Histoire de la pierre bismuth

Bien que relativement connue dans les principaux centres miniers européens et de France depuis des siècles, cette pierre bismuth peu courant au corps pur (natif) et aux principaux composés a été soigneusement identifiée et décrite dans le courant de l’année 1753 par le chimiste Claude Geoffroy le Jeune en le séparant du plomb. En 1814, le chimiste suédois Berzelius lui proposait le symbole chimique Bi. Les physiciens ont toujours reconnu que Bi était un élément stable, le dernier de la classification. Il semble même que ses propriétés toxiques (celles du cadmium et ses composés) ont longtemps été assimilées à celles de l’étain ou du plomb. On entend par bismuth originel un simple corps chimique à 50 pourcent métallique ayant pour formule Bi, qui est une substance minérale classée avec les autres composants originels correspondants a cette substance. Sa composition inclut régulièrement la présence éventuelle du souffre ainsi que du plomb-82, de l’argent, du fer, de l’arsenic, du tellure, de l’antimoine-51, etc.

C’est un minéral assez rare et sectile, qui ne peut pas être travaillé dans des conditions ambiantes. Il est fragile, mais aussi très dense, avec un aspect opaque et un éclat de métal brillant. Les veines hydrothermales et géothermiques caractérisent ce minéral, dans lequel on trouve :

• Des sulfures mixtes à base de nickel et d’étain-50
• Du cobalt et un peu d’argent,
• De l’uranium
• De l’arsenic
• Les veinules à base de topaze, d’étain Sn ou de tungstène W
• Des pegmatites granitiques cassitérites.

Il se présente le plus souvent sous la forme de masses lamellaires et fait partie des substances à base d’arsenic.

Sa découverte en Europe occidentale remonte au XIIIe siècle dans le massif de l’Erzgebirge. En effet, des échantillons prélevés par les mineurs saxons de la région du Schneeberg ont été fournis aux alchimistes, qui ont identifié en partie ce minerai avec des entités proches de la substance antimoine native. Cela explique pourquoi le nom allemand Wismut ou Wismuth fut repris de la dénomination arabe Bi ismid ou bi » « ithmid. Selon le célèbre dictionnaire (roman) allemand Duden, le terme « das Wismuth » est expliqué par une étrange légende qui met en avant une mystérieuse étymologie. Celle-ci enseigne que la prairie « die Wiese » ou plus exactement « in der Wiesen », soit devenue un district minier dans le Schneeberg où, depuis le 14e siècle et plus particulièrement au 16e siècle, il y eut une forte exploitation minière qui fut identifiée par le nom générique de « Muth ».

Pour être efficaces, les exploitations minières et leur extraction requièrent en effet une certaine organisation. Ainsi, dans un souci de valorisation de la métallurgie médiévale nationale, les scientifiques allemands ou panallemands ont multiplié les initiatives visant à germaniser l’origine de ce semi-métal massif. Toujours est-il que la proposition de wîkschepel — un mot (point) qui signifie en allemand « moyen estropié, mutilé » par analogie avec les cristaux squelettiques ou réticulés du minerai — est malheureusement beaucoup plus courante en laboratoire que dans le domaine des mines.Aujourd’hui encore, le topotype est le quartier de Schneeberg dans l’Erzgebirge. Dans ses écrits (roman) iatrochimiques, le scientifique et grand voyageur suisse Theophrastus Bombastus von Hoenheim (1493 — 1541) — bien plus célèbre par son nom scientifique Paracelse ou Magnus Paracelsius — évoque le « bisemutum » en référence à une tradition latinisée, mais interprétée avec un certain recul. De son côté, Georg Bauer — également connu sous le nom d’Agricola — présente une description très précise de la procédure d’extraction du minerai. En se basant sur la date de publication du « De veteribus » et « novis metallis » en 1546, l’IMA (association internationale de minéralogie) atteste la découverte de la production de ce demi-métal, ainsi que son existence à l’état naturel. Toutefois, dès 1530, le bisemutum latin médiéval des alchimistes avait déjà été décrit dans le « de re metallica » de l’auteur précédent. De ce point, toute hypothèse commune d’exploitation et d’utilisation raffinée, qui serait associée à sa découverte, cesse de se vérifier avant le début des années 1500. Il se pourrait également qu’en France, Jean Bodin ait mentionné le bismuth dans ses publications (roman) post-mortelles parues en 1597. Les travaux des chercheurs allemands Karl Scheele et Tobern Bergmann en 1775 ou Français Claude Geoffroy le Jeune en 1753 enseignent aux chimistes de la période des Lumières la méthode d’extraction ou d’isolement utilisée pour ce pur semi-métal. C’est un métal de couleur blanc rougeâtre ou blanc grisâtre, très dense et brillant, souple, rigide et cassant, qui se présente sous une apparence de cristaux grossièrement rhomboédriques.

