vignette|Galène (forme naturelle cristallisée du sulfure de plomb). vignette|Nodules de plomb, raffinés par électrolyse, à côté d'un cube de de plomb pur à plus de 99,9 %.
Le plomb est l'élément chimique de numéro atomique 82, de symbole Pb. Dans les conditions standard, le corps simple plomb est un métal malléable et gris bleuâtre, qui blanchit lentement en s'oxydant. Le mot plomb et le symbole Pb viennent du latin (le métal plomb).
Le plomb appartient au groupe 14 et à la période 6 du tableau périodique. C'est le plus « lourd »Quand on parle d'élément léger ou lourd, on fait en réalité référence au numéro atomique, qui pour l'essentiel va de pair avec la masse atomique. Le métal plomb n'est en revanche pas le corps simple le plus dense (c'est-à-dire de plus grande masse volumique), dépassé notamment, en ce sens, par l'osmium (dont le numéro atomique n'est que de 76). des éléments stablesUn est un élément chimique dont au moins un isotope est stable..
Le plomb est un élément toxique, mutagène et reprotoxique., sans valeur connue d'oligoélément. Il a en effet été classé comme potentiellement cancérigène en 1980, classé dans le par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC), puis comme probablement cancérigène pour l'humain et l'animal en 2004... Deux sels de plomb, le chromate et l'arséniate, sont considérés comme carcinogènes certains par le CIRC.
Le plomb est un contaminant de l'environnement, toxique et écotoxique sans effet de seuil, c'est-à-dire que n'importe quelle quantité de plomb dans le sang a des effets délétères sur l'individu.. Les maladies et symptômes qu'il provoque chez l'homme ou l'animal sont regroupés sous le nom de « saturnisme », nom provenant de la planète Saturne à laquelle il est relié symboliquement.
Histoire
Le plomb — relativement abondant dans la croûte terrestre — est l'un des métaux les plus anciennement connus et travaillés. On en a trouvé dans des pigments recouvrant des tombes ou des dépouilles préhistoriques ( ), mais aussi des objets.
En dépit de sa haute toxicité, et grâce probablement à sa facilité d'extraction, à sa grande malléabilité et à son point de fusion bas, il a été fréquemment utilisé lors de l'âge du bronze, durci par de l'antimoine et de l'arsenic trouvés sur les mêmes sites miniers.
Il est mentionné dans les écritures cunéiformes sumériennes — sous le vocable a-gar5John A. Halloran, Sumerian lexicon version 3.0. — il y a près de , ou encore dans l'Exode, rédigé il y a environ . C'est souvent aussi un sous-produit de mines d'argent.
À travers les âges, de nombreux écrits relatent sa présence dans des objets ou à travers les cultures. Les Sumériens, les Égyptiens, les Grecs, les Hébreux ou encore les Romains savaient l'extraire. Ils l'utilisaient pour colorer et émailler des céramiques, lester des hameçons, sceller des amphores, produire des fards, du khôl ou produire des objets usuels (de à avant notre ère). On trouve aussi des tuyaux de plomb sur les sites antiques romains.
Au Moyen Âge, les alchimistes croyaient que le plomb était le métal le plus ancien (et le plus froid) et l'associaient à la planète Saturne. C'est pourquoi l'intoxication au plomb est appelée saturnisme.. Les alchimistes pouvaient s'y référer sous le terme d'aabam.
Sa toxicité était connue des médecins et des mineurs (esclaves et prisonniers souvent) de l'antiquité. Les Romains l'utilisaient sous forme d'acétate de plomb pour conserver et sucrer leur vin, et s'étaient rendu compte que les gros buveurs, donc de la classe aristocratique, souffraient d'intoxication.
Plus tard, des symptômes spécifiques ont été décrits, associés à des métiers tels que les mineurs, fondeurs, peintres ou artisans fabricants de vitraux.
