Aluminium
Image illustrative de l’article Aluminium
Morceau d'aluminium.
MagnésiumAluminiumSilicium
B
  Structure cristalline cubique
 
13
Al
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Al
Ga
Tableau completTableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Al
Nom Aluminium
Numéro atomique 13
Groupe 13
Période 3e période
Bloc Bloc p
Famille d'éléments Métal pauvre
Configuration électronique [Ne] 3s2 3p1
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 3
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 26,9815386 ± 8×10-7 u
Rayon atomique (calc) 125 pm (118 pm)
Rayon de covalence 121 ± 4 pm[1]
Rayon de van der Waals 205 pm
État d’oxydation +3
Électronégativité (Pauling) 1,61
Oxyde amphotère
Énergies d’ionisation[2]
1re : 5,985768 eV 2e : 18,82855 eV
3e : 28,44765 eV 4e : 119,992 eV
5e : 153,825 eV 6e : 190,49 eV
7e : 241,76 eV 8e : 284,66 eV
9e : 330,13 eV 10e : 398,75 eV
11e : 442,00 eV 12e : 2 085,98 eV
13e : 2 304,1410 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
26AlTraces717 000 ansβ+1,1726Mg
27Al100 %stable avec 14 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 2,6989 g·cm-3[3]
Système cristallin Cubique à faces centrées
Dureté 1,5
Couleur blanc lustre métallique
Point de fusion 660,323 °C (congélation)[4]
Point d’ébullition 2 519 °C[3]
Énergie de fusion 10,79 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 294 kJ·mol-1 (1 atm, 2 519 °C)[3]
Volume molaire 10,00×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 2,42×10-6 Pa
Vitesse du son 6 400 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique 897 J·K-1·kg-1 (solide, à 298 K)[5]
Conductivité électrique 37,7×106 S·m-1
Conductivité thermique 237 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans NaOH, KOH ou Na2CO3 aqueux[6],

HCl (catalysée par CuCl2, HgCl2 ou une goutte de Hg),
HCl + H2O2,
H2SO4 dilué (catalysée par les ions Hg (II))[7]

Divers
No CAS 7429-90-5[8]
No ECHA 100.028.248
No CE 231-072-3
Précautions
SGH[9],[10]
Pyrophorique :
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, H261, P210, P222, P280, P231+P232, P335+P334, P422,
Stabilisé :
SGH02 : Inflammable
Attention
H228, H261, P210, P370+P378, P402+P404,
SIMDUT[11]
B6 : Matière réactive inflammable
B6,
Transport[9],[10]
Pyrophorique :
423
   1396   

Stabilisé :
40
   1309   

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'aluminium est l'élément chimique de numéro atomique 13, de symbole Al. Il appartient au groupe 13 du tableau périodique ainsi qu'à la famille des métaux pauvres.

Le corps simple aluminium est un métal malléable, argenté, peu altérable à l'air [note 1] et peu dense. C'est le métal le plus abondant de l'écorce terrestre et le troisième élément le plus abondant après l'oxygène et le silicium ; il représente en moyenne 8 % de la masse des matériaux de la surface solide de la planète. Il est, en règle générale, trop réactif pour exister à l'état natif dans le milieu naturel [note 2] : on le trouve combiné à plus de 270 minéraux différents. Son minerai principal est la bauxite : il y est présent sous forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine. Il peut aussi être extrait de la néphéline, de la leucite, de la sillimanite, de l'andalousite et de la muscovite.

Le métal mis à nu s'auto-passive immédiatement par oxydation, même en condition défavorable : une couche d'alumine Al2O3 imperméable épaisse de quelques nanomètres le protège de la corrosion (les conditions favorables sont essentiellement : environnement peu chaud, peu humide, peu pollué, peu salé ; alliage de qualité adaptée). L'oxydabilité de l'aluminium doit être techniquement contrôlée dans les processus industriels ; elle est mise à profit dans certains d'entre eux (les deux principaux sont l'oxydation rapide amplifiée forcée anodique électrolytique et le colmatage rapide par hydratation à chaud).

Sa légèreté, sa résistance à la corrosion, sa mise en forme variée et sa coloration durable en font un matériau important et très utilisé dans l'industrie et l'artisanat, malgré la technicité de sa mise en œuvre, sous forme pure ou alliée, notamment dans l'aéronautique, les transports et la construction. Sa nature réactive en fait également un catalyseur et un additif dans l'industrie chimique ; il est ainsi utilisé pour accroître la puissance explosive du nitrate d'ammonium.

En 2010, 211 millions de tonnes de bauxite ont été extraites dans le monde[13], l'Australie en assurant 33,2 % devant la Chine (19,0 %), le Brésil (15,2 %), l'Inde (8,5 %) et la Guinée (8,2 %). La Guinée détient à elle seule plus du quart des réserves mondiales connues de bauxite, estimées fin 2010 à 28 milliards de tonnes. La production mondiale d'aluminium métallique s'est élevée à 41,4 millions de tonnes en 2010[14], dont la Chine a réalisé 40,6 % avec 16,8 millions de tonnes, loin devant la Russie (9,3 %) et le Canada (7,1 %). Ce n'est pas un oligoélément, et c'est un contaminant croissant de l'environnement et de l'alimentation[15].

Histoire

Coupe d'honneur en aluminium rehaussée d'or, offerte à Jules-Xavier Saguez de Breuvery, maire de Saint-Germain-en-Laye.
Échantillon d'aluminium.
Lingot d’aluminium.

En 1807, Humphry Davy, après avoir découvert que le sodium et le potassium entraient dans la composition de l’alun (substance astringente servant à fixer les teintures), suppose qu’il s’y trouve aussi un autre métal, qu’il baptise « aluminium » (en latin, « alun » se dit alumen)[16]. Pierre Berthier découvre dans une mine près des Baux-de-Provence en 1821 un minerai contenant de 50 à 60 % d’oxyde d’aluminium. Ce minerai sera appelé bauxite.

