Béryllium

Le béryllium est un élément chimique portant le symbole Be et le numéro atomique 4. Il s’agit d’un élément relativement rare dans l’univers, se produisant généralement comme un produit de la spallation de noyaux atomiques plus grands qui sont entrés en collision avec les rayons cosmiques. Dans les noyaux des étoiles, le béryllium est épuisé lorsqu’il est fusionné en éléments plus lourds. C’est un élément divalent qui n’apparaît naturellement qu’en combinaison avec d’autres éléments dans les minéraux. Parmi les pierres précieuses qui contiennent du béryllium, on peut citer le béryl (aigue-marine, émeraude) et le chrysobéryl. En tant qu'élément libre, c’est un métal alcalino-terreux gris acier, solide, léger et cassant.

Dans les applications structurelles, la combinaison d’une grande rigidité à la flexion, d’une stabilité thermique, d’une conductivité thermique et d’une faible densité (1,85 fois celle de l’eau) fait du béryllium métallique un matériau aérospatial recherché pour les composants d’avions, les missiles, les engins spatiaux et les satellites. En raison de sa faible densité et de sa masse atomique, le béryllium est relativement transparent aux rayons X et aux autres formes de rayonnement ionisant ; c’est donc le matériau de fenêtre le plus courant pour les appareils à rayons X et les composants des détecteurs de particules. Les conductivités thermiques élevées du béryllium et de l’oxyde de béryllium ont conduit à leur utilisation dans des applications de gestion thermique. Lorsqu’il est ajouté comme élément d’alliage à l’aluminium, au cuivre (notamment l’alliage cuivre-béryllium), au fer ou au nickel-béryllium, il améliore de nombreuses propriétés physiques. Les outils fabriqués en alliages de cuivre au béryllium sont solides et durs et ne créent pas d'étincelles lorsqu’ils frappent une surface en acier. Le béryllium ne forme pas d’oxydes avant d’atteindre des températures très élevées.

L’utilisation commerciale du béryllium nécessite l’utilisation d’un équipement de contrôle des poussières approprié et des contrôles industriels à tout moment en raison de la toxicité des poussières inhalées contenant du béryllium qui peuvent provoquer une maladie allergique chronique mortelle chez certaines personnes appelée bérylliose.

Historique

Le béryl minéral, qui contient du béryllium, est utilisé au moins depuis la dynastie ptolémaïque d'Égypte. Au premier siècle de notre ère, le naturaliste romain Pline l’Ancien mentionnait dans son encyclopédie Histoire naturelle que le béryl et l'émeraude (“smaragdus”) étaient similaires. Le Papyrus Graecus Holmiensis, écrit au troisième ou quatrième siècle de notre ère, contient des notes sur la façon de préparer l'émeraude et le béryl artificiels. Louis-Nicolas Vauquelin a découvert le béryllium

Les premières analyses des émeraudes et des béryls effectuées par Martin Heinrich Klaproth, Torbern Olof Bergman, Franz Karl Achard et Johann Jakob Bindheim ont toujours donné des éléments similaires, ce qui a conduit à la conclusion fallacieuse que ces deux substances sont des silicates d’aluminium. Le minéralogiste René Just Haüy a découvert que les deux cristaux sont géométriquement identiques, et il a demandé au chimiste Louis-Nicolas Vauquelin une analyse chimique.

Dans un article de 1798 lu devant l’Institut de France, Vauquelin rapporte qu’il a trouvé une nouvelle “terre” en dissolvant l’hydroxyde d’aluminium de l'émeraude et du béryl dans un alcali supplémentaire. Les rédacteurs de la revue Annales de Chimie et de Physique ont nommé la nouvelle terre “glucine” pour le goût sucré de certains de ses composés. Klaproth a préféré le nom de “beryllina” car l’yttria forme également des sels sucrés. Le nom “béryllium” a été utilisé pour la première fois par Wöhler en 1828.

Friedrich Wöhler et Antoine Bussy ont isolé indépendamment le béryllium en 1828 par la réaction chimique du potassium métallique avec le chlorure de béryllium, comme suit

BeCl2 + 2 K → 2 KCl + Be

À l’aide d’une lampe à alcool, Wöhler a chauffé des couches alternées de chlorure de béryllium et de potassium dans un creuset en platine câblé. La réaction ci-dessus a eu lieu immédiatement et a provoqué l'échauffement du creuset. En refroidissant et en lavant la poudre gris-noir ainsi obtenue, il a constaté qu’elle était composée de fines particules au lustre métallique foncé. Le potassium hautement réactif avait été produit par l'électrolyse de ses composés, un processus découvert 21 ans auparavant. La méthode chimique utilisant le potassium ne donnait que de petits grains de béryllium à partir desquels aucun lingot de métal ne pouvait être coulé ou martelé.

