Thallium

Thallium
Thallium dans une ampoule.
Mercure ← Thallium → Plomb In     81 Tl                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Tl ↓ Nh Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Tl
Nom	Thallium
Numéro atomique	81
Groupe	13
Période	6e période
Bloc	Bloc p
Famille d'éléments	Métal pauvre
Configuration électronique	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 18, 32, 18, 3
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	204,383 3 ± 0,000 2 u
Rayon atomique (calc)	190 pm (156 pm)
Rayon de covalence	145 ± 7 pm
Rayon de van der Waals	196 pm
État d’oxydation	3,1
Électronégativité (Pauling)	1,62
Oxyde	basique
Énergies d’ionisation
1re : 6,108 194 eV	2e : 20,428 3 eV
3e : 29,83 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 203Tl 29,524 % stable avec 122 neutrons 204Tl {syn.} 3,78 ans β- ε 0.764 0.347 204Pb 204Hg 205Tl 70,476 % stable avec 124 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	solide
Masse volumique	11,85 g·cm-3 (20 °C)
Système cristallin	Hexagonal compact
Dureté (Mohs)	1,2
Couleur	Blanc-gris
Point de fusion	304 °C
Point d’ébullition	1 473 °C, 1 456,9 °C
Énergie de fusion	4,142 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	164,1 kJ·mol-1
Volume molaire	17,22×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	3,805×10-6 Pa à 577 K
Vitesse du son	818 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique	129 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	6,17×106 S·m-1
Conductivité thermique	46,1 W·m-1·K-1
Solubilité	sol. dans H2SO4 concentré chaud
Divers
No CAS	7440-28-0
No ECHA	100.028.307
No CE	231-138-1
Précautions
SGH
État pulvérulent : Danger H300, H330, H373, H413, P260, P264, P284, P310 et P301+P310 H300 : Mortel en cas d'ingestion H330 : Mortel par inhalation H373 : Risque présumé d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H413 : Peut entraîner des effets néfastes à long terme pour les organismes aquatiques P260 : Ne pas respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P264 : Se laver … soigneusement après manipulation. P284 : Porter un équipement de protection respiratoire. P310 : Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P301+P310 : En cas d'ingestion : appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin.
SIMDUT
Produit non classé La classification de ce produit n'a pas encore été validée par le Service du répertoire toxicologique Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
Transport
60    3288    Code Kemler : 60 : matière toxique ou présentant un degré mineur de toxicité Numéro ONU : 3288 : SOLIDE INORGANIQUE TOXIQUE, N.S.A. Classe : 6.1 Étiquette : 6.1 : Matières toxiques Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le thallium est l'élément chimique de numéro atomique 81, de symbole Tl. Il appartient au groupe 13 du tableau périodique ainsi qu'à la famille des métaux pauvres. C'est un métal hautement toxique, autrefois rare dans la biosphère, mais largement dispersé dans l'environnement depuis le début de l'ère industrielle, principalement sous forme de Tl(I) et Tl(III), ce qui en fait un polluant persistant devenu préoccupant dans l'eau, l'air, les sols, les écosystèmes et nos aliments (fruits, légume et produits d'origine animale).
Encore plus toxique que le mercure et le plomb, il est très soluble dans l'eau, bioaccumulable, très réactif quand il est exposée à l'humidité de l’air et il libère des ions thallium dans des conditions ambiantes, ce pourquoi, il est maintenant classé « polluant prioritaire » dans un nombre croissant de pays, et notamment par l'Environmental Protection Agency (EPA, États-Unis) et la directive-cadre européenne sur l'eau.

Histoire

Le thallium a été découvert par le chimiste anglais William Crookes en 1861 en Angleterre alors que celui-ci étudiait par spectroscopie la lumière émise par un minerai de sélénium chauffé. Claude-Auguste Lamy est le premier à isoler, la même année à Lille, 14 grammes de thallium métallique.

Son nom thallium, en latin scientifique, provient du grec θαλλός thallos « bourgeon », du fait de sa ligne spectrale d'émission vert brillant (le même étymon a donné en français le mot thalle « branche verte »).

Au XX^e siècle, il a surtout été utilisé comme poison et pesticide, puis de plus en plus dans les hautes technologies.