En 1825, le chimiste et physicien danois Hans Christian Ørsted réussit à produire une forme impure du métal. Friedrich Wöhler approfondit les travaux d'Ørsted en 1827. Il isole l’aluminium par action du potassium sur le chlorure d’aluminium, obtenant une poussière grise d’aluminium. Il est le premier à mettre en évidence les propriétés chimiques et physiques de cet élément, dont la plus notable est la légèreté.

Le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville améliore en 1846 la méthode de Wöhler en réduisant le minerai par le sodium. En 1854, il présente à l'Académie des sciences le premier lingot d'aluminium obtenu, à l'état fondu, par voie chimique[17]. Il publie ses recherches dans un livre en 1856. Cette méthode est utilisée de façon industrielle à travers toute l’Europe pour la fabrication de l’aluminium (notamment en 1859 par Henry Merle dans son usine de Salindres, berceau de la société Pechiney), mais elle reste extrêmement coûteuse, donnant un métal dont le prix était comparable à celui de l'or (1 200 et 1 500 F or/kg et l'argent 210 F/kg seulement). Le métal est alors réservé pour fabriquer des bijoux de luxe[18] ou de l’orfèvrerie réservée à une élite. Il en est ainsi pour les coupes d'honneur (réalisées notamment par Paul Morin et Cie)[19] et les objets d'art fabriqués pour la cour impériale de Napoléon III[20]. Ce dernier reçoit ses hôtes de marque avec des couverts en aluminium, les autres convives devant se contenter de couverts en vermeil[21],[22].

Les progrès de l'électricité et la découverte, en 1886, d'une production de l'aluminium par électrolyse, permettent de baisser les coûts de manière importante. Dès lors, l'aluminium trouve de nouvelles applications dans les ustensiles de cuisine et, en alliage, dans l'industrie de l'aéronautique (alliage duralumin moins cassant créé en 1909) et le câblage électrique (almelec créé en 1921 et utilisé comme conducteur électrique). En 1888, Charles Martin Hall et Alfred Ephraim Hunt créent la Pittsburgh Reduction Company, la future Alcoa. En 1901 naît l’Aluminium Association (AA), cartel qui réunit les entreprises des quatre seuls pays producteurs au monde (France, États-Unis, Allemagne, Royaume-Uni) et qui maintient le prix de l'aluminium stable alors que le cours des métaux concurrents subissent de plus grandes fluctuations[23]. À la fin des années 1970, la production d’aluminium se contracte et l'arrivée de nouveaux concurrents (Canada, Australie, Russie) font éclater le cartel qui ne contrôle plus son prix qui décline[24].

  • 1855 : les nouveaux métaux sont exposés à l’Exposition universelle de Paris. La société Pechiney est créée en France.
  • Le premier site industriel producteur d’aluminium au monde s’installe à Salindres dans le Gard, et commence son activité dès 1860.
  • 1876 : William Frishmuth réalise la première coulée d’aluminium. En 1884, il réalise la coiffe du Washington Monument dans ce métal.
  • 1886 : de manière indépendante, Paul Héroult et Charles Martin Hall, découvrent la méthode de production de l’aluminium en remarquant qu’il est possible de dissoudre l’alumine et de décomposer le mélange par électrolyse (procédé Héroult-Hall breveté) pour donner le métal brut en fusion. Pour cette découverte, Hall obtient un brevet (400655) la même année. Ce procédé permet d’obtenir de l’aluminium de manière relativement économique. La méthode mise au point par Héroult et Hall est toujours utilisée aujourd’hui.
  • 1887 : Karl Josef Bayer décrit une méthode connue sous le nom de procédé Bayer pour obtenir de l’alumine à partir de la bauxite, en la dissolvant avec de la soude. Cette découverte permet de faire entrer l’aluminium dans l’ère de la production de masse.
  • 1888 : les premières sociétés de production d’aluminium sont fondées en Suisse, France et aux États-Unis.
  • De

    L'aluminium possède 22 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 21 et 42, ainsi que quatre isomères nucléaires. Seul 27Al est stable, ce qui fait de l'aluminium un élément monoisotopique. Si le radioisotope 26Al existe également dans la nature (demi-vie de 7,17 × 105 années), l'abondance de 27Al est telle qu'on considère l'aluminium comme mononucléidique et on lui attribue une masse atomique standard de 26,981 538 6(8) u. Tous les autres isotopes de l'aluminium ont une demi-vie inférieure à 7 minutes, et la plupart d'entre eux ont une demi-vie inférieure à une seconde.

    Outil de datation

    • En géomorphologie et paléosismologie, l’isotope 26Al, créé par les rayons cosmiques, est utilisé pour la datation par isotopes cosmogéniques de surfaces ou la détermination de taux d’érosion.
    • Le système solaire provient d'une nébuleuse où le 26Al était autrefois réparti de manière homogène (à ± 10 % ; ceci est démontré par l'analyse des

      Propriétés physiques

      L’aluminium est un métal mou, léger, mais résistant avec un aspect argent-gris mat, dû à une mince couche d’oxydation de cinq à dix nanomètres qui se forme rapidement quand on l’expose à l’air et qui empêche la corrosion de progresser dans des conditions normales d’exposition chimiques. Ce film composé d'alumine se forme spontanément très rapidement quand l’aluminium est mis en contact avec un milieu oxydant comme l’oxygène de l’air. À la différence de la plupart des métaux, il est utilisable même s’il est oxydé en surface. On peut même dire que sans cette couche d’oxyde, il serait impropre à la plupart de ses applications. Il est possible d’augmenter artificiellement l’épaisseur de cette couche d’oxydation par anodisation, ce qui permet d’augmenter la protection et de décorer les pièces en colorant la couche d’oxyde. Contrairement à l’aluminium qui est un très bon conducteur, l’oxyde d’aluminium est un excellent isolant.

      L’aluminium a une densité (2,7) environ trois fois plus faible que celle de l’acier ou du cuivre ; il est malléable, ductile et facilement usiné et moulé. C’est le deuxième métal le plus malléable et le sixième le plus ductile.

      Il est paramagnétique et ne provoque pas d’étincelles.