L'électrolyse directe d’un mélange fondu de fluorure de béryllium et de fluorure de sodium par Paul Lebeau en 1898 a permis d’obtenir les premiers échantillons purs (99,5 à 99,8 %) de béryllium. Cependant, la production industrielle n’a commencé qu’après la première guerre mondiale. L’implication industrielle initiale comprenait des filiales et des scientifiques liés à l’Union Carbide and Carbon Corporation à Cleveland OH et à Siemens & Halske AG à Berlin. Aux États-Unis, le processus était dirigé par Hugh S. Cooper, directeur de la société The Kemet Laboratories Company. En Allemagne, le premier procédé de production de béryllium qui a connu un succès commercial a été mis au point en 1921 par Alfred Stock et Hans Goldschmidt.

Un échantillon de béryllium a été bombardé avec des rayons alpha provenant de la désintégration du radium lors d’une expérience menée en 1932 par James Chadwick qui a révélé l’existence du neutron. Cette même méthode est utilisée dans une catégorie de sources de neutrons de laboratoire à base de radio-isotopes qui produisent 30 neutrons pour chaque million de particules α.

La production de béryllium a connu une augmentation rapide pendant la Seconde Guerre mondiale, en raison de la demande croissante d’alliages béryllium-cuivre durs et de phosphores pour les lampes fluorescentes. La plupart des premières lampes fluorescentes utilisaient de l’orthosilicate de zinc à teneur variable en béryllium pour émettre une lumière verdâtre. De petits ajouts de tungstate de magnésium amélioraient la partie bleue du spectre pour produire une lumière blanche acceptable. Les phosphores à base d’halophosphate ont remplacé les phosphores à base de béryllium après que le béryllium se soit avéré toxique.

L'électrolyse d’un mélange de fluorure de béryllium et de fluorure de sodium a été utilisée pour isoler le béryllium au cours du 19ème siècle. Le point de fusion élevé du métal rend ce procédé plus énergivore que les procédés correspondants utilisés pour les métaux alcalins. Au début du XXe siècle, la production de béryllium par décomposition thermique de l’iodure de béryllium a été étudiée à la suite du succès d’un procédé similaire pour la production de zirconium, mais ce procédé s’est avéré peu rentable pour une production en volume.

Le béryllium métallique pur n’est devenu facilement disponible qu’en 1957, même s’il avait été utilisé comme métal d’alliage pour durcir et endurcir le cuivre bien avant. Le béryllium pouvait être produit en réduisant les composés du béryllium tels que le chlorure de béryllium avec du potassium ou du sodium métallique. Actuellement, la majeure partie du béryllium est produite par réduction du fluorure de béryllium avec du magnésium. Le prix sur le marché américain des lingots de béryllium coulés sous vide était d’environ 338 dollars la livre (745 dollars le kilogramme) en 2001.

Entre 1998 et 2008, la production mondiale de béryllium est passée de 343 à environ 200 tonnes. Elle a ensuite augmenté pour atteindre 230 tonnes en 2018, dont 170 tonnes en provenance des États-Unis.

Étymologie

Les premiers précurseurs du mot béryllium peuvent être retrouvés dans de nombreuses langues, notamment le latin beryllus, le français béry, le grec ancien βήρυλλος, bērullos, “béryl”, le prakrit वॆरुलिय (veruliya), Pāli वेलिय (veḷuriya), भेलिरु (veḷiru) ou भिलर् (viḷar) - “devenir pâle”, en référence à la pierre semi-précieuse pâle béryl. La source originale est probablement le mot sanskrit वैडूर्य (vaidurya), qui est d’origine sud indienne et pourrait être lié au nom de la ville moderne de Belur. Jusqu’en 1900 environ, le béryllium était également connu sous le nom de glucinum ou glucinium (avec le symbole chimique “Gl” ou “G” qui l’accompagne), le nom provenant du mot grec ancien pour sucré : γλυκύς, en raison du goût sucré des sels de béryllium.

