Bismuth

Le bismuth est l'élément chimique de numéro atomique 83, de symbole Bi. C'est le cinquième et dernier élément du groupe des pnictogènes (groupe ). Il est toxique mais moins que le plomb qu'il tend donc à remplacer pour certains usages, et ce n'est pas un oligo-élément : il n'a aucun rôle physiologique connu. Réputé très faiblement présent dans les organismes animaux, sa cinétique environnementale et dans les organismes a été peu étudiée (contrairement à celle d'autres métaux lourds proches).

Il peut être théoriquement rapproché du phosphore P, de l'antimoine Sb et de l'arsenic As, appartenant au , mais aussi de l'étain Sn et du plomb Pb appartenant au . Les éléments successifs du  (azote N, phosphore P, arsenic As, antimoine Sb et bismuth) montrent une tendance croissante à former des sulfures stables plutôt que des oxydes : le bismuth est nettement chalcophile.

Histoire 
Cet élément rare, dont le corps pur (bismuth natif) et les principaux composés étaient relativement bien reconnus, surtout dans les principaux centres miniers européens au moins depuis la fin du Moyen Âge, était alors distingué de l'antimoine natif avec lequel il semblerait avoir été fréquemment confondu au cours de l'Antiquité, au point de tirer son nom d'une adaptation de l'arabe bi' ’ithmid signifiant "proche de l'antimoine".

Il a été décrit avec précision et identifié en 1753 par le chimiste Claude Geoffroy le Jeune qui l'a séparé du plomb. Le symbole chimique Bi a été proposé par le chimiste suédois Berzelius en 1814.

Il a été longtemps considéré par les physiciens comme le dernier  de la classification.

Ses effets toxiques (du corps simple et de ses composés) semblent avoir été longtemps confondus avec ceux du plomb ou de l'étain.

Selon le CNRS, . 

Sa présence dans l’environnement a beaucoup augmenté depuis la révolution industrielle, et plus précisément depuis que l'on brûle du charbon et qu'on l'utilise comme additif métallurgique, dans divers alliages, et dans les industries de la chimie et de la pharmacochimie notamment). Récemment (2023) le CNRS a mis en évidence dans des carottes de glace du Mont-blanc provenant du Col du Dôme, la trace d'un énorme pic de pollution de l'atmosphère européenne par le Bismuth pendant la Seconde Guerre mondiale. Cette pollution, ainsi que sa corrélation avec l'époque du second conflit mondial semble pouvoir être expliquée par l'usage d'une grande quantité de bismuth comme additif de l’acier et de l’aluminium (l'ajout de bismuth rend leur usinage plus facile, ce métal était alors aussi très utilisé comme alliages à bas point de fusion pour le fusibles de sécurité des circuits électriques). La pollution par le bismuth diminue après 1970 grâce aux filtres installés dans les fonderies. Il en va de même pour les années 1920 durant lesquelles les émissions par la métallurgie dominent toujours celles dues à la combustion du charbon.

Les carottages de glace montrent que la pollution a été maximale entre 1935 et 1945. Ceci pourrait être dû aux usages « militaires » du bismuth durant la guerre d’Espagne et durant la 2ème guerre mondiale, pour les besoins de l'industrie de l’aviation (aluminium, pour les fusibles de décompression de gaz pour les obus et pour les réservoirs de carburants d’engins militaires.

Généralités physicochimiques 
Le corps simple bismuth est un métal pauvre blanc d'argent, à reflet rougeâtre brillant, dur et cassant, dont tous les sels et les vapeurs sont toxiques.

Sa structure électronique atomique correspond à [Xe] (4f)14 (5d)10 (6s)2 (6p)3. Un don ou un enlèvement d'électrons de même statut quantique, si on excepte le , justifie les degrés d'oxydation +3 et +5, le premier degré étant bien plus fréquent dans ses composés car le second est contré par l'effet à l'inertie du doublet s, allié à sa remarquable symétrie sphérique. Le rayon ionique de l'ion Bi avoisine  et celui de l'ion Bi se réduit à .