      Bombardé par un laser à électrons libres, l’aluminium devient transparent dans les ultraviolets extrêmes[26].

      Propriétés chimiques

      En solution, l’aluminium se trouve le plus généralement sous la forme d’ions Al3+. Il s’oxyde lentement à froid et rapidement à chaud pour former l’alumine Al2O3. L’action des acides sur l’aluminium produit l’ion cité plus haut.

      La réaction de l'aluminium avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude) produit de l’aluminate de sodium et du dihydrogène gazeux, selon une réaction exothermique d’équation :

      Les hydroxydes d’aluminium s’obtiennent en général en précipitant une solution contenant des cations Al3+ à l’aide d’une base. Cette méthode permet de former selon les conditions de précipitation différentes phases cristallographiques telles que la bayérite, la boehmite, la gibbsite.

      L’aluminium est aussi utilisé en tant que réducteur fort, notamment pour l’aluminothermie et en pyrotechnie dans les feux d'artifice, où il joue un rôle similaire au magnésium, à moindre coût et avec une puissance plus grande.

      Propriétés biologiques

      Teneur de l'organisme humain en aluminium

      L'organisme d'un sujet contemporain de pays industriel contient de 30 à 50 mg d'aluminium selon l'ATSDR en 1999, ou 50 à 150 mg selon le Römpp Lexikon Chemie en 2013[27]. l'ATSDR en 1999 l'estimait surtout présent dans l’os (environ 50 %), le poumon (environ 25 %) et le foie (20 à 25 %), le reste étant partagé dans d'autres organes, dont le système nerveux central et la rate. Une source plus récente l'estime présent à environ 50 % dans les tissus pulmonaires, 25 % dans les tissus mous et 25 % dans les os. Les taux tissulaires (dont dans le poumon et le cerveau) augmentent avec l'âge (environ 35 à 50 mg d'aluminium s'accumuleraient ainsi dans le corps durant la vie)[28],[29],[30].

      Cependant, comme pour d'autres métaux toxiques, chez l'homme et chez d'autres espèces de mammifères testées, pour une même dose standardisée ingérée, les valeurs d'absorption corporelle de l'aluminium varient significativement selon les individus (selon l'âge, l'état des reins, et selon la génétiques qui influe sur le niveau d'absorption gastro-intestinale de l'aluminium).
      Après ingestion, le pic dans le plasma peut varier du simple au triple selon l'individu[31],[32],[33],[34],[35].

      Cinétique dans l'organisme humain et élimination

      Pour l'aluminium injecté : Le traçage isotopique (isotope radioactif 26Al) démontre que 24 heures après l’injection, 99 % de l’aluminium sanguin est passé dans la fraction plasmatique. Peu à peu, le taux intra-érythrocytaire augmente pour atteindre 14 %. L'aluminium se lie, dans le plasma, préférentiellement à la transferrine (80 %), et à l'albumine à hauteur de 10 %, les 10 % restants sont transportés par des protéines de bas poids moléculaire (LMW). L'Al-transferrine se dépose surtout dans la rate et le foie (riches en récepteurs-transferrine), pendant que l'Al-LMW se fixe dans l’os (qui ne contient pas de récepteurs-transferrine)[36].

      Pour l'aluminium ingéré : l'aluminium présent dans les aliments, soit 10 à 40 mg par jour, voire plus est à 99 à 99,9 normalement éliminé dans les fèces, sans être absorbé dans le tractus gastro-intestinal, mais ce taux varie selon le composé chimique, sa solubilité, le pH du bol alimentaire et la présence éventuelle d'agents complexants chélateurs (tels que l'acide citrique du jus de citron peuvent augmenter l'absorption à 2 à 3 %). On estime que 1 ‰ et 3 ‰ de l'aluminium provenant de la nourriture et de l'eau potable sont absorbés dans le tractus gastro-intestinal[37].
      83 % de cet aluminium ayant passé la barrière intestinale sera ensuite peu à peu éliminé, essentiellement via les reins (avec une fonction rénale normale, la dose éliminée varie de 3 à 20 µg l−1 d'urine[38],[39],[40],[41]). Des chélateurs (EDTA, déféroxamineetc.) accélèrent cette élimination. La demi-vie dans l'organisme varie selon l'importance et la durée d’exposition et selon la durée de la redistribution de l’aluminium à partir des organes qui l'ont stocké. Elle peut durer plusieurs années. Elle est triphasique : en phase 1, la moitié de l'aluminium est éliminé en quelques heures, en phase deux, 50 % de ce qui reste est éliminé en quelques semaines, et il faut habituellement plus d'un an pour éliminer la moitié du reste[42].

      Des expériences indépendamment conduites aux États-Unis en Australie et en France ont clairement montré que de l'Al radiomarqué est détecté dans le cerveau d'animaux de laboratoire 15 jour après qu'ils aient consommé une dose d'aluminium équivalente à celle consommée par des humains buvant un unique verre d'eau traitée à l'alun[43],[44],[45].
      La demi-vie dans le sang est normalement d'environ 8 heures, mais si la fonction rénale est altérée, cette durée s'allonge, avec un risque accru d'accumulation délétère dans le corps (cerveau et os en particulier, par ex chez les dialysés)[29].