Réné Haüy a réussi à déterminer la structure basique du rhomboèdre aigu en se basant sur un extrait de Bieberg.

Selon les mineurs, la pierre originelle, désignée sous le nom de gediegener Wismuth ou gewachsener Wismuth en allemand, existait sous plusieurs aspects :

• Le Wismuthwürfel : des cubes squelettiques ou réticulés.
• Le federwismuth à la barbe de plumes ou ramuleux.
• Le Dentritischer Wismut : de dendrites.
• Le Taubenhalsiger Wismut : un aspect natif irisé.
• Le Spiegelwismut ou Zeitiger Wismuth : un alliage naturel avec une surface réfléchissante pouvant être utilisée comme de l’étain-50 à glace.
• Le sandigeswismuth : de grains dispersés dans le sable ou les grains de quartz.
• Le Wismuthsanderz : un alliage naturel de ce cristal présent dans les roches de grès
• Les Wismuthblümen : un minerai florifère ou en poudre épaisse fréquemment oxydé et difficilement récupérable.
• Le Wismuthblüthe : extrêmement poudreux et produisant de très fines particules oxydées ou faciles à oxyder.

Le nom de Wismutherz était associé au minerai de bismuth ordinaire, parmi lesquels le bismuthinite et ses dérivés. Le Wismuthglanz représentait le sulfure du minerai. Le Vererderder Wismuth, Wismuthkalk, Wismuthmulm, Wismuthbeschlag représentaient chacun un aspect terreux, oxydé tel que la chaux, décomposé par la boue ou la terre, à laver ou à rejeter. Par conséquent, c’était des matières irrémédiablement oxydées, qui devaient être lavées et séparées sur les différentes schlagues recueillant les déchets miniers qui ne pouvaient pas être immédiatement éliminés avec un charbon particulier et onéreux. Pour le potier d’étain-50, le verbe « wismuthen » désigne la soudure au bismuth.

Origine et composition de la pierre bismuth

La pierre bismuth est un élément chimique dont le numéro atomique est le 83 et le symbole est Bi. Il s’agit du 5e et du dernier composant dans le groupe des pnictogènes (groupe 15). Sa toxicité est inférieure à celle du plomb, auquel ce dernier se substitue pour certains usages. Il ne s’agit pas d’un oligo-élément, puisqu’il n’a pas de rôle physiologique connu. Sa cinétique écologique et organisationnelle — dont la présence est reconnue très légère dans les organismes animaux — demeure relativement peu étudiée (un point qui n’est pas le cas des autres métaux lourds apparentés). Théoriquement, il est possible de le lier au phosphore P, à l’antimoine Sb et à l’arsenic As, du groupe 15, mais également au plomb Pb et à l’étain Sn du groupe 14. En revanche, on observe dans les composants successifs du groupe 15 (azote N, phosphore P, arsenic As, antimoine Sb et bismuth) un phénomène de plus en plus marqué de formation de sulfures stables au lieu d’oxydes : il est évident que la pierre bismuth est chalcophile.

Dans son aspect le plus simple, ce cristal est un métal blanc argenté médiocre, à l’éclat rougeâtre brillant — qui est à la fois dur et cassant — et dont tous les vapeurs et les sels se révèlent toxiques. Il est structuré atomiquement et électroniquement selon la formule [Xe] (4f) 14 (5d) 10 (6 s) 2 (6p) 3. Si l’on fait abstraction du spin, la dotation ou la soustraction d’électrons ayant le même état quantique explique les degrés d’oxydation +3 et +5. En effet, dans ses composés, le premier degré est beaucoup plus fréquent que le second, car il est contré par l’inertie du doublet s, combiné à une symétrie sphérique remarquable. Ainsi, le rayon ionique de l’ion Bi3+ est d’environ 1,2 Å alors que celui de l’ion Bi5+ est ramené à 0,74 Å.