Le décès d'un enfant en Australie à la fin du , à la suite d'une intoxication au plomb, fut le premier à sensibiliser un gouvernement. C'est à la suite de l'étude de nombreux cas d'intoxication qu'une réglementation, des recommandations et un dépistage se sont progressivement mis en place dans des pays riches (comme en Europe ou aux États-Unis). Le plomb a ainsi été interdit pour la confection des tuyaux de distribution d'eau potable en Suisse dès 1914Source : site suisse d'information sur l'eau potable. mais bien plus tardivement dans les autres pays (par exemple, les peintures au plomb ont été interdites en 1948 en France mais l'interdiction totale pour les canalisations ne date que de 1995http://www.123-diagnostic.com/dos1-plomb-saturnisme.htm, fiche d'information pour les professionnels.).
Isotopes
Le plomb possède connus, de nombre de masse variant de 178 à 215, ainsi que . Quatre de ces isotopes, Pb, Pb, Pb et Pb, sont stables, ou du moins ont été observés stables jusqu'à présent, puisqu'ils sont tous soupçonnés de se désintégrer par désintégration α en isotopes du mercure correspondants, avec des demi-vies extrêmement longues. (qui seraient même supérieures à la demi-vie théorique de ses constituants, les nucléonsC'est en effet possible qu'une structure composite soit intrinsèquement plus stable que ses constituants ; on peut prendre par exemple un hydrocarbure incorporant du carbone 14 et du tritium : la molécule peut être plus stable que les atomes dont elle est constituée., allant au-delà de 10 années.Ces demi-vies prédites sont de : Pb : – Pb : – Pb : – Pb : – .).
Les quatre isotopes stables sont des nucléides primordiaux, produits par processus r dans les supernovas mais surtout dans les collisions d'étoiles à neutrons. Le plomb 204 est entièrement primordial (il n'est pas radiogénique). Les , 207 et 208 sont aussi les produits finaux de trois chaînes de désintégration, respectivement la chaîne de l'uranium 238 (ou du radium), de l'uranium 235 et du thorium 232, mais la proportion de plomb radiogénique est sans doute inférieure à 1 %.
Les quatre isotopes stables, Pb, Pb, Pb et Pb, sont présents dans la nature dans des proportions qui peuvent varier, mais dans les roches pauvres en uranium et thorium et notamment dans les minerais de plomb (« plomb commun ».), ces proportions sont respectivement de 1,4 %, 24,1 %, 22,1 % et 52,4 %. Cinq radioisotopes sont également présents, mais à l'état de traces. La masse atomique standard du plomb est de .
Les isotopes sont parfois utilisés pour le traçage isotopique du plomb et lors d'analyses isotopiques destinées à étudier la cinétique environnementale de certains polluants dans l'environnement (ex : plomb de chasse après avoir été solubilisé dans le sang d'un animal atteint de saturnisme, plomb de retombées industrielles, ou plomb tétraéthyle de l'essence…)..
Le plomb géochimique et son extraction vignette|Plomb natif.
Le « plomb géochimique » (le plomb d'origine naturelle) est présent sous diverses formes dans tous les compartiments environnementaux (hydrosphère, stratosphère, biosphère, atmosphère, mais surtout dans la croûte terrestre et le sol).
Sachant qu'il y a des échanges permanents entre ces différents compartiments, et que cet élément toxique est bioconcentré dans la chaîne alimentaire, on comprend donc que l'étude et la connaissance de sa cinétique environnementale est un enjeu majeur.
Il est présent sous beaucoup de formes inorganiques notamment dans la croûte terrestre et les minerais. On retrouve ainsi des acétates, nitrates, carbonates, sulfates ou encore du chlorure de plomb. Ces composés inorganiques conduisent rarement à une toxicité aigüe.
Le plomb natif pur est rare. On l'extrait actuellement de minerais associés au zinc (la blende), à l'argent et (le plus abondamment) au cuivre. La principale source minérale est la galène (PbS) qui en contient 86,6 % en masse.