      Voies d'exposition à l'aluminium et à ses divers composés

      Ce sont principalement les boissons et denrées alimentaires[46], et la source croissante est les additifs alimentaires (chlorure d'aluminium, citrate d'aluminium, maltolate d'aluminium et autres complexes aluminium-acide alimentaire, phosphate d'aluminium, silicate d'aluminium, sulfate d'aluminium et autres espèces d'aluminium. Ils sont dans ces cas utilisés comme colorant de goûters et de desserts tels que croustilles de maïs, glaces, gâteaux, ou encore des bonbons et confitures[46]. On en retrouve dans l'enrobage de comprimés de vitamines et de médicaments et gélules para-médicales[46]. C'est aussi un anti-agglomérant ajouté au sel, au cacao en poudre ou au lait en poudre), ou encore un émulseur qui accroît la fondabilité des fromages, ou un agent levant (des pains, gâteaux et de nombreux autres produits de boulangerie industrielle. Il épaissit des crèmes ou sauces et sert de liant des viandes dans les saucisses et la charcuterie), les légumes marinés ou les fruits confits ; il sert d'agent stabilisant, tampon, neutralisant, texturant et durcisseur[46]. Le fromage fondu de type pré-coupé, emballé individuellement en contient une quantité importante (jusqu'à 50 mg par tranche sont autorisés aux États-Unis et au Canada)[47]. Et de nouveaux produits alimentaires à base d'aluminium sont régulièrement mis sur le marché)[46],[46]. D'autres sources sont certains matériaux en contact avec les aliments, et divers produits cosmétiques (en vente libre) et pharmaceutiques ou chirurgicaux[15]. L'aluminium est aussi absorbé par la peau, lors d'applications topiques à base d'aluminium (dont via des écrans solaires et des déodorants, y compris à base d'alun)[46]. Il est enfin injecté dans le muscle dans le cas de nombreux vaccins injectables (à adjuvant vaccinal aluminique). Les employés de l'industrie de l'aluminium (fonderie en particulier), de l'impression et de l'automobile y sont en outre professionnellement exposés[48]. De l'aluminium est aussi très utilisé comme floculant et clarifiant (souvent sous forme de sulfate d'alumine) par les usines de potabilisation d'eaux de surface et par les stations d'épuration de l'eau)[49],[46]. Une directive européenne[50] a fixé un seuil de précaution de 200 µg/l, à ne pas dépasser dans l'eau du robinet et autres eaux de consommation[49]. En France en 2007, ce seuil était respecté dans plus de 97 % de 381 contrôles. Dans ce pays selon l'AFSSA, « la part de l'exposition à l'aluminium par l'eau de boisson constitue probablement moins de 5 % des apports quotidiens d'aluminium par voie alimentaire de la population »[51]. « Pour les eaux de dialyse, la limite de qualité fixée par la pharmacopée européenne et par la pharmacopée française est de 30 µg/l »[49].

      Biodisponibilité pour l'organisme humain

      Sa biodisponibilité et son taux d'absorption intestinale dépendent de divers facteurs :

      • forme de l'aluminium : métal, vapeur, poudre ou nanoparticules (notamment évoquées depuis les années 2000 pour un usage potentiel comme agent clarificateur des eaux à potabiliser[52], dont lors de la désalinisation solaire[53]), composé organique, minéral ou organominéral, etc. ;
      • type d'acquisition : par ingestion[54] (aliments ou boissons contaminés tels que cacao et produits à base de cacao (33 µg/g dans les années 1980 en Allemagne), les épices (145 µg/g) et les feuilles de thé noir (899 µg/g), la contamination augmentant en général (dans les aliments fréquemment consommés sur le marché allemand) selon l'ordre suivant : boissons > aliments d'origine animale > aliments d'origine végétale ; toujours à des taux réputés sans danger pour des personnes en bonne santé[55], éventuellement par de l'aluminium provenant de couverts, d'emballages, ustensiles et contenants[56],[57]), par inhalation ou percutanée) ;
      • pH ; l'acidité, même légère favorise sa dissolution et son assimilation, par ex en présence d'acide citrique, de citrates[58] ou d'anions inorganiques) aini, éventuellement, que de la matrice (eau, aliments, médicament ou produit de soin, etc.). Ainsi dans l'eau de boisson, le taux d'« aluminium libre » dans une solution d'hydroxyde d'aluminium est mille fois plus élevé à pH 4,2 qu'à pH légèrement alcalin 7,4.
        Au début des années 2000, l'eau du robinet, eau minérale plate et eau minérale gazeuse), des jus de fruits et de boissons gazeuses en Espagne en contenaient de 4,2 à 165,3 µg/l dans l'eau potable (n = 41) ; de 49,3 à 1 144,6 µg/l dans les jus de fruits (n = 47) et de 44,6 à 1 053,3 µg/l dans les boissons gazeuses (n = 88)[59]. Le matériau du contenant (bouteille de verre ou canette métallique) influait aussi sur ces teneurs (le verre étant moins contaminant)[59]. Au vu de la consommation individuelle quotidienne moyenne de ces boissons en Espagne, l'apport alimentaire quotidien en Al ainsi fourni est d’environ 156 µg/personne et par jour[59].
        Une expérience a consisté à cuire dans une casserole en aluminium (telle qu'on en utilise fréquemment en milieu rural dans le monde) du chou rouge avec différents produits alimentaire acides (jus de citron à pH 2,6, vinaigre de vin et vinaigre de pomme à cidre)[55]. Résultat : même une faible acidité augmente la lixiviation de l'aluminium. Le jus de citron fait monter à 5,1 mg/100 g la teneur du chou rouge en Al[55]. La cuisson d'une sauce tomate (avec et sans sucre) fait respectivement grimper la teneur du chou en aluminium à 2,7±0,2 et 4,9±0,2 mg d'Al/100 g de sauce tomate[55] ; après 48 h en récipients d'aluminium au réfrigérateur, ces échantillons montent respectivement à 2,8±0,2 et 5,0±0,2 mg d'aluminium par 100 g de sauce tomate[55].
        Ceci contribue à expliquer que l'absorption intestinale de l'aluminium soit supérieure dans le début du duodénum (là où le bol alimentaire est le plus acide), par rapport au reste de l'intestin[60] ;
      • la présence absence de

        Phytotoxicité

        Dans le monde, environ 50 % des terres arables sont naturellement acides et plus ou moins riches en aluminium natif (latérite, argiles, etc.). Quand le pH est inférieur à 5,0, l'aluminium devient biodisponible pour les plantes : leurs racines absorbent alors des ions Al3+ phytotoxiques (hormis pour des espèces tolérante à l'aluminium) et à partir de 4,5, il commence à être mobile et biodisponible. L'aluminium perturbe le fonctionnement de nombreuses enzymes et protéines végétales, allant jusqu'à empoisonner la plante, par des mécanismes encore mal compris.