Présence naturelle

Le soleil a une concentration de 0,1 partie par milliard (ppb) de béryllium. Le béryllium a une concentration de 2 à 6 parties par million (ppm) dans la croûte terrestre. C’est dans les sols qu’il est le plus concentré, soit 6 ppm. On trouve des traces de 9Be dans l’atmosphère terrestre. La concentration de béryllium dans l’eau de mer est de 0,2 à 0,6 partie par billion. Dans l’eau des cours d’eau, cependant, le béryllium est plus abondant avec une concentration de 0,1 ppb.

Le béryllium est présent dans plus de 100 minéraux, mais la plupart sont rares ou peu communs. Les minéraux contenant du béryllium les plus courants comprennent : la bertrandite (Be4Si2O7(OH)2), le béryl (Al2Be3Si6O18), le chrysobéryl (Al2BeO4) et la phénakite (Be2SiO4). Les formes précieuses de béryl sont l’aigue-marine, le béryl rouge et l'émeraude. La couleur verte des formes de béryl de qualité gemme provient de quantités variables de chrome (environ 2% pour l'émeraude).

Les deux principaux minerais de béryllium, le béryl et la bertrandite, se trouvent en Argentine, au Brésil, en Inde, à Madagascar, en Russie et aux États-Unis. Les réserves mondiales totales de minerai de béryllium sont supérieures à 400 000 tonnes.

Production

L’extraction du béryllium de ses composés est un processus difficile en raison de sa grande affinité pour l’oxygène à des températures élevées, et de sa capacité à réduire l’eau lorsque son film d’oxyde est retiré. Actuellement, les États-Unis, la Chine et le Kazakhstan sont les trois seuls pays impliqués dans l’extraction du béryllium à l'échelle industrielle. Le Kazakhstan produit du béryllium à partir d’un concentré stocké avant l'éclatement de l’Union soviétique vers 1991. Cette ressource est pratiquement épuisée depuis le milieu des années 2010.

La production de béryllium en Russie a été arrêtée en 1997, et devrait reprendre dans les années 2020.

Le béryllium est le plus souvent extrait du minéral béryl, qui est soit fritté à l’aide d’un agent d’extraction, soit fondu en un mélange soluble. Le processus de frittage consiste à mélanger le béryl avec du fluorosilicate de sodium et de la soude à 770 °C (1 420 °F) pour former du fluorobéryllate de sodium, de l’oxyde d’aluminium et du dioxyde de silicium. L’hydroxyde de béryllium est précipité à partir d’une solution de fluorobéryllate de sodium et d’hydroxyde de sodium dans l’eau. L’extraction du béryllium par la méthode de fusion consiste à broyer le béryl en une poudre et à la chauffer à 1 650 °C (3 000 °F). La masse fondue est rapidement refroidie à l’eau, puis réchauffée à 250-300 °C dans de l’acide sulfurique concentré, ce qui donne principalement du sulfate de béryllium et du sulfate d’aluminium. De l’ammoniac aqueux est ensuite utilisé pour éliminer l’aluminium et le soufre, ce qui laisse de l’hydroxyde de béryllium.

L’hydroxyde de béryllium créé par la méthode de frittage ou de fusion est ensuite converti en fluorure de béryllium ou en chlorure de béryllium. Pour former le fluorure, du fluorure d’hydrogène d’ammonium aqueux est ajouté à l’hydroxyde de béryllium pour donner un précipité de tétrafluorobéryllate d’ammonium, qui est chauffé à 1 000 °C (1 830 °F) pour former du fluorure de béryllium. En chauffant le fluorure à 900 °C avec du magnésium, on obtient du béryllium finement divisé, et un chauffage supplémentaire à 1 300 °C crée le métal compact. Le chauffage de l’hydroxyde de béryllium forme l’oxyde, qui devient du chlorure de béryllium lorsqu’il est combiné avec du carbone et du chlore. L'électrolyse du chlorure de béryllium fondu est ensuite utilisée pour obtenir le métal.