Caractéristiques notables

Morceaux de thallium dans une ampoule.

C'est un métal gris, malléable, très tendre (se coupe au couteau) qui ressemble au plomb et se ternit comme lui lorsqu'il est exposé à l'air.

Caractéristiques physiques

• Corrélation pour la masse volumique du liquide est donnée dans la référence
• Des équations d'état relatives aux propriétés sur la courbe de pression de vapeur saturante sont données dans la référence
• Des équations d'état décrivant la viscosité dynamique du liquide et du gaz sont données dans la référence
• L'équation d'état décrivant le coefficient d'auto-diffusion du liquide le long de l'isobare atmosphérique est donnée dans la référence

Le potentiel d’oxydation pour la réaction Tl(I) à Tl(III) est très faible (-1,28 V), et les halogénures Tl(I) ont une énergie de réseau beaucoup plus élevée que les halogénures Tl(III) (Lin et Nriagu 2011.

Isotopes

Le thallium possède 37 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 176 et 212, et 42 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, seuls deux, ²⁰³Tl et ²⁰⁵Tl, sont stables et constituent la totalité du thallium naturel (si l'on excepte les traces de radioisotopes naturels à faible durée de vie, issus des chaînes de désintégration des isotopes de l'uranium et du thorium), dans un ratio 30/70. La masse atomique standard attribuée au thallium est de 204,383 3(2) u.

Les isotopes stables du thallium (Tl) (205Tl et 203Tl) peuvent être utilisé pour identifier l'origine d'une pollution ; la concentration de Tl et son fractionnement isotopique ont été étudiés, mais la compositions isotopiques du thallium (son « empreinte digitale ») dépend aussi des processus du sol (ex : les oxydes de Mn(III,IV) spécifiques (principalement la birnessite), en raison de leur capacité potentielle de sorption oxydative de Tl, c'est-à-dire, indiquant que les réactions redox Tl sont un facteur de contrôle critique du fractionnement des isotopes stables de Tl dans les sols et sédiments). Les plantes de la famille Brassica sont hyperaccumulatrices de Tl, et on constate chez elle un fractionnement isotopique de Tl tout au long de la voie de translocation du sol vers le haut de la plante. « Jusqu'à présent, une tendance claire a été observée avec les compositions isotopiques de Tl chez les plantes cultivées sur des sols contaminés et celles cultivées sur des sols non contaminés, indiquant l'importance du milieu de culture sur l'absorption, la translocation et le fractionnement isotopique de Tl ».

Utilisations

En 2004, la production volontaire de thallium aurait été de 12 t environ dans l'année xxx ; il a de nombreux usage :

• Industrie verrière : Lié au soufre et à l'arsenic, le thallium sert d'agent fondant (abaissant la température de fusion du verre à environ 150°C). Il sert aussi dans la production de fibre de verre ;
• Métallurgie : ajouter du thallium à certains métaux augmente leur résistance (à la déformation mais aussi à la corrosion) ;
• Chimie de synthèse : le Tl y est un intermédiaires dans la production de produits chimiques ;
• Thermomètre : formant avec le mercure, un eutectique restant liquide jusqu'à −60 °C, le mélange Hg (91,5 %)-Tl (8,5 %) est utilisé dans les thermomètres dans les régions très froides ;
• semi-conducteurs : le Tl est utilisé dans les cellules photoélectriques et comme activateur dans certains cristaux photosensibles ;
• technologies de l'infrarouge : les halogénures de thallium (chlorure, bromure et iodure) étant transparents au rayonnement infrarouge, ils servent à fabriquer des fenêtres d'entrée pour les détecteurs infrarouge, notamment sous forme de sulfure Tl₂S ;
• Éclairage et lasers : le thallium est utilisé dans certaines lampes à halogénures métalliques sous forme d'iodure de thallium (qui donne une émission lumineuse verte), dans les lampes à arc au mercure, et dans certains lasers ;
• supraconducteurs (à haute température) ;
• Gammadétection : le Tl est un « activateurs » dans les détecteurs de rayonnement gamma (scintillomètre) ;
• Le thallium 201 est un isotope radioactif se fixant notamment sur le muscle cardiaque ; il est donc utilisé en scintigraphie cardiaque pour l'étude de la perfusion ou de la viabilité myocardique ;
• Caméras de télévision : des sels de thallium sont présents dans les capteurs de type vidicon et plumbicon.
• minéralogie, Le thallium est un composant de la liqueur de Clérici, qui sert à séparer différents minéraux ;
• alliages avec d’autres métaux (dont en joaillerie) ;
• composant de pigments, colorants et certains feux d’artifice.