        Dans les années 1960-1970 le phénomène de pluies acides a aggravés cette situation, dont en suracidifiant les eaux de surfaces et les lacs (d'Europe du nord notamment), provoquant la dissolution et la destruction d'un plus grand nombre d'ions Al3+, affectant les plantes aquatiques et palustres. En Suède[63] et Norvège[64], ce lien a été scientifiquement établi dès les années 1970. L'acide sulfurique (alors principalement issu de la combustion de charbons et fuels non désoufrés) en se combinant avec le soufre produisait de l'hydroxysulfate d'aluminium phytotoxique[63] selon la réaction suivante :

        .

        Dans ces contextes l'aluminium est un « facteur limitant majeur de la productivité des plantes dans les sols acides »[65]. Dans la cellule végétale, il interagit négativement aussi avec l'adénosine triphosphate (ATP) synthase, de même qu'avec des protéines liées à la paroi cellulaire ; et la glutathion S-transférase (GST6) et la glutathion S-transférase tau 19 (ATGSTU19) peuvent contribuer cette phytotoxicité.

        L'antidote est un apport de calcium exogène. Dès que le pH remonte au-dessus de 5,0 l'aluminium se lie à la surface des silicates (sous forme de cation hydroxy polymère). Dans la plante, le calcium atténue en outre l'inhibition de la croissance végétale induite par l'Al et il diminue l'accumulation du métal dans la plante, via un processus lié à des protéines impliquées dans le cycle de l'acide tricarboxylique (dit TCA)[65]

        Des variétés plus tolérantes à l'aluminium ont été sélectionnées par les agriculteurs traditionnels, et on a récemment produit des plantes transgéniques (ex. : Arabidopsis) rendues plus tolérantes à l'aluminium[66],[67],[68],[69].

        Toxicologie

        Depuis les années 1980 au moins, certains chercheurs et médecins s'inquiètent d'effets sanitaires (avérés et potentiels) de l'aluminium[70],[71], notamment dans les groupes vulnérables tels que les enfants[72], les personnes âgées et les personnes atteintes d'une néphrologie[73]. Il est aujourd'hui clairement considéré comme neurotoxique[74],[75]

        Mécanismes de toxicité

        L'ion aluminium Al3+ est un pro-oxydant assez réactif :

        • il induit des dommages oxydatifs seul (ou en synergie avec le fer, en créant des dommages peroxydants et un stress oxydatif, suite à l'augmentation du peroxyde intracellulaire[76]) ;
        • il se combine à l'ion superoxyde en générant du superoxyde d'aluminium, une espèce plus réactive que le radical superoxyde[76] ;
        • il stabilise l'ion ferreux (Fe2+), empêchant son oxydation en Fe3+[77], or Fe2+ induit une réaction de Fenton très cytotoxique[76] ;
        • il interfère négativement avec l'électrophysiologie cérébrale[78] ;
        • On sait que chez les ions de métaux toxiques, la similitude de taille est plus importante que la similitude de charge pour expliquer les mécanismes de substitution[79]. Or Al3+ est un petit ion à charge fixe élevée, dont la taille (Cf. rayon ionique efficace) permet qu'il se substitue au fer ferrique (Fe3+) et au magnésium (Mg2+), par exemple dans les enzymes et les protéines structurales qui intègrent des métaux essentiels tels que le magnésium (Mg2+) et le fer ferrique (Fe3+)[79].
          On a ainsi montré que la substitution par Al3+ du Mg2+ dans les ATPases et d'autres des trois cents protéines dépendantes du Mg2+ modifie leur activité[80],[81],[82].
          Ceci explique que dans le système circulatoire c'est une protéine de transport du fer qui transporte aussi 80 à 90 % d'aluminium plasmatique (le reste circulant sous une forme liée à l'albumine plasmatique, ou à des molécules de faible poids moléculaire tels que les citrates[83].
          Tant qu'il est lié à ces protéines, Al3+ n'est plus filtré par le rein. De plus la transferrine l'aide à traverser la barrière hémato-encéphalique et à pénétrer les cellules dotées de récepteurs à cette protéine[84]. C'est ainsi que l'Al3+ perturbe le métabolisme intracellulaire du fer et du magnésium dans le cerveau[85],[86] ;
        • Al3+ dégrade aussi le métabolisme du calcium (Ca2+) en interférant négativement avec les voies de signalisation du Ca2+, en bloquant les canaux du Ca2+. Et il entre en rivalité avec ce cation pour les petits ligant tels que les phosphates[87] ;
        • son rapport charge/taille presque maximal implique que l'Al3+ se dissocie des ligands cellulaires 104 fois moins vite que Mg2+ et 108 fois moins vite que Ca2+[79] ;
        • l'aluminium alkylé catalyse des polymérisation (à pression et température ambiante)

          Une accumulation trop élevée d’aluminium dans l’organisme (et il tend à s'accumuler dans le cerveau avec l'âge) peut jouer un rôle dans divers maux comme :

