La silice

La silice et la vie


Il y a beaucoup de silice dans les êtres vivants , deux exemples : l'écorce de riz contient 95% de silice et le bois 90 kg de silice /ha.


La silice est stockée par certains organismes vivants comme les diatomées et les prêles chez les végétaux, les radiolaires et les éponges chez les animaux.

La capacité qu'ont les cellules de produire des matériaux minéralisés, calcaire ou silice, implique la constitution de structures « squelettiques » de support. La plupart des cellules des organismes pluricellulaires sont en contact avec un enchevêtrement de macromolécules secrétées localement qui constituent la matrice extracellulaire et qui édifient des structures spéciales comme les tendons à fortes teneurs en fibres élastiques, ou les os, les cuticules, les coquilles où les fibres sont progressivement saturées par des dépôts de cristaux de calcium, de silice. La matrice extracellulaire des animaux est essentiellement protéique (collagène), alors qu'elle est glucidique chez les végétaux (cellulose). La chitine des crustacés et des insectes est également un sucre complexe. Une cellule, dans un tissu, a une forme plus ou moins polyédrique. Les fibres de la matrice vont se disposer entre les cellules, le long des arêtes ou le long des faces. La "minéralisation" se produira par une saturation progressive des fibres par des ions minéraux. Les organismes vivants peuvent orienter la croissance des cristaux et optimiser leur répartition. A partir d'un nucléus, les cristaux croissent par addition, la morphologie du cristal étant déterminée par la vitesse de croissance dans les différentes directions. Lorsque les matériaux minéraux ou fibreux se condensent entre les cellules en suivant les arêtes, il s'ensuit la formation d'aiguilles ou de spicules. S'ils se condensent le long des faces on aura des plaques plus ou moins criblées de petits trous permettant à la cellule de maintenir ses échanges avec l'extérieur.

La silice est beaucoup plus rare chez les animaux pluricellulaires et seules les éponges (Spongiaires) s'en construisent un squelette interne constitué de baguettes incorporées dans une matrice de spongine, une protéine.
L'alimentation des éponges lors de leur stade fixé de développement (la vie larvaire est mobile) est surtout composée de débris organiques provenant de la décomposition animale et végétales, de substances dissoutes dans l'eau et de bactéries et toutes petites proies. Comme l'éponge n'a pas de bouche, elle absorbe l'eau et les éléments minéraux par un très grand nombre de petits orifices de 10-15 micromètres situés sur les côtés et le bas du corps. L'eau en ressort en torrent à près de 25 km/h ! par quelques orifices plus larges de 10 mm de diamètre environ qui sont situés, en général vers le haut pour que l'animal ne réabsorbe pas le même liquide. La silice est absorbée en même temps que le reste et incorporée en couches concentriques autour d'un axe organique.

Spicules d’éponge au ME
Il apparaît ainsi dans l'éponge des milliers d'aiguilles de longueur comprise entre 1/10 mm et 1 mm. La charpente mixte : spongine-silice confère une certaine rigidité à l'animal en même temps qu'une certaine élasticité ce qui permet à l'éponge de coloniser toute sortes de milieux, caillouteux, sableux, rocheux, vaseux…ce qui permet aussi à certaines éponges d'atteindre des tailles respectables de plus du mètre. De très longs spicules mesurent près de 10 cm et sont fabriqués par Hyalonema qui vit sur les vases profondes des océans. Les formes des spicules sont très variés : étoiles, ancres,
 baguettes…

Certaines espèces n'en secrètent qu'un, d' un mètre de long pour quelques mm de diamètre, planté dans la vase et autour duquel se développe l'animal (Monoraphis). Et pourtant, malgré la masse de verre qu'ils doivent ingurgiter certains animaux mangent les éponges : oursins, étoiles de mer, limaces de mer, tortues…Mais il subsiste encore pas mal de mystère autour de la silice des éponges.

Boues siliceuses, diatomites et radiolaeités..

La dissolution des tests siliceux est grande dans les eaux superficielles sous-saturées en silice. Elle diminue en profondeur sous l'effet de la pression et de la basse température. A grandes profondeurs, au dessous de la CCD (ligne de compensation de dissolution des carbonates), la sédimentation siliceuse domine à condition que la production de silice par le plancton ait été suffisamment importante en surface. On distingue: les boues à Diatomées abondantes dans les mers froides et les boues à Radiolaires bien représentées dans la zone équatoriale des océans Pacifique et Indien.

