Les métaux

Utilisations du béryllium



Le béryllium est un matériau stratégique et critique utilisé dans de nombreux produits essentiels à la sécurité nationale.

Republié de la fiche d'information de l'USGS 2012-3056

Miroir de télescope en béryllium: Vue de l'arrière d'un des 18 segments de miroir en béryllium pour le télescope spatial James Webb. Les nervures à l'arrière du miroir aident à maintenir la force du miroir et sa capacité à conserver sa forme dans des conditions extrêmes. L'avant du miroir est complètement lisse et recouvert d'un mince film d'or. Photo gracieuseté de la National Aeronautics and Space Administration. Photo gracieuseté de la NASA.

Un métal stratégique et critique

Le béryllium est l'un des métaux les plus légers et les plus rigides, mais il y avait peu de demande industrielle jusque dans les années 1930 et 1940, lorsque les secteurs de l'aérospatiale, de la défense et du nucléaire ont commencé à utiliser le béryllium et ses composés. Le béryllium est désormais classé par le ministère américain de la Défense comme un matériau stratégique et critique car il est utilisé dans des produits vitaux pour la sécurité nationale.

La forme oxyde du béryllium a été identifiée en 1797 et les scientifiques ont isolé le béryllium métallique pour la première fois en 1828. Le béryllium et certains composés du béryllium sont toxiques et doivent être manipulés avec soin. Les expositions liées au travail aux poussières ou fumées de béryllium et de composés du béryllium sont connues pour causer de graves problèmes de santé, tels que le cancer ou la maladie chronique du béryllium, qui est une réponse du système immunitaire qui peut endommager les poumons. De bonnes pratiques en milieu de travail empêchent ces expositions.

Utilisations du béryllium

Les alliages béryllium-cuivre représentent environ 80% du béryllium utilisé aux États-Unis. Ces alliages sont solides, durs et non magnétiques; ce sont de bons conducteurs d'électricité et de chaleur, et ils résistent à la corrosion et à la fatigue. Les alliages de béryllium sont utilisés dans la fabrication de connecteurs, ressorts, interrupteurs et autres composants d'appareils électroniques et électriques pour l'aérospatiale, l'automobile, l'informatique, la défense, le médical, les télécommunications et d'autres produits.

Le béryllium dans l'aérospatiale: L'US Air Force F-35 Lightning II Joint Strike Fighter et de nombreux autres véhicules aérospatiaux dépendent de composants électriques et mécaniques en alliages de béryllium. Photo gracieuseté de l'US Air Force.

Le saviez-vous? Les tuyaux en béryllium abritent les faisceaux de particules subatomiques dans l'accélérateur de particules du Grand collisionneur de hadrons près de Genève, en Suisse.

Propriétés physiques du béryllium

Le béryllium métallique est très léger et très rigide. Sur une base de poids à poids, le béryllium est six fois plus rigide que l'acier, et il conserve sa forme à des températures élevées et basses. Le béryllium métallique est utilisé dans les industries de l'aérospatiale et de la défense pour fabriquer des instruments de précision légers.

Les miroirs du télescope spatial Spitzer et du télescope spatial James Webb (JWST), dont le lancement est prévu en 2021, sont en béryllium. Le miroir principal du JWST contient 18 segments hexagonaux (chaque segment mesure 4,3 pieds de diamètre) qui doivent conserver leur forme exacte même à des températures de -400 degrés Fahrenheit et doivent être suffisamment légers pour être transportés en orbite; le télescope fonctionnera à environ 1 million de milles au-dessus de la Terre.

Le béryllium est presque transparent aux rayons X et une feuille de béryllium est utilisée comme matériau de fenêtre dans les machines à rayons X et autres appareils à rayonnement. Dans les réacteurs nucléaires, le béryllium métallique et l'oxyde de béryllium sont utilisés pour contrôler les réactions de fission. Le béryllium a également été utilisé dans les mécanismes de déclenchement des armes nucléaires.

Nodule de Bertrandite: Une grande partie de la bertrandite trouvée à Spor Mountain, dans l'Utah, est contenue dans des nodules composés de fluorite, d'opale et de bertrandite. Le béryllium est concentré dans la zone externe de fluorite opalisée. Des nodules comme celui-ci peuvent contenir jusqu'à 1% de béryllium en poids. Photographie de David A. Lindsey, United States Geological Survey.

D'où vient le béryllium?

Deux minéraux, la bertrandite et le béryl, sont extraits pour le béryllium, et les deux se trouvent en association avec des roches ignées. Tout le béryllium actuellement extrait aux États-Unis provient de la bertrandite minérale.

Sources de Bertrandite

Une série complexe d'événements doit avoir lieu pour concentrer le béryllium dans la bertrandite. Tout d'abord, un magma riche en fluor, béryllium et silice doit éclater dans une zone où se trouvent des roches carbonatées (calcaire ou dolomite). Si la chaleur du magma réchauffe les eaux souterraines de la région et fait que l'eau se déplace à travers les roches environnantes, l'eau ramasse des éléments, y compris le béryllium, de ces roches; l'eau peut ensuite réagir avec des roches ignées ou sédimentaires appropriées pour cristalliser les minéraux, y compris la bertrandite.