La phase liquide du bismuth est plus dense que sa phase solide, propriété rare qu'il partage avec l'eau et le Silicium. A ce titre il est souvent allié avec le Plomb, la dilatation de l'un et la contraction de l'autre se compensant.

Isotopes 

Le bismuth possède  connus, de masse atomique variant entre . Il n'a cependant qu'un seul isotope naturel réellement présent dans la nature, le , ce qui fait du bismuth un élément mononucléidique. On a longtemps considéré cet isotope comme stable, et donc considéré qu'il était le plus lourd des isotopes stables, et le produit final de la chaîne de désintégration du  (ou du ). En réalité il a été montré à l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay en 2003 qu'il était radioactif avec une demi-vie considérable, de , soit plus d'un milliard de fois l'âge de l'univers.

Sa nature instable avait été prévue théoriquement. Il se désintègre par  d'énergie  pour donner du , stable. Sa très grande demi-vie le fait encore considérer comme stable dans toutes ses applications mais cette découverte est scientifiquement importante dans la mesure où elle valide des prévisions théoriques. L'élément le plus lourd possédant au moins un isotope stable est donc le plomb.

Fabrication, production 
Fabriqué semi-industriellement dès les  à partir de ses minerais sulfurés (bismuthinite essentiellement) ou à défaut avec ses minerais oxydés associés, il ne fait plus aujourd'hui l'objet d'une production spécifique ; depuis plus d'un siècle c'est un co-produit du raffinage du plomb, moindrement du cuivre, de l'étain, de l'argent, de l'or, et surtout du tungstène.

Dans les années 1990, le minerai provenait principalement de trois pays (Bolivie, Mexique, Pérou), mais le Japon et le Canada, et moindrement l'Espagne et l'Allemagne, sont des acteurs industriels pour sa production (environ . Les premiers pays ne disposaient pas tous des équipements en 1990 pour traiter les minerais de bismuth, d'abord l'enrichissement par flottation, puis le grillage des sulfures et leur réduction au carbone, pour finir par l'obtention du bismuth par fusion oxydante. Outre la voie thermique par fusion de zone, le bismuth métal raffiné et pur à plus de 99 % en masse peut être obtenu par électrolyse.
En 2010, la mine bolivienne de Tasna et le site chinois de  seraient les seuls centres d'extraction menant à une exploitation du bismuth comme produit principal. La Chine, premier producteur mondial en 2010, le récupère essentiellement au cours de la flottation des minerais de wolframite.

Présence dans l'environnement 
En tant que métal rare (73 élément de l'écorce terrestre en termes d’abondance), il est naturellement très peu présent dans l'environnement. Étant peu soluble il y est supposé peu mobile, mais certaines formes du bismuth sont volatiles. Son cycle biogéoéchimique est très mal connu. Comme ce n'est pas un métal recherché dans les analyses environnementales de routines pour l'eau, le sol, l'air, ou les aliments, sa cinétique environnementale reste mal connue.

Dans l'air 
On l'y trouve à moins d' dans l'air rural ; il y provient principalement des panaches et émanations de volcans et (bien moindrement) de l'érosion des sols. S'y ajoutent depuis quelques décennies des sources anthropiques croissantes (industrie, combustion...).

Dans les sols 
Présent en moyenne à hauteur de 0,048μg/g dans la croûte terrestre, il est retrouvé en moyenne 0,2μg/g dans des sols naturels non-contaminés (selon Bowen, 1979). Des fongicides contenant  du  bismuth en sont une source supplémentaire, directement mise en contact avec des cultures alimentaires, de même pour certains engrais en contenant naturellement un peu (engrais naturels ou de synthèse), mais selon Senesi & als en 1979 cette source était encore négligeable comparée aux apports du fond géochimique. * Dans l'eau : il est très peu présent dans l'eau de boisson, qui en apporte néanmoins ).