          • certaines encéphalopathie, dont l'« encéphalopathie des dialysés » (ou « démence des dialysés ») observée dès 1972, qui a pu être attribuée en 1978 à l'aluminium contenu dans le dialysat (qui s'ajoute à un apport oral d'hydroxyde d'aluminium visant à contrôler l'hyperphosphorémie du patient)[89]. La réglementation européenne impose maintenant aux centres de dialyse de mieux contrôler l'exposition des dialysés à l'aluminium, ce qui s'est traduit par une diminution de leurs taux sériques moyens, avec une diminution de 61,8 ± 47,5 μg·l-1 en 1988 à 25,78 ± 22,2 μg·l-1 en 1996[89]. L'une de complications au niveau du système nerveux central peut être la myofasciite à macrophages[90] ;
          • l’épilepsie[91], y compris (chez le chat en laboratoire) via une exposition externe (telle qu'une crème riche en aluminium)[92] ;
          • des troubles de mémoire[réf. nécessaire] et de l'apprentissage (selon le modèle animal[60]) ;
          • le psoriasis[réf. nécessaire] ;
          • les insuffisances hépatorénales chroniques ; le foie de rats nourris 1 mois avec des aliments contenant chaque jour 34 ou 50 mg de chlorure d'alumine (AlCl3) par kg de poids corporel présentent des altérations (« dommages pathologiques graves tels que : dilatation sinusoïdale, congestion de la Veine centrolobulaire, accumulation de lipides et infiltration lymphocytaire ») et une augmentation significative des MNHEP, de la phosphatase alcaline, des transaminases (AST et ALT) et de la lactate déshydrogénase (LDH)[93]. Selon cette étude la propolis peut « antagoniser » la toxicité d'AlCl3[93] ;
          • l’anémie (en interférant avec le métabolisme du fer) [réf. nécessaire] ;
          • l’ostéomalacie (os cassants ou mous) [réf. nécessaire] ;
          • des troubles du métabolisme du glucose dans le cerveau[94] ;
          • l'intolérance au glucose [réf. nécessaire] ;
          • certaines pathologies cardiaques. Selon Novaes et al. (2018), l'aluminium bioaccumulé dans l'organisme est cardiotoxique ; avec des lésions cardiaques dose-dépendantes)[95]. Chez le rat l'exposition chronique à l'aluminium peut notamment induire une myocardite, une fibrose du cœur et un dépôt de glycoconjugués. L'aluminium induit un déséquilibre microminéral intense ainsi qu'une oxydation de l'ADN génomique, au sein du tissu cardiaque, de même qu'une dégénérescence étendue des organites dans les cardiomyocytes[95]. Ces anomalies (structurelles et ultrastructurales) du tissu cardiaque entraînant une large perte de parenchyme (qui induit en réaction une expansion stromale compensatoire), un infiltrat inflammatoire diffus, un dépôt anormal de glycoconjugué et de collagène, une subversion et un effondrement de le réseau de collagène, des signes de vascularisation réduite du cœur, un gonflement mitochondrial, une désorganisation des sarcomères, une dissociation des myofilaments et une fragmentation dans les cardiomyocytes[95]. Ce remodelage pathologique continu du cœur exposé chroniquement à l'aluminium pourrait être associé à des effets pro-inflammatoires et pro-oxydants induits par ce métal, selon des mécanismes encore à préciser[95] mais pouvant conduire à l' arrêt cardiaque.

          Ce métal commun est depuis plusieurs décennies soupçonné de jouer un rôle dans la maladie d'Alzheimer pour les patients soumis à une exposition chronique à ce métal[96],[75].

          Effets toxiques dans la vie courante

          Alimentation

          Les apports quotidiens en aluminium varient considérablement selon l'âge et le type et la quantité d'aliments ingérés. La FDA a estimé qu'au début du XXIe siècle, un humain en ingère de 2 à 14 mg par jour (selon l'âge, le sexe et le type de régime alimentaire). À titre d'exemple, selon des estimations récentes :

          • en Europe, un Allemand moyen subit un apport alimentaire égal à environ 50 % de l' apport hebdomadaire tolérable (AHT, établi à 1 mg/kg de poids corporel/semaine pour une personne en bonne santé par l'Agence européenne de sécurité des aliments, l'EFSA)[15]. Les nourrissons et jeunes enfants peuvent légèrement dépasser ce TWI, notamment les nourrissons qui ne sont pas exclusivement allaités au sein et les jeunes enfants soumis à un régime alimentaire riche en soja, sans lactose, ou hypoallergénique)[15]. En ajoutant l'aluminium des produits cosmétiques et pharmaceutiques et des FCM à partir d'aluminium non revêtu, un dépassement significatif du TWI dérivé de l'EFSA (et même du PTWI de 2 mg/kg de poids corporel/semaine proposé par un comité d'experts FAO/OMS sur les additifs alimentaires peut se produire même chez l'adulte. Des taux élevés d'aluminiums ont été constatés chez les adolescents (11-14 ans). Les auteurs de l'étude jugent ce chiffres représentatifs des consommateurs européens et d'autres pays dans le monde (dont en Belgique[97]). Ils rappellent qu'il est toxicologiquement souhaitable de ne pas régulièrement dépasser l'apport tolérable à vie (TWI/PTWI) ; il faut donc réduire l'exposition globale de la population générale à l'aluminium[15] ;
          • aux États-Unis, au début des années 1990 selon le modèle d'exposition alimentaire de la Food and Drug Administration (FDA) Total Diet Study, l'apport journalier d'aluminium variait de 0,7 mg/j pour les nourrissons de 6 à 11 mois, à 11,5 mg/j pour les hommes de 14–16 ans. Et un homme adulte moyen en ingérait 8 à 9 mg/j, alors qu'une femme en ingérait un peu moins (7 mg/j). L'apport provenait surtout des aliments préparés avec des additifs alimentaires à base d'aluminium (produits céréaliers et les fromages fondus en particulier)[98]. Au début des années 1990 toujours, selon Greger[99] : 1 à 10 mg/j proviendraient d'aliments frais (fruits, légumes, viande et poisson non transformés), et 50 % des Américains ingéreraient en outre jusqu'à 24 mg/j d'aluminium sous forme d'additifs ; 45 % ingéreraient de 24 à 95 mg/j et environ 5 % en ingèreraient plus de 95 mg/j ; cette estimation étant alors la première[100] à tenir compte des taux d'aluminium déclarés ajoutés aux aliments par les fabricants eux-mêmes à la fin des années 1970[101] ;
          • un Japonais moyen (en 2006-2010) ingère 41,1 µg/kg et par jour d'aluminium, soit respectivement 2 363 µg/personne et par jour, à comparer à 2,31 µg/kg de poids corporel/jour d'arsenic total, soit 138 µg/kg par personne/jour ; ou 0,260 µg/kg et par jour d'arsenic inorganique, soit 15,3 µg/kg par personne/jour ; ou 0,092 8 µg/kg et par jour de plomb, soit 5,40 µg/kg par personne/jour[102].
            L'apport journalier variant selon le sexe (TA, Pb et Al) principalement en raison de la quantité d'aliments ingérés[102] ;
          • au début du XXIe siècle, 30 % des Chinois absorbaient trop d'aluminium, dépassant la ration hebdomadaire tolérable provisoire (PTWI)[103] ;
            À Hong Kong, l'analyse de 256 échantillons de nourriture de plats préparés ou de boulangerie présentaient des taux élevés d'aluminium (pain / petit pain / gâteau cuit à la vapeur en contenaient en moyenne 100–320 mg/kg), et les muffins, crêpes / gaufres, tarte à la noix de coco et gâteaux en moyenne : 250, 160, 120 et 91 mg/kg respectivement ; les méduses (en plat préparé) en contenaient en moyenne 1 200 mg/kg. Des additifs alimentaires contenant de l'aluminium étaient souvent très utilisés dans ces produits. À ces sources s'ajoutent les sources alimentaires naturelles, les matériaux en contact avec les aliments ou d'autres tels que la boisson. Les auteurs ont conclu qu'« un risque pour certaines populations consommant régulièrement des aliments contenant des additifs alimentaires contenant de l'aluminium ne peut être exclu »[104].

