L'anion perchlorate ClO, ou tétraoxochlorate, est principalement présent dans des sels (perchlorates), notamment dans le perchlorate d'ammonium, de potassium, de magnésium, ou de sodium, disponibles sous diverses formes, essentiellement depuis les années 1940. Le perchlorate d'ammonium est très utilisé comme oxydant dans les munitions d'armes à feu, comme propulseur solide de missiles et de roquettes. On le trouve aussi dans les feux d’artifice ou encore pour produire le gaz qui doit gonfler instantanément les airbags des voitures en cas d'accident. Ils sont aussi utilisés pour le traitement des cuirs (tannage et finition).Les perchlorates, en tant que propulsifs (propergol composite à perchlorate d'ammonium ou de potassium principalement) solides stables et sûrs, sont devenus dans les années 1950 un produit stratégique pour les militaires et la conquête de l'espace. Les boosters de la fusée Ariane utilisent par exemple du perchlorate d'ammonium coulé en Guyane dans les propulseurs videsCapcom EspaceCSG ; L'Usine Propergol Guyane ; 32 segments EAP, soit 3000 tonnes de propulsifs permet le décollage de 8 lanceurs par an.
Naturellement très rares dans les minéraux, les perchlorates sont fabriqués à partir de chlorate de sodiumCanexus, Fiche Chlorate de soude, Canada. Leurs propriétés physiques et chimiques ont été très étudiées, dès le début du George Frederick Smith, A study of the perchlorates of the alkali and alkaline earth metals, their preparation, solubilities, and use in quantitative analysis... 1923 ; 34 pp par les chimistes pour les producteurs de propulseurs, poudres et explosifs et sont pour cette raison assez bien connues au moins depuis le milieu du Schumacher, J. C., Ed., Perchlorates-their properties, manufacture and uses; ; Reinhold Publishing Corporation: NewYork, 1960, (réimprimé en 2011, sous , 276 p). Les perchlorates ont été étudiés et utilisés comme médicament, bien avant qu'on ne s'intéresse à leurs effets environnementauxLawrence E. Matthews 2011, Perchlorates : Production, Uses and Health Effects ; Nova Science Pub Incorporated; 1 janv. 2011 ;359 pages et aux moyens d'épurer les eaux contaminées.
L'ion perchlorate est goitrogène et toxique. Sa toxicité s'exerce notamment via la glande thyroïdeCrump, K. and Goodman, G. (2003). Benchmark analysis for the perchlorate inhibition of thyroidal radioiodine uptake utilizing a model for the observed dependence of uptake and inhibition on iodine excretion. Prepared for J. Gibbs, Kerr-McGee Corporation. January 24, 2003 (presentation at the Fifth Meeting on Assess the Health Implications of Perchlorate Ingestion, July 29-30, 2004, Washington, D.C.), en tant que perturbateur endocrinien de l'axe hypothalamo-hypophyso-thyroïdien chez l'animal et chez l'HommeBrabant, G.P., Bergmann, P., Kirsch, C.M., Kohrle, J., Hesch, R.D., von zur Muhlen, A. 1992. Early adaptation of thyrotropin and thyroglobulin secretion to experimentally decreased iodide supply in man. Metabolism 41(10):1093-1096. (mais pas à faible dose chez l'adulte en bonne santé selon une étude de Braverman (2004)Braverman, L.E., He, X., Pino, S., Magnani, B., Firek, A. 2004. Effects of low dose perchlorate on thyroid function in normal volunteers [abstract]. Thyroid 14(9):691.). On sait depuis les années 1950 que l'inhibition compétitive de l'absorption d'iodures par les cotransporteurs sodium/iode (NIS) dans la thyroïde par le perchlorate semble être le facteur-clé expliquant les séquelles neurologiques et néoplasiques potentiellesHalmi, N. S., R. G. Stuelke and M. D. Schnell (1956), "Radioiodide in the thyroid and in other organs of rats treated with large doses of perchlorate." Endocrinology 58(5): 634-50.Wolff, J. (1964). "Transport of Iodide and Other Anions in the Thyroid Gland." Physiol Rev 44: 45- 90.Carrasco, N. (1993). "Iodide transport in the thyroid gland." Biochim Biophys Acta 1154(1): 65-82. Cass, L. A., S. A. Summers, G. V. Prendergast, J. M. Backer, M. J. Birnbaum and J. L. Meinkoth (1999). "Protein kinase A-dependent and -independent signaling pathways contribute to cyclic AMPstimulated proliferation." Mol Cell Biol 19(9): 5882-91.. À forte dose, l'inhibition de l'absorption d'iodure conduit à des baisses ultérieures de T4 et T3Greer, M.A., Goodman, G., Pleus, R.C., Greer, S.E. 2002. Health effect assessment for environmental perchlorate contamination: The dose response for inhibition of thyroidal radioiodide uptake in humans. Environ. Health Perspect. 110:927-937., pouvant elles-mêmes causer des déficits neurologiques irrécupérables.