Dans les eaux douces et marines

Dans les plantes 
Le  bismuth  (qui n'est pas un oligoélément) n'y est présent qu'en très faibles doses, souvent en limite de détection (y compris même parfois chez des plantes ayant poussé sur des sols contaminés (< ). La teneur des plantes en bismuth peut cependant significativement augmenter aux alentours de sites miniers (ex : de  selon Li et  Thornton, 1993 qui ont montré que le bismuth est alors surtout présent dans les feuilles, plus que dans les  fruits  ou  les graines (en teneur), et  que  les  facteurs  de transfert  racinaires  sont  très  faibles (10 à 10).

Dans la nature, le taux de bismuth d'un sol est habituellement si bas qu'il atteint rarement le seuil de la phytotoxicité (qui serait compris entre  en solution nutritive selon Senesi (1979).

Chez les animaux 
Dans la nature, les animaux terrestres et aquatiques sont a priori très rarement contaminés, mais la contamination de l'environnement par le bismuth augmente rapidement, et les grenailles de chasse pour certaines composées à 91 % de bismuth sont une nouvelle source de contamination des zones humides où ces cartouches sont utilisées. Quand les industriels ont lancé la production de ces cartouches, très peu d'information était disponible sur les effets du  bismuth sur les animaux et sur les écosystèmes. On ignorait même le taux moyen de bismuth chez les oiseaux (la première étude sur le niveau de fond chez l'oiseau date de 2004), tout comme on ignorait les seuils de toxicité des formes organiques de ce métalloïde pour l'oiseau. Ils ont depuis été un peu étudiés, montrant que les cartouches au plomb contenaient elles-mêmes déjà un peu de bismuth. Des analyses de foie et de muscle de canard contenant une grenaille de plomb ou une balle en plomb ont donné des taux moyens de bismuth dans les foies de  en poids sec chez la Sarcelle d'hiver et de  chez le Colvert. Une corrélation positive significative a été trouvée entre les taux tissulaires de bismuth et de plomb dans le muscle, expliquée par le fait que le bismuth est un contaminant habituel du plomb.

Selon les données disponibles, ces effets semblent complexes : ainsi d'après Martin-Bouyer (1980) qui avait déjà conclu des données toxicologiques disponibles pour l'Homme, il s'avère que les conséquences toxiques du bismuth ne semblent pas pouvoir être déduites ni de la dose ni de la durée d’exposition, ce qui est assez inhabituel en toxicologie.

Or, le bismuth est de plus en plus utilisé dans les munitions utilisées pour le gibier d'eau, en Amérique du nord depuis plusieurs décennies, et les prédateurs (dont les chasseurs humains et autres consommateurs de gibier) mangent des animaux qui ont été blessés ou tués à la chasse avec ces grenailles, ou du gibier qui a directement ingéré (comme les oiseaux le font couramment) des grenailles de bismuth comme grit. Une partie du gibier n'est également que blessé à la chasse, et continue à vivre avec des grenailles ou éclats de munitions dans leur organisme (Pamphlett et al. (2000) ont déposé cinq billes de bismuth (grenailles) dans la cavité péritonéale de souris de laboratoire adultes. Ils ont montré que dans l'organisme de la souris, ce bismuth n'est pas aussi insoluble qu'on le pensait : au contraire, ces animaux ont rapidement manifesté une élévation du taux de bismuth  dans  le  cytoplasme  de  plusieurs types  de  cellules vitales (système  nerveux  moteur, cellules tubulaires des reins ; cellules dendritiques du foie et macrophages pulmonaires) avec des conséquences non évaluées pour des animaux à durée de vie plus longue. Il a été confirmé à cette occasion que le bismuth passe très facilement la barrière hématoencéphalique, que les contaminations des organes varie beaucoup selon l'individu et le moment, et les auteurs ont conclu que les gibiers blessés par des grenailles au bismuth pouvaient probablement se contaminer à des taux atteignant en quelques semaines des doses a priori dangereuses pour l'animal. D'autres études, s'appuyant notamment sur une technique récente d'imagerie (autométallographie), chez le rat de laboratoire expérimentalement contaminé laisse penser que le testicule peut aussi être ciblé par le bismuth, qui peut affecter les cellules de Leydig et les macrophages testiculaires, ce qui soulève des questions concernant une éventuelle reprotoxicité. Les milieux naturels commencent à être enrichis par les millions de grains de grenailles de plomb perdue dans l'environnement à chaque saison de chasse. Selon une étude récente (2008) le bismuth reste disponible sous forme de grit, contamine le sol (surtout s'il est acide) mais semble non contaminant pour la végétation locale, même en milieu acide, et en 2006, il n'y a pas encore de preuve de l'innocuité environnementale et sanitaire de ces munitions .