En Europe occidentale, les mineurs médiévaux en quête de filons de minerais chalcophile, cuivreux, plombifère, cobaltifère ou argentifère, connaissaient parfaitement ce corps simple et ses composés les plus courants (ainsi que le soufre et l’oxygène), même s’ils ne les décrivaient pas dans leur pratique. Dans ces environnements miniers fréquemment confinés sous la terre, ce corps simple était souvent présent dans son état natif. La distinction était faite avec l’antimoine naturel qui semblait avoir été fréquemment confondu avec celui-ci au cours de l’antiquité, si bien qu’il aurait porté son nom dans sa souche inspirée de l’arabe. Aujourd’hui, sa réduction dans l’air est un domaine que les spécialistes des mines maîtrisent. Et depuis lors, il est utilisé dans la fabrication d’alliages. Il existe 35 isotopes connus de ce minerai dont la masse atomique varie de 184 à 218 u. Cependant, un seul isotope peut être réellement trouvé dans la nature (le bismuth-209), ce qui en fait une substance mononucléaire. Cet isotope a longtemps été considéré comme étant stable, et donc comme le plus lourd de tous les isotopes stables, faisant de lui le dernier maillon de la chaîne de désintégration du neptunium -237 (ou plutonium -241). En fait, une démonstration a été réalisée à l’Institut d’Astrophysique spatiale d’Orsay en 2003 montrant que cette substance était radioactive et avait une demi-vie remarquable de 19 × 1018 ans. Cela représente plus d’un milliard de fois l’âge de l’univers.

Son instabilité avait cependant été théoriquement prédite. Il se désintègre par une réaction α de 3,14 MeV d’énergie qui donne du thallium 205 stable. Cette découverte est scientifiquement pertinente, car elle confirme les hypothèses théoriques. Ainsi, du plomb-82 est la substance la plus lourde qui présente au moins un isotope stable. Sa production semi-industrielle a commencé dans les années 1860. Elle était produite à base de minerais sulfurés (principalement de la bismuthinite) et à défaut, avec les oxydes de minerais associés. De nos jours, elle a cessé de faire l’objet d’une production spécifique. En effet, il est depuis plus d’un siècle un coproduit de l’affinage du plomb-82, et dans une moindre mesure, du cuivre, de l’argent, de l’étain-50, de l’or et surtout du tungstène. Au cours des années 1990, trois pays (Bolivie, Mexique, Pérou) étaient les principaux producteurs de minerai, mais le Canada et le Japon — et dans une moindre mesure, la France, l’Allemagne et l’Espagne — étaient des acteurs industriels pour sa production (près de 10 000 tonnes/an dans le monde). Dans ces années 1990, les premiers pays ne disposaient pas tous des installations nécessaires au traitement des minerais, à savoir un enrichissement par flottation, une torréfaction des sulfures, la carbonisation et une fusion oxydative de la pierre bismuth.

En plus de la fusion par zone thermique, il est possible d’obtenir une version métallique raffinée, pure à plus de 99 pourcent en masse, par une électrolyse à sec. Les mines de Tasna en Bolivie et de Shizhuyuan en Chine seraient en 2010 les seuls sites d’extraction à produire principalement ce matériau. En 2010, la Chine était le plus gros producteur mondial et la récupération se faisait principalement par la flottation des minerais de wolframite — et non par fusion.

Sa présence dans l’environnement

Ce métal rare (le 73e des constituants en abondance dans la croûte terrestre) ne se trouve naturellement que dans une très faible partie de l’environnement. Étant donné qu’il est peu soluble, son mouvement est supposé faible, bien que certaines formes en soient volatiles. Quant à son cycle biogéochimique, il est très peu connu. Ne constituant pas un matériau recherché dans les études environnementales courantes de l’eau, de l’air, des sols ou des produits alimentaires, sa mobilité dans l’environnement est encore mal connue.