          On sait au moins depuis les années 1990 que la cuisson d'aliments acides en contact avec une feuille d'aluminium (en papillote…) ou le contact de marinades ou sauces acides (sauce tomate par ex.) avec ces feuilles est l'une des principales sources de contamination de nos aliments en aluminium[105],[106],[107],[108],[73].

          L'aluminium est aussi abondamment utilisé comme additif et colorant (colorant alimentaire), son numéro SIN est E173[109],[110].

          Cosmétiques

          On dénombre plus de 25 substances composées d'aluminium susceptibles d'être présentes dans des produits cosmétiques, notamment dans les déodorants (sous forme de sels d'aluminium). Parmi celles-ci, le chlorohydrate d’aluminium est l’une des plus utilisées pour ses propriétés antitranspirantes[111].

          Rapport d'expertise de l'Afssaps (2011)

          Un rapport de l'Afssaps publié en 2011 souligne le manque de données pertinentes quant au risque que représente l’absorption cutanée de l’aluminium contenu dans les produits cosmétiques. Il déplore la « qualité insuffisante des études publiées » et le fait que celles-ci ne répondent pas aux exigences actuelles[111]. Un autre rapport de la Commission européenne datant de 2014 va également dans de sens[112].

          Cependant, sur la base de données chez l'Homme, le rapport de l'Afssaps détermine à 1,2 % la concentration maximale en aluminium ne présentant pas de risque osseux ou neurotoxique, pour une application quotidienne à long terme de produit cosmétique[111].

          Il ajoute que les données épidémiologiques ne permettent pas d'établir un lien concluant entre exposition cutanée et orale à l'aluminium et l'apparition d'un cancer[111].

          L'Afssaps recommande finalement :

          • aux producteurs de cosmétiques, de limiter la concentration d'aluminium dans les produits déodorants et anti-transpiration à 0,6 % (la limite légale, concernant uniquement le chlorhydrate d'aluminium et le zirconium anhydre, est de 20 %)[111] ;
          • aux consommateurs, d'éviter par précaution d'utiliser des cosmétiques contenant de l'aluminium sur des peaux lésées ou irritées (par exemple après le rasage, ou toute autre lésion cutanée de type micro-coupures). Le rapport préconise également que cette recommandation figure sur les conditionnements des produits concernés

            Une étude parue en dans la revue scientifique Journal of Applied Toxicology publiant des articles de recherches originales concernant la toxicologie montre in vitro les effets néfastes des sels d’aluminium (chlorhydrate d’aluminium et chlorure d'aluminium) sur les cellules épithéliales mammaires humaines[113].

            Vaccins et dispositifs médicaux

            Des cas particuliers sont certains adjuvants de vaccins, et l’eau pour la dilution des concentrés pour hémodialyse, lorsqu’elle provient d’une station de production inefficace, ainsi que les poches de nutrition parentérale. Dans ces derniers cas, l'aluminium est directement injecté dans le système sanguin ou dans le muscle (autrefois la vaccination pouvait être sous-cutanée, mais elle est devenue intramusculaire)[114].

            La campagne massive de vaccination à la suite de la grippe A (H1N1) de 2009-2010 a relancé la polémique sur les risques de santé liés à cet élément, car 47 % des vaccins commercialisés contiennent comme adjuvant de l'aluminium[115].

            En 2004, après une étude épidémiologique, le Conseil de l'AFSSAPS[116] conclut qu'en l'état actuel des connaissances, aucun syndrome clinique spécifique n'est retrouvé associé à la vaccination avec des vaccins contenant des adjuvants aluminiques.

            En 2013, selon un rapport « Aluminium et vaccins » du Haut Conseil de la santé publique (HCSP), les données scientifiques disponibles ne permettent pas de remettre en cause la sécurité des vaccins contenant de l’aluminium. Le HCSP met en garde contre « les conséquences, en matière de réapparition de maladies infectieuses, […] résultant d’une remise en cause des vaccins contenant de l’aluminium en l’absence de justification scientifique[117] ».

            En 2016, l'Académie de pharmacie a produit un rapport sur les adjuvants aluminiques de vaccins. Elle constate aussi que le lien de cause à effet entre la présence persistante de l'aluminium au niveau du site d'injection du vaccin et son incorporation du métal dans les macrophages, et la MFM n'est pas démontré[118].

            Lors de certaines opérations chirurgicales ou médicales, des appareils réchauffent des fluides ou du sang à perfuser aux patients. Certains matériels (ex en 2019 : enFlow IV fabriqué par Vyaire Medical utilisent de plaques d'aluminium non revêtues ; à n'utiliser « que si aucune alternative n'est disponible en raison du risque de toxicité de l'aluminium, a averti l'agence britannique des dispositifs médicaux » ; ces plaques libèrent dans les solutions d'électrolyte équilibrées qui entrent en contact avec elles des taux d'aluminium potentiellement nocifs pour le patient[119].