Origines (dans l'environnement) 
Sa rareté en fait un bon traceur des émissions volcaniques (où il est lié aux sulfures, lesquels sont aussi une donnée d'intérêt pour la météo et le climat mondial) ; on peut maintenant rétrospectivement le retrouver et mesurer ses variations passées (en picogrammes) dans les carottages de glaces polaires ou de dépôts neigeux plus récents. Ses sources volcanique ont ainsi été évaluées à 1200–1700t/an de bismuth élémentaire, ce qui est considérable comparativement aux 40t/an de l'érosion éolienne des continents additionnée des relarguages à partir des sels marins selon Candelone (1995).

Vers 1995, l'humanité était responsable d'une contamination supplémentaire de l'environnement à hauteur d'environ un peu moins de 15 t/ de bismuth (soit tous les deux ans un apport dépassant la totalité des apports dus à l'érosion et aux sels marins), mais ces émissions anthropiques sont indiscutablement en augmentation constante depuis plusieurs décennies, et le recyclage du bismuth ne s'est pas développé, et la dispersion de millions de grenailles de chasse en alliage de bismuth et en acier bismuthé (utilisé en remplacement du plomb) va contribuer à accélérer cette pollution émergente. L'utilisation encore croissante de charbon et d'autres combustible fossiles en contenant et le développement de l'activité minière devrait encore accélérer cette contamination environnementale.

S'y ajoutent cependant des sources anthropiques de plus en plus nombreuses ; avec des teneurs localement anormalement élevées dans l'air, les sols, l'eau ou certains aliments. Ces contaminations sont principalement dues à :
 la métallurgie ;
 à certaines activités minières ; en raison de ses affinités géochimiques, on le trouvera plutôt autour des mines de plomb, d'argent, d'étain, mais aussi de cuivre, qui expliqueront une grande partie de sa redistribution anthropique dans les milieux naturels  (des teneurs plus élevées en bismuth sont mesurées autour de certaines mines, par exemple jusqu'à 436 μg/g autour d'une mine de cuivre coréenne; et l'industrie et la combustion d'énergies fossiles (on a montré en 2001 qu'il peut avoir été concentré (jusqu'à 5 μg/g dans certains charbons et graphites (où l'on trouve aussi du mercure, du plomb et d'autres métaux indésirables) ;
 certaines activité industrielles (soudure...) ;
 un usage croissant dans les munitions, de chasse notamment, est une source émergente.

Occurrences minéralogique et géologique 

C'est un élément chimique rare de l'écorce terrestre et dont la concentration massique varie de  à  (car il est plus abondant dans la croûte continentale que dans le manteau).

Les aérosols volcaniques ou de geyser en contiennent souvent un peu plus que le sol car, bien que élément lourd, ses composés halogénés sont très volatils et passent dans les airs pour environ un cinquième en masse dans les zones volcaniques en activité. Le Bi, plus encore que le Po et le Pb, est d'ailleurs un excellent marqueur radioactif des aérosols volcaniques.