D'autres variétés communes sont la cérusite (PbCO3) et l'anglésite (PbSO4). Aujourd'hui, le recyclage permet d'en récupérer une grande part. La plupart des minerais contiennent moins de 10 % de plomb. Les minerais qui contiennent moins de 3 % de plomb ne peuvent pas être exploités économiquement. Le minerai extrait du sol est concentré par gravimétrie et flottation, puis dirigé vers une usine métallurgique (fonderie).
Production et réserves minières +Production et réserves minières mondiales de plomb (en milliers de tonnes)...Pays201320142015201620172018201920202021*71172865245345943243049450026627831631430728929024228134037936734631028028030630021025025423224324024026027019590225250200220220210210106106136147170192190204210829482751101121006590-3841411128690304062717679746560707078657476687670636053294140-----
Métallurgie vignette|Vitrail (les profilés de plomb sont encore utilisés aujourd'hui pour la fabrication des vitraux).
À partir de sulfures À la fonderie, le minerai est tout d'abord « grillé » pour oxyder le sulfure et obtenir de l'oxyde de plomb ; le soufre est éliminé sous forme de dioxyde gazeux SO, transformé et valorisé en acide sulfurique. Le minerai grillé est alors introduit, avec du coke, dans un four à la base duquel on souffle de l'air. La réaction de l'oxygène de l'air avec le coke donne du CO, qui réduit l'oxyde de plomb, donnant ainsi le plomb métallique liquide et du CO.
À la base du four s'écoulent d'une part le plomb liquide, d'autre part une scorie qui est généralement granulée à l'eau avant d'être mise en décharge.
Le plomb recueilli à ce stade est appelé « plomb d'œuvre » ; il contient encore des impuretés (cuivre, argent, bismuth, antimoine, arsenic) qu'il faut éliminer. Ce raffinage du plomb, encore liquide, se fait dans des cuves, par refroidissement et ajout de divers réactifs (soufre, oxygène, zinc pour capturer l'argent).
Affinage Le plomb affiné est appelé « plomb doux ». Il est coulé et solidifié dans des lingotières avant d'être expédié chez le consommateur ou dans des entrepôts de stockage. Avant la coulée finale, des éléments peuvent être ajoutés en proportions bien définies pour le durcir ou élaborer des alliages (calcium, arsenic, antimoine).
Dans certaines fonderies, on utilise, à côté des concentrés miniers, des matières premières issues du cassage des batteries, ou des sous-produits d'autres procédés industriels (sulfate de plomb par exemple).
Contaminant métallurgique, parfois Paradoxalement, pour des raisons mal comprises, le plomb qui a longtemps été massivement utilisé dans les peintures antirouille (minium de plomb) est aussi, dans certaines circonstances, un « contaminant métallurgique » qui pose des problèmes. Il peut, dans l'industrie nucléaire notamment (où il est très présent parce que comptant parmi les métaux les plus opaques aux rayonnements), contribuer à la dissolution, l'oxydation et la fragilisation d'aciers qui sont exposés à ses alliagesAEN Infos 2012 – No. 30.1, PDF, 31pp., voir ..
Caractéristiques physiques Coefficient de dilatation linéique à : α = . Formule pour la masse volumique du solide : ρ = / (1 + ⋅ t) ; avec ρ en kg/m et t en °C. Corrélation pour la masse volumique du liquide : ρ = − 1,39 ⋅ (t - 327,46) ; avec ρ en kg/m et t en °C ; applicable entre 330 et . Corrélation pour la valeur de Cp du solide : Cp = + ⋅ (t + 273,15) ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 0 et . Corrélation pour la valeur de Cp du liquide : Cp = − ⋅ (t + 273,15) ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 330 et . Corrélation pour la viscosité dynamique du liquide : μ = ⋅ t − ⋅ t + ; avec μ en kg/(m⋅s) et t en °C ; applicable entre 330 et . Corrélation pour la conductivité thermique du liquide : λ = ⋅ t - ⋅ t + 18,594 ; avec λ en W/(m⋅K) et t en °C ; applicable entre 330 et .