Une évaluation canadienne de 2020 a aussi retrouvé du thallium dans des produits mis sur le marché dans des médicaments et produit radiopharmaceutique destinés aux patients et comme ingrédient médicinal dans certains produits de santé autorisés, mais aussi comme composant de certains matériaux d’emballage alimentaire.

Parmi ses composés les plus utilisés figurent notamment

• le Sulfate de thallium (I) (TI2SO4, hautement toxique, n° CAS=10031-59-1),
• le Thallure de sodium (NaTI),
• l'Alkoxyde thalleux,
• l'acétate de thallium (n° CAS:563-68-8),
• le chlorure de thallium (²⁰¹TlCl ; n°CAS:7791-12-0). A titre d'exemple : le Canada a évalué qu'entre 100 et 1000 kg/an de chlorure de thallium ont été fabriqués dans le pays (où la limite de déclaration et de 100 kg/an) en 2011 ; et moins de 30 kg de thallium y aurait été importés en 2017).

Concentration croissante et préoccupante dans l'environnement

La croûte terrestre en renferme environ 10^-4% (« concentration moyenne de concentration moyenne de 0,7 mg/kg ». selon Santé Canada), ce qui le classe en 61e position par ordre d'importance dans la liste des éléments. Les minéraux contenant du thallium (lorandite, crookésite, etc.) sont très rares, mais dans les minerais sulfurés massivement extraits du sous-sol par l'industrie, on le retrouve plus concentré dans le minerai de zinc, de cuivre, de fer et de plomb, et il est aussi présent dans les carburants fossiles. Les cendres de pyrite utilisées par les cimenteries peuvent en contenir des quantités significatives.

Dans les régions industrialisées, tous les compartiments de l'environnement terrestre et des zones humides notamment sont touchés, comme le montrent les analyses faites sur les têtards et des crapauds (jeunes et adultes) vivant près d'une fonderie de zinc polonaise

Selon Dmowski et al. (2002), au début du XXIème siècle, environ 5000 t de thallium étaient injectées dans l'environnement mondial dont environ 1000 t venait de la combustion du charbon selon Galván-Arzate et Santamaria en 1998 ; ou Querol et al. en 1995. La plupart de ce thallium est émis sous forme de sulfure (environ 70 %), le reste sous forme d'aluminosilicates ou lié à des composés organiques.

Dans l'environnement industriel, les scories et cendres de charbon contiennent les taux les plus élevées de thallium ; quand on brûle le charbon pour fondre du métal ou produire du ciment, le thallium s'oxyde à haute température puis se condense à la surface des particules de cendres à basse température qui adsorbent le thallium des gaz chauds, c'est pourquoi les cendres volantes en contiennent tant (2 à 10 fois plus que le charbon avant combustion selon Cvjetko et al. en 2010 et Finkelman en 1999. Ce dernier a estimé qu'à la fin du XXème siècle les ressources mondiales de thallium dans le charbon s'élevaient à environ 630 000 tonnes. À titre d'illustration, dans le années 1990, les taux de thallium des cendres volantes d'une cimenterie polonaise variaient de 18 à 40 mg kg−1  ; les cendres du filtre des cheminées d'un four rotatif de l'usine minière-métallurgique «Bolesław» en contenaient encore pus (en moyenne 882 mg kg−1) ; et Kicińska (2009) note que les cendres d'un four de frittage en contenaient jusqu'à 5 % en poids sec.

La teneur d'un milieu et/ou d'un organisme vivant en thallium dépend de plusieurs facteurs (environnementaux naturels, mais surtout anthropiques), encore en cours d'exploration.

Au milieu des années 2010, selon l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP), sa spéciation et donc sa mobilité et sa cinétique environnementales, de même que ses interactions (adsorption/complexation...) avec la matière organique naturelle et les minéraux argileux sont encore mal connus mais font l'objet de recherches

Dans les milieux aquatiques

Dans l'eau le thallium peut avoir deux états d’oxydation :

1. thalleux monovalent Tl(I) (c’est-à-dire Tl+) ;
2. thallique trivalent Tl(III) (c’est-à-dire Tl3+).