Utilisation économique

Fenêtres de radiation

En raison de son faible numéro atomique et de sa très faible absorption pour les rayons X, la plus ancienne et toujours l’une des plus importantes applications du béryllium se trouve dans les fenêtres de rayonnement des tubes à rayons X. Des exigences extrêmes sont imposées à la pureté et à la propreté du béryllium pour éviter les artefacts dans les images radiologiques. De minces feuilles de béryllium sont utilisées comme fenêtres de rayonnement pour les détecteurs de rayons X, et l’absorption extrêmement faible minimise les effets de chauffage causés par les rayons X de haute intensité et de faible énergie typiques du rayonnement synchrotron. Les fenêtres étanches au vide et les tubes à rayons pour les expériences de rayonnement des synchrotrons sont fabriqués exclusivement en béryllium. Dans les installations scientifiques destinées à diverses études d'émission de rayons X (par exemple, la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie), le porte-échantillon est généralement en béryllium car les rayons X qu’il émet ont des énergies beaucoup plus faibles (≈100 eV) que les rayons X de la plupart des matériaux étudiés.

Le faible numéro atomique rend également le béryllium relativement transparent aux particules énergétiques. C’est pourquoi il est utilisé pour construire le tube de faisceau autour de la zone de collision dans les installations de physique des particules, comme les quatre principales expériences de détection du Grand collisionneur de hadrons (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), le Tevatron et le SLAC. La faible densité du béryllium permet aux produits de collision d’atteindre les détecteurs environnants sans interaction significative, sa rigidité permet de produire un vide puissant à l’intérieur du tube pour minimiser l’interaction avec les gaz, sa stabilité thermique lui permet de fonctionner correctement à des températures de quelques degrés seulement au-dessus du zéro absolu, et sa nature diamagnétique l’empêche d’interférer avec les systèmes d’aimants multipolaires complexes utilisés pour diriger et focaliser les faisceaux de particules.

Applications mécaniques

En raison de sa rigidité, de sa légèreté et de sa stabilité dimensionnelle sur une large gamme de températures, le béryllium métallique est utilisé pour les composants structurels légers dans les industries de la défense et de l’aérospatiale, dans les avions à grande vitesse, les missiles guidés, les engins spatiaux et les satellites, notamment le télescope James Webb. Plusieurs fusées à combustible liquide ont utilisé des tuyères de fusée en béryllium pur. La poudre de béryllium a elle-même été étudiée comme combustible pour fusée, mais cette utilisation ne s’est jamais concrétisée. Un petit nombre de cadres de vélo haut de gamme extrêmes ont été construits avec du béryllium. De 1998 à 2000, l'équipe de Formule 1 McLaren a utilisé des moteurs Mercedes-Benz avec des pistons en alliage de béryllium et d’aluminium. L’utilisation de composants de moteur en béryllium a été interdite à la suite d’une protestation de la Scuderia Ferrari.

En mélangeant environ 2,0 % de béryllium à du cuivre, on obtient un alliage appelé cuivre au béryllium qui est six fois plus résistant que le cuivre seul. Les alliages de béryllium sont utilisés dans de nombreuses applications en raison de leur combinaison d'élasticité, de leur conductivité électrique et thermique élevée, de leur résistance et de leur dureté élevées, de leurs propriétés non magnétiques, ainsi que de leur bonne résistance à la corrosion et à la fatigue. Ces applications comprennent des outils sans étincelles qui sont utilisés à proximité de gaz inflammables (béryllium nickel), dans les ressorts et les membranes (béryllium nickel et béryllium fer) utilisés dans les instruments chirurgicaux et les dispositifs à haute température. Une quantité aussi faible que 50 parties par million de béryllium allié à du magnésium liquide entraîne une augmentation significative de la résistance à l’oxydation et une diminution de l’inflammabilité.

La grande rigidité élastique du béryllium a conduit à son utilisation intensive dans l’instrumentation de précision, par exemple dans les systèmes de guidage inertiel et dans les mécanismes de support des systèmes optiques. Les alliages de béryllium-cuivre ont également été utilisés comme agent de durcissement dans les “pistolets Jason”, qui servaient à décaper la peinture des coques de navires.

Le béryllium a également été utilisé pour les cantilevers des stylos à cartouche de phonographe à haute performance, où son extrême rigidité et sa faible densité ont permis de réduire les poids de poursuite à 1 gramme, tout en permettant de suivre les passages à haute fréquence avec une distorsion minimale.

Le béryllium a déjà été utilisé pour les freins des avions militaires en raison de sa dureté, de son point de fusion élevé et de sa capacité exceptionnelle à dissiper la chaleur. Des considérations environnementales ont conduit à sa substitution par d’autres matériaux.