            The Keele Meetings on Aluminium

            En Grande-Bretagne, à l'université de Keele, The Birchall Centre abrite, depuis 1992, The Bioinorganic Chemistry of Aluminium and Silicon research qui étudie les effets de l'aluminium sur la santé humaine, et organise, depuis 2005, un colloque annuel, le Keele meeting qui fait le point sur ses découvertes[120].

            En 2015, le 11e Keele Meeting[121], tenu du au , à l'université de Lille, « alerte sur les risques croissant de l’aluminium sur la santé humaine. Les suspicions de toxicité deviennent des certitudes » :

            « Il est essentiel que nous levions le sujet de l'écotoxicité de l'aluminium et de son rôle dans les maladies humaines et plus particulièrement celles du système nerveux central dont la maladie d'Alzheimer. Il est évident que nous sommes confrontés quotidiennement à l'aluminium dans des domaines où son innocuité n'a jamais été testée et encore moins démontrée comme la vaccination, l'immunothérapie et les cosmétiques »

            — Christopher Exley, professeur en chimie bioinorganique à l'université de Keele (Grande-Bretagne) et directeur scientifique du meeting)[122].

            État des connaissances toxicologiques

            • Le groupe Nerf-Muscle du département de pathologie de l'hôpital Henri-Mondor de Créteil, et le groupe d’études et de recherche sur les maladies musculaires acquises et dysimmunitaires (GERMMAD) de l’Association française contre les myopathies décèlent un syndrome qu'ils appellent « myofasciite à macrophages » (MFM), qui sera histologiquement défini en 1998 puis médicalement défini en 2003[123].
            • , la direction générale de la Santé (DGS, ministère de la Santé) saisit les agences de sécurité sanitaire (Afssaps/Afssa/InVS) à propos des risques de l’aluminium pour la population (notamment concernant la maladie d'Alzheimer).
            • Fin 2000, l’Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé (Afssaps) décide de faire un point sur l'aluminium dans les produits de santé (voir rendu du rapport en 2003)
            • En 2001, des indices forts penchent en faveur d'une hypothèse associant l'aluminium contenu dans les vaccins à la myofasciite à macrophages car il est retrouvé dans des biopsies musculaires[124].
            • En 2003, dans le rapport « Évaluation des risques sanitaires liés à l’exposition de la population française à l’aluminium » (Afssaps/Afssa/InVS 2003), l'agence conclut qu'on manque encore de données pertinentes quant à l’absorption cutanée de l’aluminium contenu dans les produits cosmétiques. L'Afssaps décide de s'auto-saisir du sujet. L'InVS concluait à un manque de données suffisantes pour confirmer ou infirmer les conséquences de l’aluminium sur la santé. Par exemple, la qualité des eaux de boisson est très suivie, mais non les effets des emballages en aluminium[125].
            • En 2004, une étude de Darbre et al. (2003) évoque un risque de cancérogénicité pour le sein chez les femmes utilisant des antitranspirants à base d’aluminium. La DGS interroge l'Afssaps à ce sujet.
            • En , l'Afssaps, via un rapport[126] sur l'« Évaluation du risque lié à l'utilisation de l'aluminium dans les produits cosmétiques » demande aux fabricants de déodorants et d'antiperspirants de diminuer la teneur de ces produits en composés d'aluminium (l'industrie des cosmétiques est susceptible d'utiliser au moins vingt-cinq composés de l’aluminium, dont principalement le chlorohydrate d'aluminium comme antitranspirant. L'aluminium provoque une rétraction des pores et a une action bactéricide) ou de le remplacer par des alternatives. Selon l'Afssaps, 18 % des sels d’aluminium d'un déodorant traversent la peau blessée ou irritée (après rasage ou épilation par exemple). L'Agence demande qu'un avertissement figure sur les boites, et demande aux fabricants de ne pas dépasser 0,6 % du produit alors que certains déodorants contiennent jusqu'à plus de 20 % d'aluminium. En 2012, aucune de ces recommandations n'avait été suivie par les grands industriels de la cosmétique. L'Afssaps a intégré pour former son nouvel avis la « récente étude d’absorption cutanée fournie par les industriels du secteur cosmétique, donnée manquante dans le rapport de 2003 », et « une synthèse des données toxicologiques, en partie basée sur le récent avis émis par l'Autorité européenne de sécurité des aliments » (EFSA)[127],[128].
            • En , France 5 diffuse un documentaire, Aluminium, notre poison quotidien[129], qui fait le point sur l'exposition des populations aux sels d'aluminium solubles. À cette occasion, une association de médecins, l'Association Santé Environnement France, alerte sur l'importance de sensibiliser sur la toxicité de ce métal.
            • Le , TF1 diffuse lors du Journal de 20 heures un reportage[130] qui indique que le Dr Olivier Guillard et le Pr Alain Pineau ont prouvé que les sels d'aluminium (chlorhydrate d’aluminium et chlorure d'aluminium) contenus dans les déodorants et antitranspirants passent dans le sang et ce d'autant plus facilement quand la peau est lésée, épilée ou rasée. Cette découverte a fait l'objet de plusieurs publication dans des revues scientifiques : Toxicology Mechanisms and Methods[131] et dans Journal of Inorganic Biochemistry[132] Selon ce même reportage, les industriels du cosmétique quant à eux considèrent qu'il n'y a aucune raison de remettre en cause leurs pratiques.
            • En
              Une des premières statues coulées en aluminium (1893), L’Ange de la charité chrétienne souvent appelé Eros trônant sur le Shaftesbury Memorial situé à Piccadilly Circus, à Londres.

              En tonnage et en valeur, l’aluminium est le métal le plus utilisé après le fer, grâce à sa légèreté et sa bonne conductivité électrique et thermique. L’aluminium pur est mou et fragile et donc facilement déformable, mais avec des petites quantités de cuivre, magnésium, manganèse, silicium et d’autres éléments, il peut former des alliages aux propriétés variées.

              Parmi les secteurs utilisant l’aluminium, on peut citer :