Les faits sur le cuivre
Qu'est-ce que le cuivre ?
Le cuivre est un élément métallique brun rougeâtre clair portant le symbole « Cu » et le numéro atomique 29 dans le tableau périodique des éléments. Le nom cuivre est dérivé du mot Chypre, l’île où les Romains s’approvisionnaient en cuivre. C’est le premier métal largement utilisé par l’homme.
Le cuivre pur d’origine naturelle est appelé « cuivre natif ». Le cuivre se trouve également dans la nature, mélangé à d’autres éléments dans un certain nombre de composés, dont beaucoup se distinguent par leur couleur bleu-vert. La turquoise, la malachite et l'azurite sont trois composés de cuivre aux couleurs vives utilisés comme pierres précieuses. Le sulfate de cuivre et l'oxyde de cuivre sont deux composés de cuivre importants utilisés dans l'industrie et l'agriculture. Le cuivre peut être mélangé à d’autres métaux pour former des alliages, comme le bronze (cuivre et étain) et le laiton (cuivre et zinc).
Le cuivre oxydé, ou le cuivre qui a été exposé à l'air, développe un revêtement vert ou « patine » que l'on peut voir sur les vieilles pièces de monnaie en cuivre, la Statue de la Liberté et les toits en cuivre.
Où trouve-t-on le cuivre ?
Le cuivre est naturellement présent dans les roches, soit sous forme pure, soit sous forme de composés. Des processus géologiques, météorologiques et biologiques dispersent le cuivre dans l'air, le sol et l'eau ainsi que dans les organismes.
Les plus grands gisements de cuivre connus au monde se trouvent à Chuquicamata, dans les Andes chiliennes, et le plus grand gisement de cuivre natif se trouve dans la péninsule supérieure du Michigan. Les principaux producteurs de cuivre sont le Chili, qui fournit 35 % du cuivre mondial, et les États-Unis, qui en produisent environ 11 %. Le Canada, les pays de l'ex-Union soviétique, la Zambie, la Chine, la Pologne et la République démocratique du Congo sont également des pays producteurs de cuivre.
L'activité humaine est responsable d'une grande partie du cuivre présent aujourd'hui dans l'air, le sol et l'eau. Les activités industrielles telles que les fonderies, les centrales électriques, les incinérateurs et autres sources de combustion rejettent du cuivre dans l'atmosphère, où il peut retourner à la terre sous forme de précipitations. Les fonderies et autres installations de production de cuivre émettent de fortes concentrations de cuivre dans l'air et le sol environnants. Les mines de cuivre peuvent être une source importante de pollution. Le cuivre et d'autres minéraux présents dans les résidus (les déchets qui restent après l'extraction du minerai de la roche) se retrouvent dans le sol et les cours d'eau. L'eau peut également être polluée par un certain nombre d'autres sources de cuivre, notamment le ruissellement agricole des fermes utilisant des pesticides à base de cuivre.
Le cuivre est un élément essentiel à tous les organismes vivants, c'est pourquoi il est présent dans les aliments que nous mangeons - qu'ils soient végétaux ou animaux - et dans les tissus humains.
Quelles sont les utilisations du cuivre ?
Les humains utilisent le cuivre depuis près de dix mille ans. Depuis l’Antiquité, le cuivre est utilisé seul ou en combinaison avec d’autres métaux pour fabriquer des armes, des outils, des articles ménagers et des œuvres d’art.
La conductivité élevée du cuivre en a fait le métal de choix dans le développement de l'électrotechnique aux XVIIIe et XIXe siècles. Le cuivre est le troisième métal le plus consommé au monde, après l'acier et l'aluminium. Aujourd'hui, la construction représente la plus grande consommation de cuivre. Le cuivre est utilisé dans la construction de maisons et d'autres bâtiments, la fabrication de voitures et d'avions et pour les tuyaux de plomberie. L'industrie électrique et des produits électriques est le deuxième plus grand consommateur de cuivre. Le cuivre est également utilisé dans les télécommunications. Une quantité importante de cuivre utilisé aux États-Unis provient de ferraille recyclée et de ferraille restante de la production de cuivre.