« L’ion Tl(I), hautement soluble et faiblement réactif, est l’espèce de thallium la plus biodisponible dans les milieux aquatiques et terrestres. La précipitation de Tl(OH)3 inerte pourrait être un mécanisme efficace pour éliminer le thallium de l’eau. Cependant, le thallium peut être remobilisé depuis les sédiments et pénétrer dans la colonne d’eau dans des conditions anoxiques où le Tl(III) sera réduit en Tl(I). Par conséquent, cette évaluation préalable porte essentiellement sur le Tl(I) ».

En 2022, en Chine (pays particulièrement touché par cette pollution en raison du développement des industries extractives, d'une utilisation massive de charbon et de l'étendue des champs et des rizières facilement polluées par le thallium), les scientifiques estiment, sur la base de traçages isotopiques notamment, que'« alors que le contrôle de la pollution par le thallium a été négligé dans le monde entier, d'innombrables polluants contenant du Tl ont été rejetés dans l'environnement, mettant en danger la sécurité de l'eau potable, des sols des terres agricoles et de la chaîne alimentaire, et posant finalement une grande menace pour la santé humaine ». Le traçage isotopique du thallium environnemental montre qu'il provient en grande partie de couches géologiques plus ou moins profondes, du fait des activités humaines extractives (industrie pétrolière, industrie du charbon et « activités industrielles à haute température »), et via certaines eaux hydrothermales. Ils suggèrent un monitoring de ce métal dans l'environnement, basé sur le traçage isotopique afin de cartographier et contrôler les sources de cette pollution dans les scénarios de contamination élevée par le thallium (tels les systèmes agricoles, forestiers, l'eau et les sédiments et l'air).

Dans les eaux de surface et de nappe, l'une de ses sources anthropiques importantes (et chronique) est le drainage minier acide.

En Pologne (localement très contaminée par la combustion du charbon), dans les années 1990 et au début des années 2000, les eaux fluviales en contiennent de 5 à 17 ng L−1 et l'eau de mer de 10 à 15 ng L−1 . Le lac d'Ohrid en contenait en moyenne 0,5 μg L−1, contre 0,3 μg·L−1 pour des échantillons prélevés près de Ljubanista. L'eau du robinet de Skopje (Macédoine) en contenait 0,18 μg L−1 en moyenne alors que celle de Silésie-Cracovie variait de 0,16 à 3,24 μg L−1 , pendant qu'outre atlantique, dans le Michigan, les rivières Huron et Raisin en contenaient (attention : ici échelle en nanogramme et non en microgramme) de 21 jusqu'à 2621 ng L−1

Dans l'air

Le thallium est présent à de très faibles doses (ng/m3 dans les aérosols et les particules atmosphériques), ou à taux plus élevé dans le zones urbaine, industrialisées (métallurgiques et minières notamment) où le thallium est émis dans l'air sous forme de poussières, de vapeurs ou de liquides puis retrouvé dans l'air (ainsi dans les années 1980, les aérosols du centre-ville de Katowice en contenaient 66 μg m−3 en moyenne, et bien plus à proximité des fonderies de métaux alors que la norme air (seuil à ne pas dépasser) est de 0,1 mg m−3 selon l'OSHA en 2015.