Pour réduire les coûts, le béryllium peut être allié à des quantités importantes d’aluminium, ce qui donne l’alliage AlBeMet (nom commercial). Ce mélange est moins cher que le béryllium pur, tout en conservant de nombreuses propriétés souhaitables.

Miroirs

Les miroirs en béryllium présentent un intérêt particulier. Les miroirs de grande surface, souvent avec une structure de support en nid d’abeille, sont utilisés, par exemple, dans les satellites météorologiques où le faible poids et la stabilité dimensionnelle à long terme sont essentiels. Des miroirs en béryllium plus petits sont utilisés dans les systèmes de guidage optique et dans les systèmes de conduite de tir, par exemple dans les chars de combat principaux Leopard 1 et Leopard 2 de fabrication allemande. Dans ces systèmes, un mouvement très rapide du miroir est nécessaire, ce qui impose à nouveau une masse faible et une grande rigidité. En général, le miroir en béryllium est recouvert d’un placage dur de nickel chimique qui peut être plus facilement poli pour obtenir une finition optique plus fine que le béryllium. Dans certaines applications, cependant, l'ébauche en béryllium est polie sans aucun revêtement. Cela s’applique en particulier aux opérations cryogéniques où le décalage de la dilatation thermique peut entraîner le flambage du revêtement.

Le télescope spatial James Webb aura 18 sections hexagonales en béryllium pour ses miroirs. Comme le JWST sera soumis à une température de 33 K, le miroir est en béryllium plaqué or, capable de supporter le froid extrême mieux que le verre. Le béryllium se contracte et se déforme moins que le verre - et reste plus uniforme - à de telles températures. Pour la même raison, l’optique du télescope spatial Spitzer est entièrement construite en métal de béryllium.

Applications magnétiques

Le béryllium est amagnétique. Par conséquent, les outils fabriqués à partir de matériaux à base de béryllium sont utilisés par les équipes navales ou militaires de neutralisation des explosifs et munitions pour les travaux sur ou à proximité des mines navales, puisque ces mines ont généralement des fusées magnétiques. On les trouve également dans les matériaux de maintenance et de construction à proximité des appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM) en raison des champs magnétiques élevés qu’ils génèrent. Dans le domaine des radiocommunications et des radars puissants (généralement militaires), des outils manuels en béryllium sont utilisés pour accorder les klystrons hautement magnétiques, les magnétrons, les tubes à ondes progressives, etc.

Applications nucléaires

De minces plaques ou feuilles de béryllium sont parfois utilisées dans la conception d’armes nucléaires comme couche extérieure des fosses de plutonium des étages primaires des bombes thermonucléaires, placées pour entourer la matière fissile. Ces couches de béryllium sont de bons “pousseurs” pour l’implosion du plutonium 239, et ce sont de bons réflecteurs de neutrons, tout comme dans les réacteurs nucléaires modérés au béryllium.

Le béryllium est également couramment utilisé dans certaines sources de neutrons dans des appareils de laboratoire dans lesquels relativement peu de neutrons sont nécessaires (plutôt que de devoir utiliser un réacteur nucléaire ou un générateur de neutrons alimenté par un accélérateur de particules). À cette fin, une cible de béryllium-9 est bombardée de particules alpha énergétiques provenant d’un radio-isotope tel que le polonium 210, le radium 226, le plutonium 238 ou l’américium 241. Dans la réaction nucléaire qui se produit, un noyau de béryllium est transmuté en carbone 12, et un neutron libre est émis, voyageant à peu près dans la même direction que la particule alpha se dirigeait. De telles sources de neutrons de béryllium entraînées par la désintégration alpha, appelées initiateurs de neutrons “urchin”, ont été utilisées dans certaines des premières bombes atomiques. Les sources de neutrons dans lesquelles le béryllium est bombardé avec des rayons gamma provenant d’un radio-isotope à désintégration gamma, sont également utilisées pour produire des neutrons de laboratoire.

Le béryllium est également utilisé dans la fabrication de combustible pour les réacteurs CANDU. Les éléments de combustible ont de petits appendices qui sont brasés par résistance à la gaine du combustible par un procédé de brasage par induction avec du Be comme matériau d’apport de brasage. Les coussinets de palier sont brasés en place pour empêcher le contact entre les grappes de combustible et les tubes de force, et les coussinets d’espacement entre les éléments sont brasés pour empêcher le contact entre les éléments.