Un sou américain en alliage de cuivre de 1936, un sou en acier zingué de 1943 et un sou moderne en zinc recouvert de cuivre de 2004. Crédit photo : Programme de recherche sur les métaux toxiques de Dartmouth
Les pièces de monnaie américaines étaient fabriquées en cuivre pur de 1793 à 1837. Au cours des années suivantes, elles étaient fabriquées à partir de divers alliages de cuivre, notamment le bronze et le laiton. En 1943, lorsque les approvisionnements en cuivre furent consacrés à l’effort de guerre de la Seconde Guerre mondiale, la majorité des pièces de monnaie frappées étaient en acier zingué. Depuis 1982, les pièces de monnaie ne contiennent que 2,5 pour cent de cuivre – il s’agit de zinc recouvert d’une fine couche de cuivre.
Le sulfate de cuivre, un sel de cuivre naturel et fabriqué, est utilisé comme fongicide sur les cultures, comme pesticide pour tuer les escargots et les limaces, et comme traitement de l'eau pour tuer la végétation aquatique. Ce produit chimique présente une toxicité chronique grave avec des implications pour les travailleurs agricoles et l'environnement.
Bracelets modernes en cuivre ou en alliage de cuivre du Zimbabwe. Crédit photo : Dartmouth Toxic Metals Research Program
Les composés de cuivre sont également utilisés pour préserver le bois et comme produits chimiques de tannage du cuir et comme mordant (fixateur) dans la teinture des textiles. Le cuivre est encore utilisé aujourd’hui pour les œuvres d’art et les bijoux du monde entier. Dans certaines régions d’Afrique, les bracelets et les œuvres d’art en cuivre sont fabriqués à partir de fils et de chutes de cuivre mis au rebut. Dans de nombreuses régions d’Asie du Sud et du Sud-Est, le cuivre, le laiton et le bronze sont largement utilisés dans les ustensiles de cuisine, la vaisselle, les statues religieuses et les œuvres d’art. Les Navajo et d’autres nations tribales du sud-ouest des États-Unis utilisent parfois du cuivre dans leurs bijoux.
Avons-nous besoin de cuivre pour la santé ?
Aliments contenant du cuivre. Crédit photo : Programme de recherche sur les métaux toxiques de Dartmouth
Le cuivre est un nutriment essentiel pour tous les êtres vivants. Le cuivre est un composant de plus de 30 enzymes du corps humain, dont certaines participent à la synthèse du collagène. Chez l'homme, le cuivre est nécessaire au bon développement du tissu conjonctif, des gaines nerveuses et des os. Il intervient également dans le métabolisme du fer et de l'énergie. Une carence en cuivre, bien que rare, peut provoquer une anémie et des anomalies du tissu conjonctif, des os et du système nerveux.
Les recommandations sur les apports nutritionnels de référence (ANR), établies en 2005 par le Food and Nutrition Board des National Academies Institute of Medicine des États-Unis, définissent à la fois les apports nutritionnels recommandés (ANR) et les niveaux d'apport maximum en cuivre. La recommandation d'apport du groupe est de 0,9 milligrammes de cuivre par jour pour les adultes, plus pour les femmes qui allaitent (1,3 milligramme) et moins pour les enfants (0,34 milligramme pour les enfants jusqu'à trois ans et 0,44 milligramme pour les enfants entre quatre et huit ans). La limite supérieure est de 10 milligrammes par jour pour les adultes en bonne santé. Comme le corps ne synthétise pas le cuivre, ce niveau essentiel de cuivre doit provenir de l'alimentation.
Les bonnes sources de cuivre alimentaire sont le foie et autres abats, les huîtres, les noix, les graines, le chocolat noir et les grains entiers. Une certaine quantité de cuivre est également présente dans les pommes de terre, les raisins secs, les champignons, les pois chiches et autres légumineuses. L'eau potable fournie dans des canalisations en cuivre peut contribuer à l'apport de cuivre.
Un excès de zinc alimentaire peut provoquer une carence en cuivre.
Le cuivre peut-il présenter un risque pour la santé ?
Tout comme une certaine quantité de cuivre est essentielle à une bonne santé, une trop grande quantité peut être nocive. Un être humain en bonne santé peut excréter un excès de cuivre. Cependant, des doses élevées, une exposition à long terme et certaines voies d'exposition peuvent submerger les processus biologiques qui excrètent l'excès de cuivre du corps.