Gemmes de béryl: Quatre variétés de béryl de qualité gemme: de l'arrière à gauche, dans le sens des aiguilles d'une montre: morganite (orange rosâtre), héliodore (jaune), béryl vert (vert pâle), aigue-marine (bleu-vert). Une très petite quantité de l'approvisionnement en béryllium d'aujourd'hui provient du béryl non gemme récupéré à la recherche de matériaux gemmes.

Le saviez-vous? Les Romains ont développé des mines d'émeraude dans le désert oriental d'Égypte il y a environ 2000 ans.

Sources de béryl

Le béryl minéral est la principale source de béryllium extrait en dehors des États-Unis. Le béryl se trouve le plus souvent dans les veines ou les pegmatites, qui sont des roches qui contiennent les derniers minéraux à cristalliser à partir d'une grande intrusion ignée. Les pegmatites se distinguent par de gros cristaux imbriqués qui contiennent souvent des éléments et des minéraux inhabituels.

Les cristaux de béryl purs sont incolores, mais l'inclusion d'autres éléments dans le béryl crée des pierres précieuses colorées et précieuses. La couleur verte de l'émeraude est due à des traces de chrome et parfois de vanadium dans le réseau cristallin de béryl. La couleur bleu pâle à bleu-vert de l'aigue-marine est causée par des atomes de fer avec un état d'oxydation de +2 (Fe2+); d'autres éléments des cristaux de béryl produisent des couleurs allant de l'or au rouge. La plus grosse émeraude à facettes d'Amérique, une pierre précieuse de 64 carats, a été taillée dans un cristal vert foncé de 310 carats trouvé à la mine Adams Emerald en Caroline du Nord en 2009.

Bertrandite Metal: Une perle de béryllium de la taille d'un marbre. Photographie de la NASA.

Offre et demande de béryllium

Les États-Unis sont la première source mondiale de béryllium. Une seule mine à Spor Mountain, dans l'Utah, a produit plus de 85 pour cent du béryllium extrait dans le monde en 2010. La Chine a produit la majeure partie du reste, et moins de 2 pour cent provenaient du Mozambique et d'autres pays. Les stocks nationaux fournissent également des quantités importantes de béryllium pour le traitement.

Trois pays - la Chine, le Kazakhstan et les États-Unis - traitent du minerai de béryllium. En 2005, le département américain de la Défense a commencé un partenariat avec une entreprise du secteur privé pour construire une nouvelle usine de traitement dans l'Ohio pour produire du béryllium métallique de haute pureté. L'usine de traitement a été achevée en 2011 et jusqu'à deux tiers de sa production devait être allouée à la défense et à d'autres utilisations finales liées au gouvernement.

Les États-Unis ont importé environ 34 pour cent des matières premières de béryllium utilisées en 2011, y compris le béryllium métallique et d'autres matières transformées de béryllium utilisées dans la fabrication; les deux tiers de ce matériel provenaient de Russie et du Kazakhstan.

Le saviez-vous? La céramique de béryllia (oxyde de béryllium) est souvent utilisée pour contenir et contrôler les lasers utilisés en chirurgie.

Recyclage du béryllium

Le béryllium recyclé à partir de ferraille provenant de la fabrication de produits contenant du béryllium peut fournir environ 10% de la consommation apparente aux États-Unis. La consommation apparente est une mesure de la quantité de matière réellement utilisée, calculée comme la production + les importations - les exportations ± les variations des stocks du gouvernement ou de l'industrie.

États-Unis Beryllium Resources

Les États-Unis seront probablement en mesure de répondre à la plupart de leurs besoins en béryllium à partir de sources nationales. Il existe d'importantes réserves prouvées de bertrandite à Spor Mountain, en Utah, et il existe des ressources en béryllium dans d'autres régions de l'Utah et de l'Alaska. Aux États-Unis, environ 65% des ressources mondiales estimées de béryllium non pégmatitique se trouvent. Le département américain de la Défense a pour objectif de conserver environ 45 tonnes de poudre de béryllium métallique pressée à chaud dans le stock de la Défense nationale.

Informations sur le béryllium
1 Béryllium: Brian W. Jaskula, United States Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, janvier 2012.
2 Béryllium: Brian W. Jaskula, United States Geological Survey, Minerals Yearbook, avril 2012.
3 Recyclage du béryllium aux États-Unis: Larry D. Cunningham, United States Geological Survey Circular 1196-P, 2004.
4 An Occurrence Model for the National Assessment of Volcanogenic Beryllium Deposits: Nora K.Foley, Robert R. Seal, II, Nadine M. Piatak, and Brianna Hetland, United States Geological Survey, Open-File Report 2010-1195, 2010.

Assurer les approvisionnements futurs en béryllium

Pour aider à prédire où les futurs approvisionnements en béryllium pourraient être localisés, les scientifiques de l'USGS étudient comment et où les ressources en béryllium sont concentrées dans la croûte terrestre et utilisent ces connaissances pour évaluer la probabilité de l'existence de ressources en béryllium non découvertes. L'USGS a mis au point des techniques pour évaluer les ressources minérales afin de soutenir l'intendance des terres fédérales et de mieux évaluer la disponibilité des ressources minérales dans un contexte mondial. L'USGS compile également des statistiques et des informations sur l'offre mondiale, la demande et le flux de béryllium. Ces données sont utilisées pour éclairer l'élaboration des politiques nationales américaines.