Dans les sols

On cite souvent les contextes miniers, industriels et d'utilisation intense de combustibles fossiles comme source de contamination environnementale du sol par le thallium, mais on a montré que les résineux stockent du thallium tout au long de leur vie, qu'ils peuvent relarguer via leur utilisation en « bois énergie », et en 2015 des chercheurs ont montré qu'en région calcaire, la minéralisation du substrat géologique carbonaté (minéralisation qui croît avec l'Acidification des sols et l'acidification des pluies et la température, 3 facteurs en hausse en raison du réchauffement climatique) est une source significative voire très importante de Tl dans la couche arable (0–20 cm) : à titre d'exemple, on en a retrouvé de 100–1000 mg/kg dans la zone la plus touchée, là où les concentrations dans le sous-sol montaient jusqu'à 6000 mg de Tl par kg de roche carbonatée minéralisée, dans les horizons de sol contenant de la roche altérée (de la jarosite et l'avicennite partiellement substituées par Tl(I) (Tl₂O₃) ont été identifiés comme formes minérales secondaires du thallium issus d'une altération par minéralisation sulfurée Tl–As–Fe encaissée dans la roche carbonatée à partir de laquelle le sol s'est développé.
On sait aussi que sous forme Tl(III), le thallium peut être séquestré dans les oxydes de Mn et et que sous forme Tl(I), il peut être absorbé ou adsorbé par une argile (illite, ce qui est le mécanisme dominant de "puits de thallium" dans les matériaux de la couche arable « probablement parce que les charges de Tl du sol dépassaient la capacité de ce mécanisme d'absorption ».
Le taux de thallium dans les échantillons de CaCl₂ 10 mM croissent avec l'augmentation du taux de Tl dans le sol et avec la diminution du pH du sol (acidification), mais sans variations drastiques selon la spéciation du Tl.

Toxicité, écotoxicité

Thallium métallique corrodé

Enjeu de santé environnementale

Les suivis environnementaux montrent que la concentration de thallium dans l'atmosphère augmente, avec des pics locaux (par exemple, on a montré que les aliments cultivés aux alentours des cimenteries allemandes étaient contaminés et causaient une élévation significative de l'exposition au thallium des personnes vivant à proximité ou consommant ces aliments). La combustion du charbon et de carburants fossiles est l'une des sources de ce thallium.

Or, le thallium est un élément non-essentiel, encore plus toxique pour l'homme que le mercure, le cadmium ou le plomb (sa concentration maximale admissible a été fixée à 0,1 mg mL−1).

Il cause de nombreuses intoxications accidentelles, professionnelles, criminelles ou thérapeutiques depuis sa découverte (1861). Comme ses voisins chimiques (mercure et plomb), il fait partie des métaux lourds et comme eux, c'est notamment un neurotoxique central cumulatif pour le système nerveux central des mammifères. Selon le modèle animal, même à faible dose (sub-toxique), il perturbe le fonctionnement musculaire ; et il se montre hépatotoxique chez l'être humain, reprotoxique (facteur de délétion de la spermatogenèse) et cardiotoxique.

Il se comporte chimiquement comme le plomb et l'argent mais aussi comme certains métaux alcalins tels que K, Rb, et Cs ; dans l'organisme, l'ion Tl⁺ se substitue au potassium. La toxicité de tous ses composés semble principalement causée par la similitude de la structure des ions thallium(I), toxiques, à celle des ions potassium qui sont eux vitaux, faisant qu'il perturbe ou bloque des processus métaboliques vitaux dépendants du potassium.

Dans les eaux naturelles, il est surtout présent sous forme de cation monovalent très soluble ; et Le thallium et ses composés « présentent une solubilité dans l'eau plus élevée que les autres métaux lourds », les poissons, notamment, y sont vulnérables ; ils sont donc facilement et communément transportés dans les différents compartiments de l'environnement et de la chaine alimentaire par l'eau (notamment à partir d'effluents de mines de métaux de base, mais il et pas ou mal éliminé par les méthodes traditionnelles de traitement des métaux lourds dans les eaux usées (de nouvelles techniques d'épuration du thallium sont recherchées et testées). Certains le considère comme l'un des risques cachés mais préoccupants pour l'environnement et la santé.

Seuils de teneurs environnementales à ne pas dépasser pour le thallium (en 2004)

Texte de l’en-tête	Seuil de sécurité pour le thallium environnemental	Source
Eau potable	2 μg L−1	USEPA (2015), Xiao et al. (2004)
Sol arable	1 mg kg−1	CCME (2003), Xiao et al. (2004)
Végétal	0.008–1.0 mg kg−1	Kabata Pendias and Pendias (1992)
Plantes alimentaires	0.03–0.3 mg kg−1	Kabata Pendias and Pendias (1992)
ou ADI pour average daily intake)	2 μg jour−1	Sabbioni et al. (1984), Xiao et al. (2004)
seuil oral (Oral reference dose)	0.056 mg jour−1	Risk Assessment Information System (RAIS, 2003 (2003) Toxicity profiles ; Xiao et al. (2004)

L’Agence fédérale allemande de l'environnement a produit une « valeur guide » (à pas dépasser pour la santé humaine, valeur utilisée pour la biosurveillance humaine) : 6,4 µg/g de créatinine.