Plus encore que l'arsenic ou l'antimoine, l'élément Bi est chalcophile. Il se combine facilement au soufre et à ses voisins sélénium ou tellure, et accompagne fréquemment les autres métaux chalcophiles (plomb, zinc...). Ceci explique que depuis un siècle le débismuthage du plomb produit l'essentiel du bismuth mondial, ne laissant à la récupération des déchets des procédés électrochimiques de raffinage du cuivre qu'environ un dixième en masse. Mentionnons à titre anecdotique au niveau mondial le sous-produit du raffinage de l'étain par scorification ou du traitement de la cassitérite par l'acide chlorhydrique par voie aqueuse à chaud.

Géologiquement parlant, le bismuth élémentaire est condensé dans les veines hydrothermales et les failles hydrothermales de l'écorce terrestre, notamment lors des collisions continentales.
Hormis le rare bismuth natif, ses principaux minéraux à usage de minerai sont la bismuthinite , la bismite , la bismutite ou bismuthite  ainsi que ses variétés diversement hydratées par exemple du type . , un court moment exploitée à Meymac en Corrèze à la Belle Époque. La tétradymite, l'eulytite ou eulytine , la bismuthoferrite ou bismutoferrite , la bismuthotantalite , la bismoclite  en contiennent, sans être des minerais reconnus.
Les minerais de bismuth, sous forme de sulfures et minoritairement d'oxydes et de carbonates, sont très similaires à ceux de l'étain et du plomb. Le bismuth est présent dans une variété de sulfures complexes de cuivre et de plomb, souvent intimement mais le plus communément à l'état de traces sous forme de sulfo-antimoniures et de sulfo-arséniures de cuivre. Il s'est aussi formé hors des veines hydrothermales, dans des roches porphyres aurifères, où l'élément lourd est associé au cuivre et au molybdène.

Corps simples et composés chimiques 
En dehors du bismuth à structure cristalline métallique, empilement atomique, il existe plusieurs bismuths moléculaires dénommés le bismuth atomique , le dibismuth , le tribismuth , le tétrabismuth  et le pentabismuth .

S'y ajoutent de nombreux composés du bismuth à partir du degré d'oxydation 3 et 5, mais aussi 4 probablement justifié par des associations quantiques d'orbitales inédites. Il existe les sulfures, les oxydes, les oxydes complexes dont le ferrite de bismuth, les hydroxydes, les oxychlorures, les nitrates et sous-nitrates, les sous-carbonates, les albuminates, les citrates, les phosphates, les carboxylates et les rares hydrures instables, les chlorures et autres halogénures… et un grand nombre de composés organométalliques de bismuth.

Les composés chimiques n'ont pas été connus à l'état relativement pur avant des périodes contemporaines récentes, à l'instar du bismuth métal pendant des siècles.

Leurs caractéristiques physico-chimiques fines sont ou seront en principe présentés dans chaque article spécifique, s'il existe, dans la rubrique chimie.

Caractéristiques physico-chimiques du corps simple métallique 
Le corps simple  est un semi-métal blanc argent, de réseau rhomboédrique ou de système cristallin trigonal aux reflets légèrement rosés, mauves ou rouges, à clivages faciles. Il peut être aussi gris rougeâtre. Il est fragile et cassant, de densité élevée entre 9,78 et 9,81.
Du point de vue mécanique, il s'agit bien d'un semi-métal, car fragile et cassant, en particulier à cassure lamellaire, il est facile à réduire en poudre dense. Sa pulvérisation fine engendre des vapeurs métalliques d'un bleu verdâtre.

La plupart des chimistes le considèrent néanmoins comme un métal lourd, de masse moyenne atomique avoisinant , mais il faut signaler qu'il possède la plus faible conductivité électrique et thermique de tous les métaux solides. Sa conductibilité thermique est environ cinquante fois plus faible que celle de l'argent.

