Les isotopes du magnésium : abondance et radioactivité

Le magnésium possède 22 isotopes connus qui ont des nombres de masse allant de 19 à 40. Trois d’entre eux sont stables, à savoir le ²⁴Mg, le ²⁵Mg et ²⁶Mg. Ces isotopes diffèrent par le nombre de neutrons dans leur noyau atomique, leur conférant des propriétés physiques et chimiques distinctes. Le ²⁴Mg est l’isotope le plus abondant et représente à peu près 79 % de l’ensemble des isotopes du magnésium dans la nature. Quant au ²⁵Mg, il constitue environ 10 %, tandis que le ²⁶Mg est présent à hauteur de 11 %.

Il convient également de mentionner que le magnésium compte 19 radioisotopes. C’est-à-dire des isotopes instables qui se désintègrent en émettant des rayonnements radioactifs. Parmi eux, les plus courants sont le ²⁸Mg et le ²⁷Mg avec une demi-vie respective de 20,915 h et de 9,458 min. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie très courte, de l’ordre de quelques secondes à une minute au maximum.

Les multiples usages du magnésium

Le magnésium est un métal aux nombreux usages. Il est surtout utilisé en mécanique grâce à sa légèreté. Ce qui permet notamment de réaliser des économies significatives dans l’industrie automobile et de l’aviation. Cependant, sa production et son recyclage sont difficiles, énergivores et polluants. C’est également un réactif important en chimie, employé dans diverses opérations telles que la fabrication des aciers, la purification des métaux et la réaction de Grignard. Il est d’ailleurs essentiel à la vie pour de nombreux processus biologiques, notamment dans la photosynthèse ainsi que la santé des os.

Mécaniques

Le magnésium est considéré comme l’un des métaux les plus faciles à travailler. Il sert entre autres à fabriquer des carrosseries, des pièces de vélo ou des boîtiers d’ordinateurs portables. C’est d’ailleurs un matériau très prisé dans le milieu de l’industrie mécanique et aéronautique. Il est souvent combiné avec d’autres métaux tels que l’aluminium, le zinc, le thorium, le zirconium et le cérium afin de créer des alliages encore plus solides et durables.

Concrètement, les alliages magnésium/aluminium/zinc permettent d’obtenir l’alliage de fonderie G-A9 et G-A9Z1 ainsi que l’alliage de forge G-A7Z1. Tout ça, avec un minimum de 90 % de magnésium pur, 0,5 % à 3 % de zinc, 3 % à 10 % d’aluminium et 0,35 % à 0,5 % de manganèse. Chacun d’entre eux détient d’ailleurs des propriétés particulières en termes de résistance à la traction ainsi qu’à la corrosion. D’autre part, les alliages magnésium/zinc avec le zirconium et le cérium donnent le G-TR3 Z2 Zr. Avec 2,5 % de cérium, 2 % de zinc et 0,7 % de zirconium, cet alliage est connu pour sa résistance à chaud ainsi que pour sa résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte. Il est fréquemment employé dans les pièces d’avions soumises à des charges cycliques telles que les longerons, les traverses, les nervures et les cloisons. L’ajout du thorium aux alliages magnésium/zinc, quant à lui, donne naissance au G-Th3 Z2 Zr (3 % de thorium, 2 % de zinc, 0,7 % de zirconium) ainsi qu’au G-Z5 Th Zr (5 % de zinc, 1,8 % de thorium, 0,7 % de zirconium). Deux alliages de fonderie qui améliorent la résistance au fluage et qui servent à fabriquer des pièces des réacteurs comme le carter central et le carter compresseur.

En outre, la résistance à la corrosion du magnésium en fait un matériau de choix pour les applications en milieu humide ou marin. D’ailleurs, il est souvent employé à titre de revêtement protecteur à l’égard des autres métaux immergés dans l’eau tels que le fer et l’acier. Les alliages magnésium/manganèse en sont le parfait exemple. Ils sont coriaces contre cet effet chimique et s’utilisent en soudage, laminage ou forgeage.