Dans l’air

Sa concentration est inférieure à 1 µ g/m3 dans l’air rural. Celle-ci est principalement issue des pluviolests et des émissions des volcans et (dans une bien moindre mesure) de l’érosion des sols. En outre, depuis quelques décennies, les sources anthropiques (industrie, combustion, etc.) se sont multipliées.

Dans les sols

Il se retrouve dans la croûte terrestre à une moyenne de 0,048μg/g, et dans les sols non pollués à une moyenne de 0,2μg/g (selon Bowen, 1979). Une autre source est celle des fongicides le renfermant, qui sont directement en contact avec les cultures vivrières, et de certains engrais naturellement qui en sont enrichis (engrais synthétiques ou naturels). Il faut toutefois noter que, selon Senesi & als, cette source demeurait négligeable en 1979 par rapport à celle de la géochimie de fond.

Dans l’eau

Sa présence est très faible) dans l’eau de consommation, qui fournit néanmoins 5 à 20 µg/jour).

Dans les plantes

On ne le trouve qu’à très faible dose dans les plantes — souvent à la limite de détection (< 0,06 μg/g) — même dans les plantes poussant sur un terrain contaminé. Cette teneur dans les plantes peut cependant augmenter de manière significative à proximité des sites miniers. Selon Li et Thornton, ce taux se situait en 1993 entre 0,01 et 0,18 μg/g en particulier et montrait que celui-ci était principalement concentré dans les feuilles — et non dans les fruits ou les graines — et que les coefficients de transfert des racines étaient très bas (10-5 à 10-4). Le plus souvent, les sols ont une teneur si faible que cette dernière dépasse rarement le seuil de phyto toxicité (entre 1 et 100 ppm, selon Senesi en 1979).

Chez les animaux

La contamination des animaux terrestres et aquatiques est a priori très rare dans la nature, mais celle de l’environnement augmente considérablement et la grenaille — dont une partie contient 91 pourcent de ce minerai — est une source toute jeune de pollution des zones humides dans lesquelles ces cartouches sont utilisées. Lorsque les fabricants ont commencé à produire ces cartouches, les informations concernant les effets de la pierre bismuth sur les animaux et dans les écosystèmes étaient très rares. Même le niveau moyen de ce minerai chez les oiseaux n’était pas connu (la première étude fut menée en 2004), tout comme le niveau de toxicité de ses alliages organiques. Une étude a été menée entre-temps, qui a permis de montrer que les cartouches de balles étaient elles-mêmes déjà enrichies de ce minerai. Selon les échantillons de foie et de muscle de canard contenant des balles, les concentrations moyennes du minerai dans le foie étaient de 0,05 μg/g de poids de la viande sèche pour la sarcelle d’hiver et de 0,09 μg/g pour le colvert. Ce minerai est un polluant fréquent du plomb-82, ce qui explique la corrélation significative entre les concentrations tissulaires de ces deux éléments dans les muscles.

Les données disponibles semblent plus complexes. Selon Martin-Bouyer (1980), il apparaît que les effets toxiques de cette pierre ne peuvent être déduits ni de la dose ni de la durée d’exposition — une situation plutôt inhabituelle en matière de toxicologie. Depuis plusieurs décennies, on utilise davantage ce minerai en Amérique du Nord pour fabriquer des munitions destinées à la chasse au gibier aquatique. Ainsi, le gibier blessé ou tué lors d’une chasse à la grenaille du minerai, ou le gibier ayant directement ingéré (comme le font généralement les oiseaux) de la grenaille sont consommés par les prédateurs (notamment les humains et les autres consommateurs de gibier). Il arrive aussi que certains gibiers soient uniquement blessés pendant la chasse et continuent à vivre avec des balles ou des éclats dans leur corps.