Diatomite au microscope
Les matériaux diatomitiques bruts font l'objet de différentes phases de traitement en usine, comprenant concassage, séchage et broyage, sélection et calcination. Les principales propriétés des produits diatomitiques sont : inertie chimique, faible densité apparente, porosité, surface spécifique, capacité d'absorption des liquides élevées, pouzzolanicité... Ils sont principalement utilisés comme adjuvants pour la filtration de liquides divers, notamment alimentaires (bière, vin, glucose, ...), mais aussi comme absorbants et produits isolants et réfractaires.
La production mondiale, qui est de l'ordre de 2-3 Mt/an, est nettement dominée par les Etats-Unis, suivis de la France, du Japon, des pays de l'ex-URSS, de la Chine et du Danemark. La production française est assurée par deux sociétés dont les gisements et les usines sont situés dans les départements de l'Ardèche et du Cantal. La France consomme environ 50000 tonnes de diatomite par an.


Diatomite, roche en place
Un gisement de fossiles particulier : le Coiron est un ancien plateau basaltique situé en Ardèche, où s'étaient formés une dizaine de "maars" (lacs de cratères volcaniques).

Le gisement de diatomite date de 8 Ma (Tortonien). Il présente un intérêt paléontologique important et fut préservé de l'érosion glaciaire du quaternaire grâce à un bouclier de basalte formé à la suite d'éruptions volcaniques. Cette roche est blanche, friable et très légère, au point de pouvoir flotter. Mais sa fragilité et sa richesse en eau (très poreuse) entraîne une dessiccation et les momies (fossiles) se craquellent. Ce type de fossilisation est très rare dans le monde : les êtres vivants sont momifiés (conservation des parties molles) et non pas remplacés par la substance minérale. Cela s'explique par un enlisement rapide avec dépôt de diatomées formant un lieu aseptique, c'est-à-dire sans microbes.


La silicose, une maladie grave et fréquente

Les affections du parenchyme pulmonaire dues à l'inhalation chronique de poussières inorganiques (minerai) s'appellent pneumoconioses. Certaines poussières inorganiques, comme celles qui contiennent de la silice, du charbon, de l'amiante, ou du béryllium, sont fibrogéniques.

La silicose est une pneumoconiose incurable habituellement provoquée par l'inhalation de poussières contenant de la silice cristalline libre (bioxyde de silicium, quartz) et caractérisée par de la fibrose pulmonaire nodulaire et une atteinte respiratoire. La maladie continue à progresser même lorsque l'exposition cesse. Habituellement, une exposition de 20 à 30 ans est nécessaire avant que la maladie ne devienne évidente, quoiqu'elle se développe en moins de 10 ans là où l'exposition à la poussière est extrêmement élevée. La rétention bronchique et alvéolaire des particules est le résultat de deux facteurs opposés, la déposition et l'élimination. La rétention de la poussière sera à son sommet, selon la nature de la poussière, pour les particules dont le diamètre s'étend de 0,5 à 3 micromètres. La taille des particules de silice retenues dans le poumon humain est remarquablement constante, avec des diamètres médians variant de 0,5 à 0,7. Les grosses particules se déposent dans les narines et les voies aériennes supérieures. La poussière respirable de silice peut être invisible à l'oeil nu et peut demeurer suspendue dans l'air pendant longtemps, sur de longues distances et ainsi affecter des populations considérées comme n'étant pas en danger.

L'exposition à la silice des travailleurs de la construction est la plus inquiétante, étant donné que la silice est la principale composante de bon nombre de matériaux de construction, dont les plus courants sont : les abrasifs pour décapage par projection; la brique; le béton, le ciment et le mortier; les minerais; la roche et la pierre; le sable, et la terre végétale. La poussière de silice est libérée pendant les opérations par lesquelles les produits sont écrasés ou brisés. Les activités concernées sont: le piquage, et la perforation de roches; le concassage, la manutention de roches; le sciage, le martelage, la perforation, le broyage et le piquage d'ouvrages de maçonnerie; la démolition d'ouvrages en béton; le balayage ou le soufflage de poussières de béton, de pierre ou de sable; la construction routière; le démantèlement de l'équipement de chantier; le creusement, l'excavation et le déplacement de terres ayant une forte teneur en silice. Même en plein air ces activités peuvent être dangereuses. Des expositions extrêmement élevées, par exemple le perçage de tunnels, la fabrication de savons abrasifs, et le sablage au jet, ont une période de latence beaucoup plus courte et une progression plus rapide de la maladie.