Chez l'Humain

Ingérer plus de 1,5 mg de thallium par kg de masse corporelle suffit à tuer un humain.
Chez l'Humain, le thallium « cible » principalement les os, les reins et le système nerveux, en y perturbant notamment plusieurs enzymes vitaux, avec comme conséquences les plus communes des ulcères gastriques et intestinaux, l'alopécie, des polyneuropathies, ou encore des troubles astraux, insomnie, paralysies, amaigrissement, hémorragies internes, lésions myocardiques pouvant conduire à la la mort. Des taux accrus de Tl chez la femme enceinte semblent induire un risque accru de faible poids à la naissance.

Le taux de thallium de l'urine humaine est normalement inférieur à 1 μg/g de créatinine et la plage de concentration « habituelle » de thallium dans l'air respiré par les humains est estimé compris entre 5 et 10 ng/g. Les taux urinaires médians et pour le 95e percentile de thallium de 0,21 et 0,55 µg/g de créatinine chez les Canadiens

Pour ces raisons notamment, et en raison de l'augmentation des taux de ce polluant dans l'eau, les sols et les aliments, des scientifiques appellent à urgemment et strictement renforcer le monitoring environnemental de ce métal.

Dans la nature et notre environnement

L'océan et les sédiments profonds sont le « puits naturel » de thallium (on en trouve notamment dans les sédiments et les nodules sous-marins de manganèse), et les sources naturelles de Thallium « naturellement » (ré)injecté dans l'environnement sont essentiellement le volcanisme, les geyser et certains affleurements géologiques riches en métaux lourds. La part des sources anthropiques et naturelles du thallium dans le réseau trophique est encore en partie mal connue, mais il y a consensus sur le fait que es apports anthropiques sont importants et en croissance régulière, provenant surtout de l'industrie minière et métallurgique (fusion de pyrites, fusion et affinage des métaux), des cimenteries et d'autres installations brûlant des carburants fossiles et/ou produisant ou utilisant des cendres volantes ; Dans le sol des régions industrielles, les taux de Tl peuvent atteindre 73 ppm (contre 0,08 à 1,5 ppm zones non polluées). Les météorites en contiennent aussi.

Slon Santé Canada (2020) : « Les concentrations chroniques estimées sans effet (CESE) du thallium pour les organismes aquatiques ont été obtenues à partir d’études d’écotoxicité fiables. L’information actuellement disponible sur la toxicité du thallium pour le sol indique qu’une CESE identique à la recommandation du CCME (Conseil canadien des ministres de l’Environnement) de 1999 protège les organismes endogés et les plantes de l’environnement canadien (...) le thallium peut causer des dommages écologiques dans l’environnement aquatique en raison de son rejet par de multiples secteurs sur des sites partout au Canada ».

Dans les eaux

À titre d'exemple, en 2011, dans le sud-ouest de l'Angleterre, le thallium (Tl) a été dosé dans des échantillons (filtrés et non filtrés) d'eau de pluie, d'eau du robinet, de rivière, d'estuaire, d'eaux usées et d'effluents de décharges. Dans cette région, le Tl dissout était le moins présent (<20 ng L−1) dans l'eau du robinet, l'eau de pluie, les eaux usées traitées et les effluents de décharges, les eaux estuariennes et de rivières drainant les bassins versants de grès et de schistes. Mais des concentrations allant jusqu'à environ 450 ng L−1 ont été dans les eaux de bassins versants en partie minéralisés et là où ont existé des mines (jusqu'à 1400 ng L−1 ont été trouvés dans l'eau d'une mine abandonnée). Comparé à d'autres éléments trace métalliques mesurés par cette étude (ex : As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn), le thallium montrait une faible affinité pour les particules en suspension. L'étude a aussi montré qu'il échappe aux traitement conventionnel des eaux minières (précipitation d'hydroxyde).

