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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Tous les éléments présentés

Sélénium

Le sélénium fait partie des non-métaux. Il est rare dans la croûte terrestre (environ 100-150 mg/tonne, soit 0.1-0.15 ppm). Il se présente sous la forme d’un solide cristallisé, parfois amorphe ou vitreux. On le connait sous deux formes distinctes (dites allotropiques, qui diffèrent par la forme des cristaux) : la variété hexagonale, la plus fréquente, est d’apparence gris-métallique, tandis que la variété monoclinique est rouge vif. Le sélénium est exceptionnel à l’état natif. Quelques minéraux très peu répandus (crooksite et clausthalite) sont particulièrement riches en sélénium. Cet élément est en général présent à l’état combiné dans divers minerais riches en soufre, dont il est très proche chimiquement. Le sélénium et ses dérivés possèdent en outre une odeur insupportable de radis noir pourri.

Sélénium (Se) vitreux gris - Crédit photo : W. Oelen, 2012, wikimedia
Sélénium (Se) amorphe rouge - Crédit photo : W. Oelen, 2005, wikimedia

Actuellement, la majeure partie du sélénium est obtenue à partir des boues issues du raffinage électrolytique du cuivre, lesquelles contiennent des quantités notables d’oxyde de sélénium SeO2. La réduction de ce dernier par le dioxyde de soufre SO2 fournit le sélénium élément (Se).
Le sélénium est présent à hauteur de 10-15 mg chez un individu moyen. Une alimentation variée apporte environ 50 microgrammes de cet élément par jour. Indispensable à l’activité de certaines enzymes, le sélénium et ses dérivés sont néanmoins très rapidement toxiques en cas d’apport excédentaire. Les études en aveugle et méta-analyses concernant le rôle d’une supplémentation alimentaire ou médicamenteuse en sélénium dans certaines pathologies graves ou chroniques n’ont pas montré d’incidence positive sur la mortalité globale. Les dérivés du sélénium entrainent des effets irréversibles par accumulation et sont par ailleurs des polluants majeurs de l’environnement.

La Plume du Prince (Stanleya Pinnata), crucifère proche de la moutarde, pousse dans les régions semi-désertiques de l’ouest nord-américain. Elle accumule le sélénium, ce qui la rend toxique pour les herbivores.
Crédit photo : Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture, 2006, wikimedia

Étymologie  : De la Terre à la Lune : « Séléné » était la déesse de la Lune dans la Grèce antique. Le sélénium a été identifié comme nouvel élément quelques années après la découverte du tellure (élément 52, de « tellurium, Terre), avec lequel il a été un moment confondu en raison de ses propriétés voisines (même caractère repoussant et intolérable des dérivés séléniés et telluriques).

Origine  : Le sélénium est produit par capture de neutrons dans le coeur des étoiles massives et lors de l’explosion en supernova en fin de vie de ces étoiles.

Historique  : Le sélénium a été découvert par les chimistes suédois Berzelius et Gahn en 1817. Tous deux possédaient, ou avaient des intérêts, dans une unité de production d’acide sulfurique proche de Stockholm. L’usine était alimentée par les dérivés soufrés issus des mines de Falun (Suède).
Un sédiment rouge brun se déposait au fond des unités de fabrication d’acide qui, chauffé, produisait une odeur repoussante de radis pourri, que Berzelius attribua au tellure, récemment découvert. Néanmoins, l’absence significative de tellure au sein des mines de Falun incita Berzelius à publier ses résultats : il avait bien découvert un nouvel élément, aux propriétés intermédiaires entre celles du soufre et du tellure, auquel il donna, par rapprochement avec ce dernier, le nom de sélénium.
Berzelius nota fortuitement que le sélénium et ses dérivés étaient facilement absorbés par voie transcutanée ; lui-même et son entourage en souffrirent : Berzelius se voyait doté d’une haleine particulièrement répugnante dans les jours qui suivaient chaque manipulation de cet élément…

Le sélénium dans la vie courante :
La première utilisation du sélénium et de ses dérivés remonte aux années 1870 ; soumis à une irradiation lumineuse dans le domaine du visible, le sélénium transmet un courant électrique proportionnel à la quantité de lumière reçue. Les détecteurs de lumière (Siemens, 1874), les photophones (Bell, 1879), les cellules photovoltaïques, les photocopieurs…utilisent directement cette propriété du sélénium.
Semi-conducteur, le sélénium a trouvé des applications en électronique, bien que le silicium, bien moins onéreux, l’ait remplacé vers les années 1970.
Actuellement, la majorité du sélénium est employé comme additif aux verres auxquels il donne une teinte jaune-orangé à rouge.

Le sélénium à l’Institut UTINAM :
Bien que le sélénium soit un oligo-élément antioxydant présentant de nombreuses propriétés bénéfiques pour la santé, il peut également être nocif sous ses formes d’oxyanions sélénites (SeO32-) et séléniates (SeO42-). Leur présence en quantité importante peut notamment polluer les nappes phréatiques de certaines régions et un traitement adéquate est alors nécessaire. Les procédés de séparation utilisant des membranes de nanofiltration sont capables de retenir ces oxyanions mais les flux de perméation engendrés sont souvent faibles. A l’inverse, les membranes d’ultrafiltration ne permettent pas d’obtenir des performances de suppression suffisantes étant donné la faible taille des ions et le procédé nécessite souvent une étape préliminaire visant à grossir la taille effective des polluants. Le phénomène de complexation n’étant pas possible dans le cas des oxyanions du sélénium, les chercheurs d’UTINAM ont étudié la possibilité de les faire interagir électrostatiquement avec un polymère naturel chargé positivement en milieu acide (le chitosane) afin d’améliorer les performances de dépollution, tout en conservant les flux importants des membranes d’ultrafiltration. Cette étude a permis de mettre en lumière que le pH jouait un rôle majeur sur les performances de rétention du fait de son impact sur la charge de la membrane ainsi que sur les équilibres acido-basiques entre les différentes formes des oxyanions et les groupements amine du chitosane.

Résumé graphique de l’étude réalisée à l’Institut UTINAM sur l’élimination d’oxyanions de sélénium par ultrafiltration - Crédit : Déon et al. Ind. Eng. Chem. Res. 56 (2017) 10461−10471 (DOI : 10.1021/acs.iecr.7b02615).