L'inhalation de poussières et de fumées de cuivre (provenant des installations de production et de traitement du cuivre) peut affecter les voies respiratoires et provoquer de la toux, des éternuements et des douleurs thoraciques. Elle peut également affecter le tractus gastro-intestinal et provoquer des nausées et des diarrhées. Les fonctions hépatiques et endocriniennes peuvent également être affectées. Certaines études ont montré des changements dans le sang, notamment une diminution du taux d'hémoglobine et du nombre d'érythrocytes après une exposition au cuivre par inhalation. La poussière et les fumées de cuivre peuvent provoquer une irritation des yeux, des maux de tête et des douleurs musculaires.
L'ingestion de grandes quantités de composés de cuivre (tels que le sulfate de cuivre) peut entraîner la mort par insuffisance du système nerveux, du foie et des reins. Certaines études ont montré que l'ingestion de cuivre pouvait également être impliquée dans les maladies coronariennes et l'hypertension artérielle, tandis que d'autres études ont montré qu'une carence en cuivre pouvait jouer un rôle dans les maladies coronariennes. Des niveaux élevés de cuivre dans l’eau potable peuvent provoquer des vomissements, des douleurs abdominales, des nausées et de la diarrhée et ont été signalés chez des personnes buvant de l’eau provenant de tuyaux en cuivre.
Le zinc et les agents chélateurs peuvent être utilisés pour éliminer l’excès de cuivre du corps.
Le cuivre n’est pas connu pour jouer un rôle dans le cancer ou les malformations congénitales.
Qui est exposé à un risque d’intoxication au cuivre ?
De fortes doses de composés contenant du cuivre, comme le sulfate de cuivre, sont toxiques même pour les personnes ayant un foie sain. Cependant, certaines personnes présentent un risque plus élevé d'intoxication au cuivre. Les personnes atteintes de certaines maladies du foie et celles présentant une incapacité héréditaire à métaboliser le cuivre sont particulièrement sensibles à la toxicité du cuivre, comme les personnes atteintes de la maladie de Menkes, d'acéruloplasminémie héréditaire et de la maladie de Wilson.
La pénicillamine, dont la structure chimique est illustrée ici, est utilisée comme agent chélateur dans le traitement de la maladie de Wilson. Crédit photo : Programme de recherche sur les métaux toxiques de Dartmouth
Les personnes atteintes de la maladie de Wilson, une incapacité héréditaire récessive à éliminer le cuivre de l'organisme, courent un risque particulier de développer des niveaux toxiques de cuivre dans leurs tissus, en particulier dans le foie et le cerveau. Non traitée, cette affection peut entraîner une insuffisance hépatique, de graves problèmes neurologiques ou psychiatriques et la mort.
La maladie de Wilson peut être traitée efficacement grâce à l'acétate de zinc, qui bloque l'absorption du cuivre. Les agents chélateurs sont également efficaces en se liant au cuivre présent dans l’organisme et en lui permettant d’être excrété dans l’urine. Les deux types de traitement doivent être continus tout au long de la vie du patient. La réduction du cuivre alimentaire peut également réduire les symptômes, même si cela ne constitue pas à lui seul un traitement efficace. Les porteurs de la maladie – les personnes possédant une copie du gène défectueux – ne développeront pas la maladie mais peuvent avoir un métabolisme du cuivre légèrement anormal. Bien que la maladie de Wilson ne touche qu'une personne sur 30 000 dans le monde, jusqu'à une personne sur 100 peut être porteuse du gène de la maladie. Il existe plusieurs méthodes de diagnostic de la maladie, telles que l'analyse d'urine et la biopsie hépatique. Il n’existe pas encore de dépistage génétique permettant d’identifier les individus à risque car la maladie est causée par l’une des 200 mutations.
Il existe d'autres conditions impliquant une toxicité du cuivre qui semblent avoir un lien génétique. La cirrhose infantile indienne, qui touche les enfants des pays d'Asie du Sud, semble être le résultat d'une prédisposition génétique à la sensibilité au cuivre combinée à une forte exposition au cuivre (souvent provenant du lait bouilli dans des casseroles en cuivre ou en laiton). Des conditions similaires chez les enfants sont apparues dans d’autres régions du monde où l’eau contenait des niveaux élevés de cuivre. Encore une fois, ces enfants semblent avoir une prédisposition génétique à un mauvais métabolisme du cuivre.
Les personnes qui vivent à proximité ou travaillent dans des installations de production de cuivre telles que des mines, des fonderies ou des usines de raffinage, ou dans des usines de fabrication de cuivre, courent un risque accru d'exposition à des quantités excessives de cuivre. L'exposition peut se produire par inhalation de poussières et de fumées de cuivre.
