Zirconium - Définition

Étymologie

« Zirconium » dérive de « zircon », le nom du minerai à partir duquel il a été extrait pour la première fois. Ce dernier vient de l'allemand Zirkon, un nom créé par le géologue et minéralogiste Abraham Gottlob Werner en 1783, que Martin Heinrich Klaproth décidera de reprendre en 1789. La formation du mot allemand reste obscure et pourrait venir de l'arabe de zarkûn, lequel découlerait du persan zargûn signifiant « couleur de l'or ».

Aspect et Propriétés physiques

Lingot de zirconium cristalisé.

Sous sa forme commercialisée, il se présente en flocons durs et brillants, ou en poudre grise amorphe.
À pression atmosphérique ambiante, le zirconium peut exister sous deux variétés allotropiques :

• en dessous de 863 °C, il est de structure hexagonale compacte (variété α) ;
• au-dessus de de 863 °C, sa structure est cubique centrée (zirconium β).

Minerai

Son principal minerai, le zircon ZrSiO se présente quelquefois sous forme d'une pierre précieuse, l'hyacinthe.
La production mondiale est d'environ 900 000 tonnes par an.

Risques et dangers

Sous forme de poudre, poussière ou flocons, en contact avec l'air ou des oxydants, le zirconium est instable, pyrophorique et très explosif (notamment en présence d'impuretés).
Il réagit violemment ;

• avec les oxydants, le borax et le tétrachlorure de carbone quand chauffé
• avec des hydroxydes des métaux alcalins (en provoquant une explosion).

Toxicité, effets du zirconium sur la santé humaine

Le zirconium et ses sels sont généralement considérés comme ayant une basse toxicité systémique. Le zirconium n'est pas classé cancérigène, ni cancérigène potentiel, mais semble pouvoir générer des allergies et une sensibilisation.

Le zirconium 95 est néanmoins l'un des radionucléides résiduels des essais nucléaires atmosphériques des années 1950 et 60. Il compte parmi les radionucléides qui ont produit et continueront à produire un risque accru de cancers pour les décennies à venir.

Les bases de données de toxicologie ne contiennent que peu de références d'études sur les risques de sensibilisation avec le zirconium pur, mais la littérature scientifique cite des cas de sensibilisation pour certains composés (lactate de zirconium et de sodium, dioxyde de zirconium, tétrachlorure de zirconium) qui provoquent des granulomes cutanés. Les allergies ont été surtout constatées chez des patients ayant utilisé des sticks déodorants contenant du lactate de sodium et de zirconium) ou des crèmes topiques destinées à traiter des dermites et contenant du dioxyde de zirconium. Les lésions apparaissaient aux points de contacts, et 4 à 6 semaines après l'utilisation de ces produits, aussi bien avec des sels solubles que qu'insolubles de zirconium.
Une alvéolite allergique a été signalée chez un travailleur du nucléaire après soudage de couvertures tubulaires contenant du zirconium (les granulomes trouvés dans les poumons du patient contenaient principalement du zirconium).
Sous forme de poussière en suspension, il peut provoquer une irritation mécanique des yeux avec « Risque d'atteinte pulmonaire lors d'une exposition répétée ou prolongée à la poussière ».

On suppose que :

• la pénétration dans la peau est facilitée par des actions tels que friction, rasage, ou des états physiologiques particuliers (sudation, inflammation dermatologique induite par une dermite;
• Les granulomes se développent chez les personnes ayant acquis une hypersensibilité au zirconium. Ceux qui ont été formés par des sels solubles de zirconium disparaissent après quelques mois. Les autres (induites par des sels insolubles) persisteront plusieurs années, en résistant aux traitements dermatologiques.

Une hypersensibilité allergique aux composés de zirconium peut être confirmée par des tests cutanés (patch) et intradermiques, avec respectivement chez les allergiques la formation de papules rouge-brun après environ 4 semaines, et sous la peau des papules discrètes 8 à 14 jours après le début du test (persistant 6 à 24 mois).

En 2010, selon le site de REPTOX, la littérature consultée n'évoquait pas de cas certains de sensibilisation respiratoire asthmatiforme. Des cas d'asthme bronchique et de toux chronique ont été relevés chez des travailleurs respirant de l'air contenant du zirconium dans les usines produisant du zirconium, mais cet air contenant aussi des chlorures d'autres métaux, l'éventuelle part de responsabilité du zirconium n'a pu être établie.

Effets du zirconium sur l'environnement

L'écotoxicologie a peu étudié les éventuels effets écosystémiques de ce métal ou de ses sels.
Au vu de ses caractéristiques générales on a longtemps considéré que - au moins sous ses formes naturelles - le zirconium était peu susceptible de présenter un risque pour l'environnement. Quelques études l'ont testé pour les bactéries et poissons ; chez ces taxons (et chez les algues), ce métal ne semble pas toxique pour l'ADN ; aucun effet mutagène (test de fluctuation) ou génotoxique (test SOS Chromotest) n'a été relevé lors des expériences in vitro.
Cependant les tests in vitro montré une « réelle toxicité pour les algues à des concentrations de 1,3 à 2,5 mg/L» , via une inhibition de leur métabolisme (« ATP energy stress »).
Il est généralement déconseillé d'ingérer ou inhaler le zirconium, ou de le mettre certains de ses sels en contact direct avec la peau.

Chez l'animal de laboratoire :

• Quand il est inhalé de manière chronique, il produit une fibrose pulmonaire parfois accompagnée d'un emphysème
• Il traverse la barrière placentaire
• Il passe dans le lait maternel

Valeurs d'exposition admissibles

Dans l'air, au Québec (où « ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT »),

• la Valeur d'exposition moyenne pondérée (VEMP) est de 5 mg/m³
• le Valeur d'exposition de courte durée (VECD) est de 10 mg/m³

En Belgique : la Valeur courte durée était comme au Québec - en 2002 - de 10 mg/m3, et le zircon doit respecter la réglementation sur les Poussières de silicates Selon sa fiche toxicologique internationale :

• TLV: 5 mg/m³
• TWA; 10 mg/m³
• STEL A4 ; C'est une substance impossible à classer comme cancérigène chez l'homme.
• MAK: (Fraction inhalable) 1 mg/m³
• Sah
• Classe de limitation des taux les plus élevés: I(1);
• Classe de substances pouvant présenter un risque pendant la grossesse: IIc; (DFG 2004).