Les sources alimentaires riches en magnésium

Les aliments d’origine céréalière sont souvent la principale source de magnésium. En effet, cet élément est concentré dans leur germe ainsi que dans le son de leur grain. Deux composants qui, dans la majorité des cas, seront éliminés durant le processus de raffinage. Pourtant, pour ceux qui cherchent à augmenter leur apport en la matière, les céréales complètes (blé entier, avoine, riz brun, seigle) sont des choix alimentaires sains. Elles contiennent environ trois à cinq fois plus de magnésium que les produits raffinés (riz blanc poli, pain blanc, etc.).

En outre, voici une liste de quelques aliments qui contiennent une quantité relativement élevée de magnésium par portion de 100 g :

• le sel de Nigari : 11 500 mg ;
• le cacao : entre 150 et 400 mg ;
• les graines de citrouille et de courge : 535 mg ;
• les épinards : entre 50 à 100 mg ;
• les amandes : 170 mg ;
• la farine de blé : 73 mg ;
• le chocolat noir : 112 mg,
• les haricots blancs : 180 mg ;
• le saumon : 30 mg ;
• les sardines à l’huile : aux alentours de 460 mg ;
• la mélasse : entre 197 et 242 mg ;
• les noix du Brésil : 120 mg ;
• les bananes : 35 mg.

Il est à noter que la quantité de magnésium dans les aliments varie en fonction de plusieurs facteurs. Particulièrement la diversité de l’aliment en question, la qualité du sol dans lequel il a été cultivé ainsi que sa méthode de transformation.

• Les sels inorganiques de première génération incluant le carbonate, l’oxyde ainsi que le chlorure. Seul ce dernier possède une biodisponibilité élevée, celle des deux autres est relativement faible. Cependant, chacun de ces médicaments présente un risque minimal de 40 % d’effets secondaires, qui se traduisent généralement par des effets laxatifs.
• Les sels organiques de seconde génération comprenant le gluconate, le lactate, le citrate, le pidolate et l’aspartate. Ils ont la particularité d’être plus biodisponibles et biomimétiques. Le pidolate ainsi que l’aspartate ne provoquent pas d’effets secondaires. Tandis que le pourcentage des trois autres varie entre 7 % et 32 %.
• Les sels organiques de troisième génération, aussi appelés « chélatés de magnésium », contenant le glycérophosphate et le bisglycinate. Ce sont deux formes de magnésium hautement biodisponibles. Le glycérophosphate est d’ailleurs compatible avec les probiotiques et apporte du phosphore.

À noter que l’oxyde possède le taux de teneur en magnésium le plus élevé (60.3 %). Il est suivi par celui de l’hydroxyde (41.5 %) et du carbonate (40 %).

Les différentes formes de magnésium

Il existe différentes formes de magnésium. On retrouve :

Le magnésium marin

Avec sa composition comprenant de l’oxyde, de l’hydroxyde, du sulfate et du chlorure de magnésium, le magnésium marin est le moins bien absorbé par l’organisme. Il provoque des effets secondaires importants tels que des troubles gastro-intestinaux dus à son fort effet laxatif. De plus, sa biodisponibilité est très faible, ce qui signifie que seule une petite quantité de magnésium peut être absorbée par l’organisme.

Le glycérophosphate de magnésium

Le glycérophosphate de magnésium est une forme chélatée qui est souvent employée dans les compléments alimentaires en raison de sa biodisponibilité élevée. Il est un peu plus onéreux que les autres éléments.

Le lactate de magnésium

Fréquemment utilisé en combinaison avec la vitamine B6, le lactate de magnésium est un sel organique à la fois biodisponible, abordable et efficace. Mention spéciale au concept de « lactate shuttle ». Un processus par lequel le lactate, produit lors d’un exercice, est transporté des muscles vers d’autres tissus pour être exploité comme source d’énergie.