La production et l'utilisation de briques réfractaires contenant de la silice peut poser des risques significatifs à la santé en particulier si elles ont été exposées à des températures élevées alors qu'une proportion significative de la silice est transformée en cristobalite ou en tridymite. Les briqueteurs et les autres travailleurs qui font l'entretien et démantèlent la brique réfractaire des fours, fourneaux et autres équipements semblables sont exposés à un risque sérieux de silice.

La silicose, une des maladies professionnelles les plus anciennes tue toujours partout dans le monde. Entre 1991 et 1995, la Chine a enregistré plus de 500 000 cas de silicose, avec chaque année plus de 6000 nouveaux cas et plus de 24 000 décès, surtout chez les travailleurs les plus âgés. Aux États-Unis, on estime que plus d'un million d'ouvriers sont professionnellement exposés à la poussière de silice cristalline libre (plus de 100 000 de ces ouvriers sont des sableurs au jet), environ 60 000 développeront par la suite la silicose. On signale que tous les ans aux Etats-Unis environ 300 personnes meurent de cette maladie, mais le vrai nombre n'est pas connu. Au 16ème siècle déjà, Agricola écrit au sujet des mines dans les Carpathes d'Europe : "des femmes s'avèrent pour avoir épousé sept maris, qui sont tous décédés prématurément de cette terrible consomption (silico-tuberculose)"…


L'étude physiopathologique montre que les macrophages alvéolaires ingèrent les particules respirables de silice libre entrent dans le tissu lymphatique et interstitiel causent la libération d'enzymes cytotoxiques qui produisent une fibrose du parenchyme pulmonaire. Le changement pathologique initial typique est la formation de discrets nodules silicotiques partout dans les poumons.
Plus tard, les masses fibreuses pseudo-tumorales (conglomérées), la contraction des zones supérieures des poumons, l'emphysème avec déformation marquée de l'architecture du poumon font que les fonctions ventilatoires et les échanges gazeux sont affectés. Une réduction de tous les volumes pulmonaires distingue la physiologique globale de la silicose de celle de l'emphysème pulmonaire.

Les patients souffrant de silicose simple n'ont aucun symptôme respiratoire et habituellement aucune atteinte respiratoire. Ils peuvent tousser et produire des crachats, mais ces symptômes sont dus à la bronchite industrielle. La silicose pseudo-tumorale (conglomérée), en revanche, peut causer de l'essoufflement marqué, de la toux, et des crachats. Quand les masses fibreuses sont étendues, le patient devient sévèrement handicapé: diminution des volumes pulmonaires, de la capacité de diffusion, obstruction bronchique, hypertension pulmonaire, hypertrophie ventriculaire droite, hypoxémie modérée et un plus grand risque de développer la tuberculose. L'insuffisance respiratoire, l'emphysème, l'arrêt du coeur, la silico-tuberculose sont les causes principales de mort par silicose.


La radiographie pulmonaire (annuelle dans les cas d'exposition intense) est le seul outil recommandé pour dépister la silicose. Des lésions pulmonaires peuvent être trouvées sur la radiographie pulmonaire avant la présence de symptômes. C'est un outil de dépistage très efficace. La surveillance médicale est déterminée en utilisant le concept de "dose cumulée" qui s'énonce comme suit : niveau d'exposition (mg/m3) x nombre d'années = dose cumulée (mg/m3-année). Au niveau de 1mg/m3-année, une première radiographie pulmonaire devrait être faite. À 2 mg/m3-année, une autre radiographie pulmonaire devrait être prescrite… Mais un examen de pré-emploi devrait être obligatoire et inclure aussi un questionnaire complet.


Le moyen le plus efficace est, bien sur, la prévention : en Suisse, par exemple, des mesures de contrôle strictes dans les années 70 ont conduit à une réduction par 6 du nombre annuel de cas de silicoses … Un bon entretien d'atelier est très important ; pour ce faire utiliser des procédés humides, ou un système adéquat d'aspiration d'air. Il est également important d'éviter les procédés produisant inutilement de la poussière. Le port d'un masque approuvé pour ce genre de risque est également recommandé.



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