Son point de fusion dépasse , il atteint précisément  et son point d'ébullition se situe à  +/- . Le volume du corps simple bismuth solide se contracte lors de la fusion et inversement le volume s'accroît lors de la solidification ; c'est une caractéristique rare, partagée seulement par quelques corps simples comme l'antimoine Sb, le gallium Ga, le silicium Si et le germanium Ge, et quelques oxydes comme la glace .

Il est aussi le plus diamagnétique des métaux, c'est un des rares solides fortement diamagnétiques. Il présente l'effet Hall le plus élevé. Ce faible absorbeur de neutron est opaque aux .

Il est fortement thermoélectrique, surtout au contact de l'antimoine.

Le bismuth chauffé fortement brûle à l’air avec une flamme bleue qui dégage des fumées jaunes d’oxyde de bismuth. Le bismuth se volatilise au rouge blanc. Il est inaltérable à l'air froid.

Le bismuth métal est insoluble dans l'eau, mais il est soluble dans l'eau régale, dans l'acide sulfurique concentré à chaud. Il est attaqué par l'acide nitrique, mais ne l'est pas par l'acide chlorhydrique même à chaud. En fait, l'attaque de l'acide chlorhydrique et de l'acide sulfurique est très lente à froid, alors que si la dissolution est rapide dans l'acide nitrique, la solution obtenue contient du nitrate de bismuth hydraté qui cristallise en gros prismes obliques à base parallélogramme, incolore et déliquescent. Mais une dilution à l'eau, puis à l'eau bouillante permet d'obtenir les sous-nitrates de bismuth. Chauffés légèrement à sec, les sous-nitrates se transforment en nitrate. La calcination du (sous)nitrate de bismuth en présence de charbon actif et de carbonate de sodium est un vieux moyen chimique ultime de purifier le bismuth préalablement raffiné autrefois par fusion avec le nitre.

Ces propriétés de solvatation de l'ion Bi, en réalité sous formes hydrolysées d'ion bismuthyle BiO ou bismuthyle solvaté  en solution aqueuse modérément acide, explique la possibilité de synthèse cristalline, si la précaution de conserver ou pérenniser le bismuth métal dès son obtention au degré d'oxydation zéro par un revêtement protecteur est prise. En effet, la réduction par l'air du bismuth est connue depuis des siècles, à l'instar de celle du cuivre ou du plomb, à moindre évidence du cadmium. Il suffit par exemple de provoquer l'interaction ou réaction chimique entre ses dérivés sulfurés et oxydés pour obtenir du bismuth natif artificiel.

La solidification en beaux cristaux rhomboédriques, mis à nu en décantant la masse avant que la solidification soit complète, présente des points communs avec celle de cristaux de soufre. Sur les cristaux artificiels, une pellicule irisée d'oxyde de bismuth apporte un bel effet.

Cristaux de bismuth

Caractéristiques physiques du corps simple métallique 
Conductivité :
 le bismuth est le second métal plus mauvais conducteur de la chaleur après le mercure ;
 sa résistance électrique (inversement corrélée à la conduction thermique) est ainsi très élevée (pour un métal). De plus, elle augmente fortement avec un champ magnétique, il a le plus important effet Hall de tous les métaux. C'est aussi le métal le plus diamagnétique ;
 en 2017 la supraconductivité de monocristaux de bismuth a été mise en évidence en dessous de  à pression ambiante, avec un champ magnétique critique estimé à  à . La supraconductivité du bismuth ne peut pas être expliquée par la théorie BCS parce que l'approximation adiabatique ne lui est pas applicable, et pose le problème de la supraconductivité des matériaux à faible densité de porteurs et structure de bandes particulière.
Le bismuth possède la particularité (qu'il partage avec l'eau, le sodium, l'antimoine, le gallium, le germanium, l'argent et le plutonium) d'être plus dense à l'état liquide qu'à l'état solide :
 densité à l'état liquide > 9,8 ;
 densité à l'état solide = 9,780 ( tableau des propriétés, ci-contre) ;
 l'alliage plomb-bismuth a ainsi une densité du solide quasiment égale à celle du liquide à la solidification (ou liquéfaction).
La capacité calorifique du bismuth solide s'écrit : C =  0,1077 + 5,2055 T, avec :
 T en K ;
 C en kJ/(kg⋅K).