Leur usage s'est banalisé, au point qu'ils sont devenus un problème environnemental important dans plusieurs régions du monde. Détectés en 1997 dans plusieurs réserves d’eau dans l’ouest des États-UnisRichardson, D.S. et A.T. Ternes, Water analysis : Emerging Contaminants and Current Issues, Anal. Chem., 2005, 77, 3807-3838. ils ont provoqué une crise locale de l’eau potableWu, J., Unz, R.F., Zhang, H. et B.E. Logan, Persistence of Perchlorate and the Relative Numbers of Perchlorate- and Chlorate-Respiring Microorganisms in Natural Waters, Soils, and Wastewater, Biorem. J., 2001, 5 (2), 119-130.. Ils font maintenant partie des polluants et contaminants émergents, de plus en plus souvent trouvé dans les eaux, sols, plantes produits alimentaires et dans le lait maternel aux États-Unis et dans le mondeBaohua Gu, John D. Coates ; Perchlorate: environmental occurrence, interactions and treatment, Ed : Springer ; 2006, e- ([avec Google book]). Ceci pose des défis importants sur le plan de la remédiationDamian, P., Pontius, F.W., 1999. From rockets to remediation: the perchlorate problem. Environ. Prot. 20, 24±3 et peut-être phytoremédiationNzengung, V., Wang, C., 2000. Influences on phytoremediation of perchlorate-contaminated water. In: Urbansky, E.T. (Ed.), Perchlorate in the Environment, Chapter 21. Kluwer/Plenum, New York. Les ions perchlorate persistent dans l'environnement (nappes d'eau souterraines et eaux de surface) durant des décenniessource :EPA "Perchlorate is exceedingly mobile in aqueous systems and can persist for many decades under typical groundwater and surface water conditions", in Notice EPA ; Peer Review of EPA Draft Human Health and Ecological Risk Assessment of Perchlorate ; 2002/02/01. Ils peuvent affecter la santé, même à faible dose. Ils inhibent la production des hormones thyroïdiennes (régulation du métabolisme et de la croissance) et font partie des moyens de traitement de l’hyperthyroïdie (sous forme de perchlorate de potassium)Barzilai D, Sheinfeld M 1966 Fatal complications following use of potassium perchlorate in thyrotoxicosis. Isr J Med Sci 2:453–456 (Résumé ).
Sources naturelles et artificielles thumb|Les premières analyses in-situ par la sonde Phoenix montrent la présence de perchlorate dans le sol superficiel de la planète Mars (photo/Nasa : 15 juillet 2008) thumb|La vallée de l'Amargosa River, près de la vallée de la Mort est l'un des rares endroits où l'on trouve, souvent associé à des nitratesJackson WA, Böhlke JK, Gu B, Hatzinger PB, Sturchio NC, Isotopic composition and origin of indigenous natural perchlorate and co-occurring nitrate in the southwestern United States ; Environ Sci Technol. 2010 Jul 1; 44(13):4869-76., des quantités significatives de perchlorates "naturels" (dans des argiles formées à partir de caliche, l'une des formes de carbonate de calcium)Ericksen, G. E.; Hosterman, J. W.; St. , Amand, P. (1988), Chemistry, mineralogy and origin of the clay-hill nitrate deposits, Amargosa River valley, Death Valley region, California, U.S.A, Chemical Geology, 67: 85 - 102. thumb|Dans quelques endroits au monde, hyper arides, on trouve une roche sédimentaire, dite Caliche qui est un « dépôt paléochimique » (Miocène, Pliocène, et Pléistocène). Ici : "Forêt de Caliche" sur l'île San Miguel (Californie), naturellement riche en ions perchlorate. Au Chili, on s'en sert pour produire des engrais, qui deviennent une source supplémentaire de contamination environnementale par les perchlorates, mais ailleurs dans le monde, les engrais en contiennent très rarementHunter, W. J. Perchlorate is not a common contaminant offertilizers. J. Agron. Crop Sci. 2001, 187, 203-206.