Le béryllium est également utilisé au laboratoire de recherche sur la fusion nucléaire Joint European Torus, et il sera utilisé dans le cadre de l’ITER plus avancé pour conditionner les composants qui font face au plasma. Le béryllium a également été proposé comme matériau de revêtement pour les barres de combustible nucléaire, en raison de sa bonne combinaison de propriétés mécaniques, chimiques et nucléaires. Le fluorure de béryllium est l’un des sels constitutifs du mélange de sels eutectiques FLiBe, qui est utilisé comme solvant, modérateur et réfrigérant dans de nombreux modèles hypothétiques de réacteurs à sels fondus, notamment le réacteur au fluorure de thorium liquide (LFTR).

Acoustique

Le faible poids et la grande rigidité du béryllium en font un matériau utile pour les haut-parleurs de haute fréquence. Comme le béryllium est cher (plusieurs fois plus que le titane), difficile à façonner en raison de sa fragilité et toxique s’il est mal manipulé, les tweeters en béryllium sont limités aux applications domestiques, pro audio et de sonorisation haut de gamme. Certains produits de haute fidélité ont été frauduleusement présentés comme étant fabriqués dans ce matériau.

Certaines cartouches de phonographe haut de gamme utilisent des cantilevers en béryllium pour améliorer le suivi en réduisant la masse.

Electronique

Le béryllium est un dopant de type p dans les semi-conducteurs composés III-V. Il est largement utilisé dans des matériaux tels que les GaAs, AlGaAs, InGaAs et InAlAs cultivés par épitaxie par faisceau moléculaire (MBE). La feuille de béryllium laminée en croix est un excellent support structurel pour les cartes de circuits imprimés dans la technologie de montage en surface. Dans les applications électroniques critiques, le béryllium est à la fois un support structurel et un dissipateur thermique. L’application exige également un coefficient de dilatation thermique bien adapté aux substrats en alumine et en verre polyimide. Les “E-Matériaux” composites à base d’oxyde de béryllium ont été spécialement conçus pour ces applications électroniques et présentent l’avantage supplémentaire que le coefficient de dilatation thermique peut être adapté pour correspondre à divers matériaux de substrat.

L’oxyde de béryllium est utile pour de nombreuses applications qui nécessitent les propriétés combinées d’un isolant électrique et d’un excellent conducteur de chaleur, avec une résistance et une dureté élevées, et un point de fusion très élevé. L’oxyde de béryllium est fréquemment utilisé comme plaque de base isolante dans les transistors de grande puissance des émetteurs de radiofréquences pour les télécommunications. L’oxyde de béryllium est également étudié pour augmenter la conductivité thermique des pastilles de combustible nucléaire au dioxyde d’uranium. Les composés de béryllium étaient utilisés dans les tubes d'éclairage fluorescent, mais cette utilisation a été abandonnée à cause de la bérylliose, une maladie qui s’est développée chez les ouvriers qui fabriquaient les tubes.

Soins de santé

Le béryllium est un composant de plusieurs alliages dentaires.

Sécurité

Le béryllium est un problème de santé et de sécurité pour les travailleurs. L’exposition au béryllium sur le lieu de travail peut entraîner une réaction immunitaire de sensibilisation et peut, avec le temps, développer une maladie chronique du béryllium (MCB). Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) aux États-Unis étudie ces effets en collaboration avec un grand fabricant de produits à base de béryllium. L’objectif de cette recherche est de prévenir la sensibilisation et la CBD en développant une meilleure compréhension des processus de travail et des expositions qui peuvent présenter un risque potentiel pour les travailleurs, et de développer des interventions efficaces qui réduiront le risque d’effets néfastes sur la santé. Le NIOSH mène également des recherches génétiques sur la sensibilisation et la CDB, indépendamment de cette collaboration. Le manuel des méthodes analytiques du NIOSH contient des méthodes de mesure des expositions professionnelles au béryllium.