Le chlorure de magnésium

Le chlorure est la forme de magnésium le plus couramment utilisé en raison de son fort effet laxatif. Toutefois, son acidité peut s’ajouter à celle des aliments, ce qui est susceptible de causer des problèmes chez les personnes âgées.

L’oxyde et l’hydroxyde de magnésium

Les formes de magnésium les moins chères et les plus concentrées sont l’oxyde et l’hydroxyde. Ce sont des composés connus pour leur effet très laxatif. Leur biodisponibilité est très faible et ils sont susceptibles de causer des problèmes de digestion s’ils ne sont pas fractionnés en de plus petites doses.

Le magnésium liposomal

Le magnésium liposomal est une forme de supplément encapsulé dans des liposomes (des cellules graisseuses qui facilitent grandement son absorption dans l’organisme). Son coût de production est assez élevé et il ne présente que très peu d’effets secondaires. D’ailleurs, sa biodisponibilité est soupçonnée d’être relativement haute avec une teneur en magnésium de 12.4 %.

Toutefois, le processus de fabrication du magnésium liposomal est très complexe. Seul le recours à une image MEB (Microscope Électronique à Balayage) permet de vérifier si le magnésium est bel et bien encapsulé dans les liposomes. Tout ça sans parler de la possible présence de nanoparticules de liposomes. À noter que la juridiction qui tourne autour de cette nouvelle forme de magnésium reste floue en Europe.

Rôle du magnésium dans l’organisme

Le magnésium joue de nombreux rôles importants dans l’organisme. Il contribue à :

• la formation des os et des dents tout en participant à la fixation du calcium ;
• la régulation de l’activité musculaire, y compris la contraction et la relaxation musculaires ;
• la transmission des impulsions nerveuses, ce qui est essentiel pour le fonctionnement normal du système nerveux ;
• la stabilisation du rythme cardiaque afin de garder le cœur en bonne santé ;
• la maintenance d’une pression artérielle saine en aidant à la relaxation des vaisseaux sanguins (fort effet vasodilatateur) ;
• la régulation de la glycémie en contribuant à la sécrétion d’insuline et en améliorant la sensibilité à l’insuline ;
• la production d’énergie en assistant à la conversion des aliments énergétiques ;
• la synthèse des protéines, des acides nucléiques et des neurotransmetteurs ;
• la consolidation de l’équilibre électrolytique en régulant les niveaux de sodium, de potassium et de calcium dans le corps ;

D’autre part, le magnésium joue le rôle de régulateur thermique, d’antiallergique, d’anti-inflammatoire, d’antiagrégant plaquettaire et lutte contre la lithiase oxalo-caclique ainsi que l’insomnie. Il participe à la détoxification des substances nocives dans le corps et est essentiel à la prolifération des lymphocytes.

Signes de carence en magnésium

La carence en magnésium ou l’hypomagnésémie est une condition dans laquelle il y a une quantité insuffisante de magnésium dans le corps. Les symptômes de cette condition peuvent inclure :

• la fatigue et la faiblesse musculaire ;
• les tremblements et les crampes ;
• la contraction musculaire brève et involontaire (myoclonies) ;
• l’insomnie ;
• le signe du facial ou signe de Chvostek ;
• le signe de Trousseau ;
• la perte d’appétit (anorexie) et nausées ;
• la constipation et les troubles gastro-intestinaux ;
• des problèmes au cours de la gestation ;
• la nervosité ;
• la sensibilité accrue au stress (psychologique, allergique, respiratoire, etc.) et à l’anxiété ;
• l’irritabilité et changement d’humeur ;
• les troubles immunologiques ;
• les troubles de régulation thermique ;
• le syndrome d’hyperventilation (spasmophilie) ;
• les crises d’épilepsie ou crises comitiales ;
• la confusion mentale (état confusionnel).

En général, l’hypomagnésémie se produit en raison d’un régime alimentaire pauvre en magnésium ou d’un problème d’absorption.