La mission Phoenix de la Nasa a détecté en 2008 des perchlorates sur MarsNature (News), Perchlorate found on Mars ; Unexpected chemical discovery intrigues mission scientists; aout 2008 ; . Ceci est confirmé en 2015 avec l'annonce par la NASA de la découverte d'eau liquide sur Mars, mais dans la géosphère terrestre, on en avait déjà découvert près de la vallée de la Mort (dans les dépôts de l'Amargosa River valley et dans le désert d'Atacama (désert le plus aride de la planète), où ils sont des composants mineurs d'évaporites formés en zones hyperarides, et où leur origine a d'ailleurs été longtemps sujette à spéculationEricksen, G. E. Geology and origin of the Chilean nitrate deposits. U.S. Geological Survey Professional Paper P 1188, 1981Mikhailov, I. S. Exogenesis and soil formation in the Atacama region. Eurasian Soil Sci. 2000, 33, 1255-1262 (Résumé Inist-CNRS). Des analyses isotopiques ont montré que l'oxydation du chlore volatil par l'ozone (O3)Johnston, J. C.; Thiemens, M. H. The isotopic composition of tropospheric ozone in three environments. J. Geophys. Res. [Atmos.] 1997, 102, 25395-25404.Johnson, D. G.; Jucks, K. W.; Traub, W. A.; Chance, K. V. Isotopic composition of stratospheric ozone. J. Geophys. Res. [Atmos.] 2000, 105, 9025-9031 et la formation de HClO4 à partir du chlore atmosphérique en sont la source. Néanmoins, cette réaction chimique traduisant l’existence d'un « puits de chlore atmosphérique »Simonaitis, R.; Heicklen, J. Perchloric acid. Possible sink for stratospheric chlorine. Planet Space Sci. 1975, 23, 1567-1569 semble rare et très localisée dans la nature. De plus ce « puits » n'est pas nécessairement stable, car des micro-organismes extrémophiles peuvent utiliser le perchlorate comme source d'eau et d'énergie. On a en effet découvert à environ deux à trois mètres sous la surface de l'Atacama, dans une zone abritée du soleil, plus fraiche et relativement anoxique, des colonies et biofilms de micro-organismes survivant dans un milieu hypersalin, milieu qui est en surface très hostile à la vie. L'anhydrite et les perchlorates hygroscopiques contenus dans la halite (sel gemme) pourraient représenter une certaine source d'eau pour les micro-organismes halorésistantsVictor Parro, Graciela de Diego-Castilla, Mercedes Moreno-Paz, Yolanda Blanco, Patricia Cruz-Gil, José A. Rodríguez-Manfredi, David Fernández-Remolar, Felipe Gómez, Manuel J. Gómez, Luis A. Rivas, Cecilia Demergasso, Alex Echeverría, Viviana N. Urtuvia, Marta Ruiz-Bermejo, Miriam García-Villadangos, Marina Postigo, Mónica Sánchez-Román, Guillermo Chong-Díaz, Javier Gómez-Elvira. A Microbial Oasis in the Hypersaline Atacama Subsurface Discovered by a Life Detector Chip: Implications for the Search for Life on Mars. Astrobiology, 2011; 11 (10): 969 DOI: 10.1089/ast.2011.0654 (résumé par Science Daily : Microbial Oasis Discovered Beneath the Atacama Desert(Feb. 16, 2012)]).
Les perchlorates sont présents dans des minéraux riches en nitrates comme les calichesEricksen, G. E. The Chilean nitrate deposits. Am. Sci. 1983, 71, 366-374.. Ces minéraux sont exploités en grande quantité au Chili comme engrais azotés. Ils représentent une source de contamination environnementale via l'eau de ruissellementET Urbansky, SK Brown, ML Magnuson, Perchlorate levels in samples of sodium nitrate fertilizer derived from Chilean caliche ; Environmental Pollution, 2001 - Elsevier, PDFSusarla, S., Collete, T.W., Garrison, A.W., Wolfe, N.L. et S.C. McCutcheon, Perchlorate identification in fertilizers, Environ. Sci. Technol., 1999, 33, 3469-3472.. Les perchlorates sont également explosifsINRS, Jacques Leleu (mis à jour par Jérôme Triolet), Réactions chimiques dangereuses, INRS, Ref ED607, 407 pages, 2003 PDF, Ed 2003, réédité 2004, .