On trouve environ 35 microgrammes de béryllium dans le corps humain moyen, une quantité considérée comme non nocive. Le béryllium est chimiquement similaire au magnésium et peut donc le déplacer des enzymes, ce qui entraîne leur dysfonctionnement. Comme le Be2+ est un petit ion très chargé, il peut facilement pénétrer dans de nombreux tissus et cellules, où il cible spécifiquement les noyaux des cellules, inhibant ainsi de nombreuses enzymes, y compris celles utilisées pour synthétiser l’ADN. Sa toxicité est exacerbée par le fait que l’organisme n’a aucun moyen de contrôler les niveaux de béryllium, et qu’une fois à l’intérieur de l’organisme, le béryllium ne peut être éliminé. La bérylliose chronique est une maladie granulomateuse pulmonaire et systémique causée par l’inhalation de poussières ou de fumées contaminées par le béryllium ; de grandes quantités sur une courte période ou de petites quantités sur une longue période peuvent entraîner cette affection. Les symptômes de la maladie peuvent prendre jusqu'à cinq ans pour se développer ; environ un tiers des patients atteints meurent et les survivants restent handicapés. Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) classe le béryllium et les composés du béryllium dans la catégorie 1 des agents cancérigènes. Aux États-Unis, l’Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a fixé une limite d’exposition admissible (PEL) sur le lieu de travail avec une moyenne pondérée dans le temps (TWA) de 2 µg/m3 et une limite d’exposition constante de 5 µg/m3 sur 30 minutes, avec une limite maximale de 25 µg/m3. Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) a fixé une limite d’exposition recommandée (REL) de 500 ng/m3 constante. La valeur IDLH (danger immédiat pour la vie et la santé) est de 4 mg/m3.

La toxicité du béryllium finement divisé (poussière ou poudre, principalement rencontrée dans les milieux industriels où le béryllium est produit ou usiné) est très bien documentée. Le béryllium métallique solide ne présente pas les mêmes dangers que la poussière inhalée en suspension dans l’air, mais tout danger associé au contact physique est mal documenté. Il est régulièrement conseillé aux travailleurs qui manipulent des pièces finies en béryllium de les manipuler avec des gants, à la fois par précaution et parce que de nombreuses applications de béryllium, si ce n’est la plupart, ne peuvent tolérer les résidus de contact avec la peau, comme les empreintes digitales.

Une maladie aiguë au béryllium sous forme de pneumonie chimique a été signalée pour la première fois en Europe en 1933 et aux États-Unis en 1943. Une enquête a révélé qu’environ 5 % des travailleurs des usines fabriquant des lampes fluorescentes en 1949 aux États-Unis souffraient de maladies pulmonaires liées au béryllium. La bérylliose chronique ressemble à bien des égards à la sarcoïdose, et le diagnostic différentiel est souvent difficile. Elle a tué certains des premiers travailleurs de la conception d’armes nucléaires, comme Herbert L. Anderson.

Le béryllium peut se trouver dans les scories de charbon. Lorsque les scories sont formulées en un agent abrasif pour le décapage de la peinture et de la rouille des surfaces dures, le béryllium peut se retrouver en suspension dans l’air et devenir une source d’exposition.

Les premiers chercheurs ont goûté au béryllium et à ses divers composés pour en vérifier la présence. Les équipements de diagnostic modernes ne nécessitent plus cette procédure très risquée et il ne faut pas tenter d’ingérer cette substance hautement toxique. Le béryllium et ses composés doivent être manipulés avec le plus grand soin et des précautions particulières doivent être prises lors de toute activité pouvant entraîner le dégagement de poussière de béryllium (le cancer du poumon est un résultat possible d’une exposition prolongée à la poussière chargée de béryllium). Bien que l’utilisation des composés de béryllium dans les tubes fluorescents ait été abandonnée en 1949, il existe un risque d’exposition au béryllium dans les industries nucléaire et aérospatiale, ainsi que dans le raffinage du béryllium métallique et la fusion d’alliages contenant du béryllium, la fabrication de dispositifs électroniques et la manipulation d’autres matériaux contenant du béryllium.

Un test réussi pour le béryllium dans l’air et sur des surfaces a été récemment mis au point et publié en tant que norme internationale de consensus volontaire ASTM D7202. La procédure utilise du bifluorure d’ammonium dilué pour la dissolution et la détection par fluorescence avec du béryllium lié à de l’hydroxybenzoquinoline sulfonée, ce qui permet une détection jusqu'à 100 fois plus sensible que la limite recommandée pour la concentration de béryllium sur le lieu de travail. La fluorescence augmente avec la concentration de béryllium. La nouvelle procédure a été testée avec succès sur diverses surfaces et est efficace pour la dissolution et la détection d’ultra-traces d’oxyde de béryllium réfractaire et de béryllium siliceux (ASTM D7458).