En 2000, cinq billes de la pierre ont été introduites par Pamphlet dans la cavité péritonéale des souris de recherche adultes. Les chercheurs sont parvenus à la conclusion que chez la souris, ce minerai n’était pas aussi insoluble qu’on le croyait. Ces animaux ont au contraire présenté une augmentation rapide de son taux dans le cytoplasme de plusieurs cellules vitales (appareil locomoteur, cellules dendritiques du foie, cellules tubulaires des reins et macrophages pulmonaires). Les conséquences n’ont par contre pas été évaluées chez les animaux ayant une plus longue durée de vie. Il est ainsi apparu que la substance pouvait traverser aisément la barrière hématoencéphalique et que la contamination organique était très différente selon les individus. En conclusion, le gibier blessé par l’une de ces balles était susceptible d’être contaminé à des taux parfois dangereux pour l’animal en l’espace de quelques semaines.

Une technique d’imagerie plus récente (auto métallographie), pratiquée sur des rats de laboratoire expérimentalement contaminés, suggère (enseigne) que cette substance peut également cibler le testicule. Ce dernier peut attaquer les cellules de Leydig et les macrophages testiculaires, soulevant ainsi des interrogations sur une reprotoxicité éventuelle. Chaque saison de chasse entraîne la dispersion dans l’environnement de millions de cartouches de chasse. Dans une étude de 2008, il apparaît que la pierre bismuth subsiste sous forme de grenaille, contaminant le sol (particulièrement dans sa version acide), mais ne semble pas affecter la végétation locale, même en milieu acide. En 2006, il était encore impossible de prouver que ces munitions ne constituaient pas un danger pour l’environnement et la santé.

Origines (dans l’environnement)

Il est désormais possible de le trouver rétrospectivement et de déterminer ses évolutions antérieures (en picogrammes) à partir de carottes de glace polaire ou de dépôts de neige plus récents. La quantité du minerai sous sa version élémentaire provenant des sources volcaniques a ainsi été évaluée à 1200-1700 t/an, ce qui est considérable par rapport aux 40 t/an d’érosion éolienne continentale et de salinisation de la mer selon Candelone (1995). Les hommes ont été responsables de la contamination environnementale supplémentaire de près de 15 t/an vers 1995 (c’est-à-dire un apport supérieur à l’apport total dû à l’érosion et aux sels marins au cours de chaque période de deux ans). Toutefois, il ne fait aucun doute que ces émissions anthropiques ne cessent d’augmenter depuis plusieurs décennies, que les techniques de recyclage de ce minerai ne se sont pas développées et que la dispersion de millions de ses alliages et de grenaille d’acier (utilisée comme substitut du plomb-82) contribuera à accélérer cette pollution émergente.

En raison de la progression constante de l’utilisation du charbon et d’autres énergies fossiles contenant ce métal ainsi que le développement de la production minière, on s’attend à ce que cette pollution de l’environnement s’accélère davantage. Il existe également des sources anthropiques, toujours plus nombreuses, dont les niveaux dans l’air, le sol, l’eau ou certaines denrées alimentaires peuvent être anormalement élevés.

Ces pollutions sont essentiellement causées par :

• Le développement de la métallurgie.
• Le développement de certaines activités minières.
• Les affinités géochimiques expliquent pourquoi on le trouve davantage autour des exploitations du plomb-82, d’argent, d’étain-50, mais aussi de cuivre, d’où sa répartition anthropique dans les écosystèmes naturels. On a relevé des taux plus élevés autour de certaines mines — allant par exemple jusqu’à 436 μg/g autour d’une mine de cuivre coréenne — ainsi que dans la consommation industrielle de combustibles fossiles. Il a été démontré en 2001 qu’il pouvait être concentré jusqu’à 5 μg/g dans certains charbons et graphites dans lesquels on trouve également des traces de mercure et d’autres métaux indésirables.
• Certaines industries comme celle de la soudure
• Une utilisation croissante dans les munitions, notamment pour la chasse.
• Les présences géologiques et minéralogiques.

La concentration en masse de cette substance chimique rare se situe entre 0,03 g/t et 0,2 g/t (il est plus concentré au niveau de la croûte terrestre que du manteau). La teneur du terreau en bismuth des aérosols volcaniques ou des geysers est généralement plus élevée que celle du sol en raison de la volatilité élevée des composés halogénés de cette substance et du fait qu’environ un cinquième de la masse du minerai dans les zones volcaniques actives passe dans l’air. La substance 210Bi — bien qu’elle soit supérieure au 210Po et au 210 Pb — se révèle être un très bon indicateur radioactif des aérosols volcaniques.