Formes du bismuth métal commercialisé 
Il existe une grande variété de mises en forme métallique : plombs de chasse ou de pêche, billes, billettes, boules, balles, globules, pastilles, nodules, perles, rondelles, cylindres, tubes, anneaux, lames, lingots, bâtons, disques, disquettes, bandes, bobines, barres, barrettes, brides, plaques, plaquettes, galettes, tranches, rubans, feuilles, grains, flocons, fil, aiguilles, granulés, copeaux, jetons, pièces, piécettes, petits et gros morceaux, bloc, bobines, bosse, tôle, matière concentré, micro-feuilles, microlames, poudre, poussière parmi d'autres pièces et échantillons de formes précises.

Alliages 
Les alliages à base de Bi, Pb, Sn et encore Cd sont réputés depuis plus d'un siècle et demi pour leur fusibilité et leur masse volumique variable en fonction de la température.  fond vers , il se dilate de  à , se contracte jusqu'à  à un volume plus faible qu'à , avant de se dilater à nouveau de  jusqu'à la fusion.

Un alliage de Newton fondant aux alentours de  était autrefois défini par  massique de Bi, 5 de plomb Pb et 5 d'étain Sn. Un alliage de Darcet fondant vers  l'était par 2 de Bi, une de Pb et une de Sn. Un alliage de Wood fondant vers  par  de Bi, 2 de Pb, 2 de Sn, et 2 de cadmium Cd.

L'élément est cité dans l'alliage par ordre d'importance massique.
 AlBi
 BiSb
 BiCd
 BiIn, BiInCd, BiInPbSn, BiInSn 
 BiPb, BiPbCd, BiPbCdIn, BiPbCdInSn, BiPbCdSn, BiPbIn, BiPbInSn, BiPbSn, BiPbSnInCd, BiPbSnIn, BiPbSnCd, BiPbSnAg
 BiTe en particule ou en poudre
 BiSn, BiSn à l'eutectique (morceau), BiSnCd, BiSnInPb, BiSnAg
 InBi (composé fixe), InBi, InBiCd, InBiCdSn, InBiSn
 PbBiSnCd
 SnBiCuAg, SnBiZn
 SnInAgBiCu
 SnPbAgBi en particule ou en poudre
 SnAgBiCu
 Métal de Wood en bâton

Présentation des corps chimiques composés comprenant du bismuth 

Un des arguments chimiques pour le statut de métal du bismuth est la propriété basique de , ainsi que le caractère plus basique de  que le sulfure d'arsenic ou d'antimoine. Avec ces derniers, les composés les plus souvent mentionnés dans un cours de chimie sont la bismuthine  et le tellurure de bismuth  semi-conducteur en chimie minérale, le sous-gallate  et le sous-salicylate de bismuth  pour la chimie organique.

La grande majorité des composés de bismuth possède l’étrange particularité de ne jamais être solubles dans l’eau pure. Du fait de l'existence du composé ionique BiO signalée plus haut en milieu aqueux, les différents nitrates, sulfates et chlorures de bismuth ne sont précisément solubles que dans de l’eau acidifiée. Mis simplement ou chauffés dans l’eau pure, ils se décomposent et laissent un dépôt blanc amorphe contenant de l’hydroxyde de bismuth , qui, en perdant une partie de son eau, donne de l'hydroxyde de bismuthyle BiO(OH). Ce dépôt possède un pouvoir couvrant remarquable, connu dès les temps médiévaux d’où son emploi en peinture sous l'appellation de « blanc d’Espagne » et en cosmétique sous le nom de « blanc de fard ». Selon la légende chimiste, c'est ce dépôt blanc qui serait à l’origine de son nom, bismuth ou wismuth provenant de l'expression «  » en allemand, soit « masse blanche ».