On a récemment aussi montré en Pologne que des eaux de forage remontées de grande profondeur ou contaminées par exemple par des eaux colorées du Miocène issues du « charbon brun du Miocène » sont une source importante de thallium (avec des concentrations de 2 à 3 ordres de grandeur supérieures à celles des eaux de surface, mais où le thallium est plutôt piégé dans les matières en suspension qui présente des concentrations alarmantes (dépassant de dix fois environ celle des minerais de Zinc-Plomb ; « la médiane du thallium (Tl) soluble des eaux colorées du Miocène est 10 fois plus élevée que celle des eaux de surface », constituant « une grave source de préoccupation », car « même un faible pourcentage de Tl soluble crée une concentration élevée de l'élément dans l'eau [médiane 0,11 μg L−1)], qui est environ 10 fois plus élevée que dans les eaux de surface de la rivière Warta. La concentration de Tl dans SS est très élevée (médiane de 15 μg g − 1) et dépasse d'un ordre de grandeur la concentration de l'élément dans les minerais bruts de Zn – Pb ».

Dans le sud de la Chine une étude (2022) a porté sur la nature et la quantité des isotopes ε²⁰⁵Tl du Tl trouvés dans les sédiments d'une rivière, en aval d'une grande fonderie de Pb-Zn. Cet isotome (dissous et dans les particules ultrafines [~ μm] y augmentait fortement en aval de l'usine (avec des valeurs proches de celles trouvées dans les déchets de la fonderie) ; les auteurs en ont déduit que la fonderie était responsable d'environ 80 % de la contamination en Tl de la rivière et de ses sédiments.

En altitude (glaciers de haute montagne) le thallium augmente aussi, mais pas du fait des cimenteries selon une étude isotopique récente faite sur les sommets alpins). De même les taux de thallium de l'urine et du sang sont en augmentation chez les ouvriers de l'industrie et dans la population générale.

Chez les microbes

Autour de gisements géologique (ex : mines de pyrites) contenant naturellement au thallium (Tl), les organismes vivant y sont chroniquement exposés. Là, certaines communautés bactériennes s'y sont adaptées (plus ou moins, selon les teneurs en thallium et selon des paramètres géochimiques de type pH, S, Fe et TOM). Les chercheurs constatent que le Thallium conditionne et façonne là la distribution verticale de ces communauté. Là les assemblages microbiens sont surtout dominés par les bactéries réductrices du fer (FeRB), des bactéries oxydantes du Fe (FeOB), des bactéries oxydantes du S et ces bactéries réductrices de Mn ; les cycles des éléments Fe, Mn et S dans le sol sont étroitement impliqués dans le cycle biogéochimique du Tl ; ceci fait évoquer une possibile bioremédiation de sols contaminés par le Tl en utilisant des microbes indigènes.

Chez les animaux

Chez les animaux à sang chaud (dont l'Homme) et à sang froid, le thallium est très bioassimilé et hautement toxique, même à très faible dose (à l'état métallique, le simple fait de le toucher est déjà extrêmement dangereux). Pour cette raison, des sels de thallium ont été ou sont encore présents dans certains insecticides et ont été autrefois utilisés dans la mort aux rats. À titre d'exemple issu de la littérature médico-légale (publié en 2020) : un couple hospitalisé à Milan s'est avéré contaminé par du thallium ; une enquête judiciaire a conclu qu'au domicile, seule le dessous des chaussures du père présentait des traces de poudre de thallium (utilisé illégalement par le fils dans une parcelle cultivée où le père allait quotidiennement aider son fils ; le père aurait ainsi accidentellement contaminé son environnement intérieur, s'intoxiquant lui-même ainsi que son épouse.
Ces usages du thallium comme insecticide ou mort aux rats tendent à disparaître depuis que son effet toxique pour l'homme est démontré, mais ce produit n'est pas biodégradable. Ils ont été utilisé comme poison car, réduit en poudre, la plupart sont inodores, incolores avec une dose létale se situe à 1 gramme de thallium (moins de 5 mmol).

