaltérable à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) et a un bon comportement en milieu marin. Le cadmiage est effectué par électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.). Utilisé, en particulier pour protéger les rivets d'assemblage en aéronautique ;
  • alliages à bas point (Graphie) de fusion : fabriqués pour brasures de conducteurs électriques (Ag 50%, Cd 18%, Zn 16%, Cu 15%) et pour fusibles (Bi 50%, Pb 27%, Sn 13%, Cd 10%, fond à 70 °C) ;
  • absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait...) de neutrons : la section efficace (Une section efficace est une grandeur physique correspondant à la probabilité d'interaction d'une particule pour une réaction donnée de la physique nucléaire ou de la physique des...) du cadmium pour l'absorption des neutrons étant particulièrement élevée, le cadmium sert à la réalisation de barres de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) dans les réacteurs nucléaires, et est utilisé en tant que protection biologique vis-à-vis de sources de neutrons ;
  • stabilisant du PVC : utilisé sous forme de sulfure de cadmium.
  • l'éponge (Les éponges constituent l’embranchement (vraisemblablement paraphylétique) des Spongiaires et sont des animaux sans système nerveux ni tube digestif. Leur corps n’est formé que par deux couches de cellules...) de cadmium est un mélange de cadmium et de sulfate de zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) obtenu généralement par la réaction entre du zinc et du sulfate de cadmium.
  • en combinaison (Une combinaison peut être :) avec de l'or, il fait partie de la famille des métaux "intelligents" et sert donc à fabriquer des lunettes incassables, des tuyaux dans les centrales nucléaires...
Monde (Le mot monde peut désigner :) occidental 1996 13 803
Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme...) 1996 5 329
Monde 1994 16 780
Japon 1994 6 527
Belgique 1994 2 944
France 1994 1 860
États-Unis 1994 1 700
ex-URSS 1994 900
Allemagne 1994 850
Royaume-Uni 1994 664
Chine 1994 600

Consommation

Le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ci-contre montre les consommations par pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas...) par année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) (en tonne).

Le tableau ci-dessous montre l’importance de la consommation par secteur d'utilisation dans le monde occidental (en %).

Année 1996 1980
Batteries Cd-Ni 70% 30%
Pigments 13% 25%
Galvanoplastie 8% 25%
Stabilisant 7% 15%
Alliages et divers 2% 5%

Pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) par le cadmium

Elle est en forte diminution dans les mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) depuis les années 1980, mais les taux restent localement préoccupants, notamment dans les coquillages et organismes du haut de la pyramide (Une pyramide (du grec pyramis) à n côtés est un polyèdre formé en reliant une base polygonale de n côtés à un point, appelé l'apex, par n faces triangulaires (n ≥ 3). En d'autres mots, c'est un...) alimentaire. En Europe la Belgique centre est particulièrement touchée, ainsi que les ex-pays de l'Est. Les origines de la pollution par le cadmium sont multiples, avec notamment :

Agricole
Engrais (Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments minéraux, destinées à apporter aux plantes des...) phosphatés 263
Eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) 62
« Redéposition » des poussières 168
Boues d'épandage 52
Total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des...) 545
Atmosphérique
Combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) de produits pétroliers 28
Raffinage de Zn 23
Incinération (L'incinération est une technique de transformation par l'action du feu. Incinérer signifie « réduire en cendres » ou, dit autrement, qu'on brûle complètement les matières à incinérer.) des ordures ménagères 28
Combustion du charbon 21
Sidérurgie (Le terme sidérurgie (du grec sideros, fer) désigne à la fois les techniques d'obtention de la fonte, du fer et de l'acier à partir de minerai, mais aussi l'industrie qui les met...) 24
Production d'accumulateurs 11
Total 168
Aquatique
Sidérurgie, métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi l’industrie de la fabrication des...) 42
Cadmiage 20
Fabrication des engrais phosphatés 30
Raffinage de Zn 17
Fabrication de pigments 21
Total 124
  1. , et pour l’ensemble de l’Union européenne
  2. L'apport des engrais phosphatés est de 2 à 6 g de Cd/ha/an, soit en France, 82 tonnes/an. Dans la chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très souvent un végétal...), Cd se concentre principalement dans les feuilles des plantes (salades, choux mais aussi tabac).
  3. La teneur de Cd dans l'air varie de 1 ng/m³ en zone rurale, à 20 ng/m³ en zone industrielle et 30 µg/m³ près de l'Etna (L'Etna, également appelé Ætna, Etnea, Monte di Catania, Mongibello ou encore Mons Gibel Utlamat, en sicilien ’a muntagna ou Mungibeddu, est un volcan d'Italie situé en Sicile, à proximité de la...).

Le risque lié au cadmium des engrais phosphorés en Europe commence à être pris en compte. En Europe, la Commission a publié plusieurs textes et décisions concernant les dispositions nationales relatives à la teneur maximum admissible en cadmium des engrais.

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