Au-delà de l’arsenic ou de l’antimoine, la substance Bi est plus chalcophile. Comme ses voisins le sélénium ou le tellure, il se combine aisément avec le soufre et est fréquemment associé à d’autres métaux chalcophiles (plomb-82, zinc…). Cette caractéristique justifie le fait que, depuis plus de 100 ans, le plomb-82 produit la plus grande quantité de bismuth au monde, ne laissant à la récupération des déchets issus des procédés électrochimiques de raffinage du cuivre qu’environ un dixième de la densité mondiale du minerai.

À titre anecdotique, le sous-produit du raffinage de l’étain provenant de la scarification ou du traitement à l’acide chlorhydrique à l’eau chaude de la cassitérite est un sous-produit du processus mondial de raffinage de l’étain -50.

Dans sa version de base, ce minerai est géologiquement condensé dans les veines hydrothermales et les failles hydrothermales de la croûte terrestre, tout particulièrement au cours de la collision des continents.

Les principaux minerais du bismuth sont les suivants :

• La bismuthinite Bi2S3
• La bismite Bi2O3α
• La bismutite ou bismuthite (BiO) 2CO3 et ses diverses variétés hydratées telles que la (BiO) 2CO3. 2 H2O, qui fut brièvement exploitée à Meymac en Corrèze pendant la Belle Époque.
• La tétradymite
• L’eulytite ou eulytine Bi4 (SiO4) 3
• Le bismuthoferrite ou bismutoferrite FeIII2Bi (SiO4) 2(OH)
• La bismuthotantalite Bi (Ta, Nb) O4,
• La bismoclite BiOCl en contient, sans être des minéraux reconnus.

Sous forme de sulfures et, dans une moindre mesure, d’oxydes et de carbonates, ces minerais sont très similaires à ceux de l’étain-50 et du plomb-82. Les sulfures de cuivre et de plomb, qui sont souvent très proches, mais à l’état de traces, en contiennent sous forme de sulfoantimoniates et de sulfoarséniures de cuivre. On le trouve également à l’extérieur des veines hydrothermales des roches porphyriques aurifères où il est associé au cuivre et au molybdène.

Vertus et propriétés de la pierre bismuth en lithothérapie

Les vertus et propriétés de la pierre bismuth sur le plan mental

On considère minerai comme une véritable pierre à sculpter le mental.

• C’est une pierre qui permet à une personne de passer du niveau physique au niveau astral.
• On considère ce minéral comme l’un des meilleurs diamagnétique à l’état pur, capable de pratiquement neutraliser un champ magnétique.
• Ce cristal servira à alimenter les chakras supérieurs comme celui du coronal et permettra de réaliser toutes sortes de méditations.
• C’est un excellent stimulant.
• Il permet de surmonter les épreuves de la vie qui vous déstabilisent et surtout de nous poser et de mieux analyser notre perception du monde.

En fait, cette pierre doit être la première chose à entrer et le dernier à sortir quand on change de logement.

Les vertus et propriétés de la pierre bismuth sur le plan physique

La pierre bismuth présente plusieurs vertus intéressantes sur le plan physique.

• En favorisant une meilleure organisation de la pensée, il a le don de stimuler la créativité.
• La combinaison de ses vertus anti-infectieuses, analgésiques et anti-inflammatoires est particulièrement adaptée aux troubles infectieux ayant une réaction de chaleurs et des effets douloureux.
• Il possède également des qualités immunostimulantes. Celles-ci permettent à l’organisme de mieux se défendre lorsqu’il est attaqué par des agents extérieurs agressifs.
• Ses propriétés sont le plus souvent utilisées pour les infections, notamment celles causées par des virus.
• Les maux de gorge constituent également une de ses indications privilégiées, mais aussi les attaques douloureuses du larynx.
• De par son rôle dans le renforcement des défenses immunitaires de notre organisme, il est également recommandé pour les troubles récurrentes.
• Il permet de soulager les brûlures d’estomac, ainsi que les indigestions et autres troubles gastriques.