Dans les arbres (résineux surtout)

Le thallium est également bioaccumulable par certains végétaux, dont les arbres résineux. On a par exemple mesuré la composition isotopique en thallium, Zn, Cd, Pb, K, Ca, Mg et Mn et leur répartition dans les cernes du pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) autour d'une usine de première fusion du zinc à Olkusz (Sud-Pologne). Des taux élevés de thallium (jusqu'à 0,8 mg/kg) mesurés dans le bois des pins montrent que les conifères tendent à bioaccumuler ce métal, au point que les cernes des pins peuvent être un bio-indicateur alternatif. Cependant il n'est pas fiable pour le suivi temporel précis d'une contamination par le Tl

Chez la femme enceinte, le foetus et l'embryon

Les effets de l'exposition prénatale au thallium sont encore mal documentés, mais on sait que bien qu'à très faible dose en général, le thallium (Tl), il est de plus en plus largement présent dans l'environnement, et il est bioassimilable. Très soluble dans le sang, il pénètre les barrières pulmonaire, intestinale et placentaire (quand la mère est contaminée, on le retrouve dans le liquide amniotique), l'embryon et le foetus ; une étude chinoise récente (2016), basée sur 816 personnes, a confirmé que l'augmentation du taux urinaire de thallium chez la femme enceinte est associé à un risque significativement plus élevé de faible poids du bébé à la naissance.

Empoisonnements connus au thallium

• Cet élément chimique a été utilisé par William Bechtel réserviste du SDECE pour empoisonner le combattant nationaliste camerounais Félix Moumié à Genève en 1960. L'agent (qui s'est fait passer pour un journaliste) aurait versé une première dose mortelle dans son apéritif (un Pernod), que Moumié n'a pas bu en début de repas trouvant qu'il avait mauvais goût, incitant l'agent à en verser une seconde dans la nourriture. Moumié, à la fin du repas, finit par boire le verre empoisonné en disant : « On va pas leur laisser l'apéritif qu'on n'a pas bu », prenant ainsi une double dose de thallium. Il aurait ensuite compris rapidement qu'il avait été empoisonné.
• Selon l'ex-ministre des Affaires étrangères irakien Hamed Jabori, Boumédiène a été empoisonné par les services irakiens avec du thallium.
• Lors de l'empoisonnement supposé d'Alexandre Litvinenko en 2006, on a d'abord soupçonné le thallium avant de trouver des traces de polonium 210 dans ses urines.

Traitement des intoxications au thallium

Le bleu de Prusse pris par voie orale absorbe le césium et le thallium dans le tube digestif, puis est éliminé dans les selles qu’il colore en bleu très foncé. Le césium et le thallium ainsi complexés par le bleu de Prusse sont alors insolubles et non disponibles pour les plantes et les autres organismes vivants.

Écotoxicologie

On suppose que son écotoxicité est liée à sa toxicité intrinsèque et au fait que son comportement géochimique et sa mobilité miment celles du potassium.

Au début des années 2020, l'écotoxicologie du Tl est encore très lacunaire. Ceci s'explique par la rareté des études sur les mécanismes dynamiques de migration, transformation, bioaccumulation et biomagnification du Tl dans les divers habitats et éosystèmes, par le fait que c'est un élément souvent présent à très faible dose (< 1 ppm dans la croûte terrestre et < 1 μg/L en eau douce non contaminée, et moins de 20 nanogrammes par litre d'eau de mer, en général). Son dosage et son suivi impliquent des outils efficaces de pré-concentration et/ou de mesure très sensibles, en particulier pour le doser dans des matrices complexes. De plus, dans l'environnement aquatique, « la technologie de séparation du Tl(III) et du Tl(I) est encore immature, en particulier il est difficile de séparer efficacement le Tl .(III) et Tl(I) dans l'eau de mer ».

Dépollution de milieux contaminés par le Thallium

Potabilisation de l'eau

Selon les données disponibles vers 2020, l'adsorption semble être le mécanisme le plus efficace pour éliminer le Tl de l'eau ; pour cela des oxydes métalliques modifiés ou les composés organiques macrocycliques ont un fort potentiel.

Dépollution de sols

Certains microbes présentent un potentiel pour la dépollution de sols ou substrats contaminés ; de même certaines plante métallophytes peuvent bioaccumuler et bioconcentrer des quantités importantes de thallium sans en mourrir comme on l'a par exemple montré autour d'Olkusz en Pologne ou avec des plantes des genres Iberis et Biscutella, ce qui leur donne un intérêt pour la phytoremédiation.

Voir aussi

Bibliographie

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Liens externes

• (en) « Technical data for Thallium » (consulté le 15 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

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