Le cuivre dans l’environnement constitue-t-il un risque pour la santé ?
La réponse à cette question est complexe. Le cuivre est un nutriment essentiel et est naturellement présent dans l’environnement, dans les roches, le sol, l’air et l’eau. Nous entrons en contact avec du cuivre provenant de ces sources tous les jours, mais en quantité généralement infime. Une partie de ce cuivre, notamment dans l’eau, peut être absorbée et utilisée par l’organisme. Mais une grande partie du cuivre avec lequel nous entrons en contact est étroitement liée à d’autres composés, ce qui ne le rend ni utile ni toxique. Il est important de se rappeler que la toxicité d’une substance dépend de la quantité à laquelle un organisme est exposé, de la durée et de la voie d’exposition.
Il existe des sources de cuivre dans l'environnement qui présentent un risque pour la santé. Environ la moitié des sites de déchets dangereux figurant sur la liste nationale des priorités de l'EPA contiennent du cuivre. L'air et le sol à proximité des installations de traitement du cuivre, comme les fonderies, présentent généralement des niveaux de cuivre beaucoup plus élevés que dans d'autres zones. Les eaux de ruissellement agricoles peuvent contenir des pesticides à base de cuivre. Ceux-ci peuvent présenter un risque pour la santé humaine. Cependant, le cuivre se lie très facilement aux composés présents dans le sol et l'eau, réduisant ainsi sa biodisponibilité pour l'homme.
Une source potentielle d'exposition excessive au cuivre chez l'homme est l'eau potable transférée par des tuyaux en cuivre et des accessoires d'évier en laiton. De petites quantités de cuivre provenant de la plomberie s'infiltrent dans l'eau, en particulier l'eau chaude et l'eau qui repose dans les tuyaux depuis plusieurs heures ou toute la nuit. L'eau acide (pH faible) lixiviera plus de cuivre que l'eau plus basique (pH élevé). L'eau douce est susceptible de contenir plus de cuivre que l'eau dure, car elle ne contient pas les minéraux qui forment une couche protectrice à l'intérieur des tuyaux, empêchant le cuivre de s'infiltrer. Les taches d'eau bleu-vert sous les robinets sont un indicateur de la présence de cuivre dans l'eau. Certaines personnes qui boivent de l'eau à forte teneur en cuivre peuvent ressentir des nausées, des vomissements, des douleurs abdominales et de la diarrhée. La quantité de cuivre que l'on trouve généralement dans l'eau provenant de la plomberie en cuivre ne constitue généralement pas une menace pour la santé.
Utiliser uniquement de l'eau froide du robinet pour boire et préparer les aliments peut réduire la quantité de cuivre qui s'échappe de la plomberie. Faire couler l'eau jusqu'à ce qu'elle soit très froide après qu'elle ait reposé dans les tuyaux pendant une nuit ou plus de six heures réduira également les niveaux de cuivre. S'assurer qu'aucun appareil électrique n'est relié à la terre sur la plomberie peut réduire la corrosion des tuyaux. Les filtres à eau peuvent également éliminer le cuivre de l'eau. Vérifiez l'étiquette du fabricant du filtre pour voir si le cuivre fait partie des produits chimiques filtrés.
Existe-t-il des lignes directrices ou des normes fédérales sur le cuivre ?
En vertu de la loi fédérale sur la sécurité de l'eau potable, l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis limite la quantité de cuivre dans les approvisionnements publics en eau potable à 1,3 mg par litre. En vertu du Superfund Act, l'EPA considère 5,000 livres de cuivre ou 10 livres de sulfate cuivrique dans une zone comme une « substance dangereuse ».
La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis n'autorise pas plus de 1 mg de cuivre par litre d'eau en bouteille. Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) et l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) ont chacun leurs propres normes concernant la quantité de cuivre et de vapeurs de cuivre autorisées sur le lieu de travail.
Où puis-je en savoir plus sur le cuivre ?
L'Agence pour le registre des substances toxiques et des maladies (ATSDR) des Centres américains pour le contrôle et la prévention des maladies a publié une excellente déclaration de santé publique en ligne sur le cuivre, disponible à l'adresse suivante : Agency for Toxic Substance & Disease Registry.
L'Agence pour le registre des substances toxiques et des maladies (ATSDR) des Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis a établi un profil toxicologique approfondi sur le cuivre à l'Agence pour le registre des substances toxiques et des maladies.