Signes d’hypermagnésémie

L’hypermagnésémie correspond à une concentration anormalement élevée de magnésium dans le sang. Cela est susceptible de se produire lorsque le corps est incapable d’éliminer suffisamment de magnésium. Voici quelques signes courants :

• fatigue et faiblesse musculaire ;
• nausées, vomissements et douleurs abdominales ;
• difficulté à respirer ou respiration lente ;
• hypotension artérielle (pression artérielle basse) ;
• bradycardie (rythme cardiaque lent) ;
• somnolence et confusion mentale ;
• évanouissement ou coma.

Dans la majorité des cas, l’hypermagnésémie est engendrée par la prise de médicaments. Un fait communément appelé « iatrogène ».

Le magnésium, élément essentiel pour les plantes

Le magnésium est une composante clé pour la survie des plantes. C’est un élément constitutif de la chlorophylle (pigment vert présent dans les feuilles) qui est essentiel à la photosynthèse : 6CO₂ + 6H₂O + lumière → C₆H₁₂O₆ (glucose) + 6O₂.

Gisements et production du métal

Historiquement, les principaux pays producteurs de magnésium sont la Russie, la Norvège, les États-Unis et le Canada. Toutefois, la Chine est devenue le pays occupant la première place du podium ces dernières années. Elle fournit actuellement 80 % du magnésium dans le monde. Un succès largement attribué à ses vastes réserves de magnésite.

En outre, le magnésium est un élément très répandu dans la nature. Il représente 2 % de la masse totale de la lithosphère et se situe entre 2 % et 3 % de la masse de la croûte terrestre. Il est présent dans un grand nombre de minéraux, dont 80 qui en contiennent 20 % ou plus. Les minéraux les plus abondants comprennent la magnésite, l’olivine, la carnallite, la brucite, la dolomite et l’apatite. La répartition du magnésium dans la lithosphère est assez uniforme. En revanche, sa teneur dans l’eau de mer est relativement faible (environ 0,13 %).

Dans l’ensemble, il existe deux grandes familles de procédés employées pour produire du magnésium métallique :

Le procédé électrolytique

Le procédé électrolytique se déroule en quelques étapes minutieuses. Dans un premier temps, il faut obtenir et purifier du chlorure de magnésium. Un composé chimique qui est difficile à avoir en témoigne les diverses technologies en concurrence comme le procédé Magnola, Utah ou Dow Chemical. Ensuite, on le réduit à une température très élevée de 500 °C. Toutefois, à ce degré de chaleur, le magnésium a tendance à s’oxyder rapidement. Ce qui implique l’utilisation de gaz de protection extrêmement polluant tel que l’hexafluorure de soufre ou le R134a. À la fin, il ne reste plus qu’à éliminer le BPC, les dioxines et les furanes. Des composés toxiques produits à cause de l’anode (élément le plus sollicité du processus) qui est en carbone. À la cathode, la réaction principale est de « Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg ». Elle est de « 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻ » à l’anode. À la fin, ce procédé électrolytique permet d’obtenir du magnésium pur à 99,8 % et est considéré comme étant plus écologique que la méthode de réduction thermique.

Le procédé thermique

Le procédé thermique, aussi appelé procédé Pidgeon, est une pratique industrielle largement utilisée afin de produire du magnésium à partir de la dolomite et du ferrosilicium. Depuis le temps, de nombreux pays ont mis leur effort à contribution afin de le perfectionner. Mentions spéciales au procédé Bolzano et Magnétherm de Pechiney, deux versions qui sont plus qu’efficaces du point de vue énergétique.

Concrètement, la réduction thermique se fait à 1 200 °C et un vide à 0,1 torr. La réaction se produit lorsque le ferrosilicium réagit avec la dolomite en générant du magnésium métallique et du silicate. Ce dernier est d’ailleurs réutilisable dans d’autres éléments autour de la construction de bâtiment (ciments, enduits, etc.). La réaction chimique est alors la suivante : 2(MgO.CaO) + Si → SiO₂, 2CaO + 2Mg.