Les sels de bismuth sont en général incolores, la couleur éventuelle étant le fait de l'anion et d'autres ions associés. Ils sont décomposables par l'eau. Rappelons qu'avec l'acide sulfurique, il se forme un précipité noir, insoluble dans les sulfures alcalins, et qu'avec les alcalis, il se forme également un précipité blanc, qui devient insoluble en présence d'un excès d'alcalis.

Leur mise en contact de fer ou de zinc à l'état métallique libère le métal bismuth par simple réaction d'oxydoréduction. La formation de bismuthine, corps gazeux instable, ne peut être obtenu qu'en très petite quantité ou à l'état de traces, encore faut-il procéder avec un mélange de métal magnésium (divisé) et d'acide fort. Le dépôt du test de Marsh est très délicat à réaliser, voire impossible.

L'addition de phosphates solubles aux sels de bismuth donne un précipité insoluble dans l'acide nitrique étendu. Cela a permis au chimiste Chancel de proposer un dosage de l'acide phosphorique.

Le corps simple bismuth métal peut être dosé en le transformant préalablement à l'état de chromate et d'oxychlorure.

Le couple Bi()/Bi() se révèle un oxydant très puissant, très supérieur au couple de l'oxygène natif, /O ou gaz dioxygène / oxyde formé.

Les corps composés les plus connus sont :
 sulfures
 sulfure de bismuth()  ou bismuthinite
 sulfure double d'iridium et bismuth ou le minéral naturel changchengite
 sulfosel  ou benjaminite
 sulfotellurure de bismuth  ou tétradymite  
 sulfoséléniure de bismuth  ou paraguanajuatite 
 séléniures
 séléniure de bismuth  connu avec le minéral naturel guanajuatite
 séléniure de palladium et de bismuth  ou padmaïte
 tellurures
 tellurure de bismuth  semi-conducteur
 tellurure d'antimoine et de bismuth  en granules, poudres ou morceaux, parfois  en billes, semi-conducteur
 tellurure double de platine et bismuth ou maslovite, minéral naturel
 tellurure de palladium, platine et bismuth, ou michenerite
 oxydes
 sesquioxyde de bismuth()  et ses trois variétés allotropiques, oxydes basiques. α correspond en minéralogie à la bismite monoclinique pseudo-orthorhombique, β à la sphaérobismoïte ou bismuthosphérite tétragonale à structure de fluorine.
 penta-oxyde instable , et quasi inconnu sous cette forme, mais plutôt de structure  ou , solide brun très fortement oxydant obtenu dans la soude, et insoluble dans l'eau, nommé bismuthate de sodium  
 oxydes complexes 
 ferrite de bismuth
 germanate de bismuth
 oxydes multiples  ou 
 peroxydes
 peroxyde de bismuth() 
 hydroxydes
  légèrement amphotère, à hydrolyse facile
 oxyhalogénures 
  insoluble ou blanc de perle, 
 
 oxybromure de bismuth BiOBr
 oxyiodure BiOI

 fluorures, chlorures, bromures et iodures
  à structure ionique
  (acide de Lewis)
 
 iodure de bismuth  semi-conducteur
 
 borates
 borate de bismuth 
 carbonates et sous-carbonates
 carbonate de bismuth 
 sous-carbonate de bismuth  ou  correspondant au minéral naturel bismutite
 
 sulfates
 

 nitrates
 
 
 
 sous-nitrates
 oxynitrate de bismuth()  
  insoluble dans l'eau
 sous-nitrate de bismuth() 
 phosphates
 
 monophosphate   avec 0 ⩽ x ⩽ 6, A et B métal alcalin, métal alcalinoterreux…
 stannates
 stannate de bismuth 
 pentahydrate 
 stannate anhydride 
   
 arséniates
 arséniate de bismuth 
 arséniate de bismuth et de cuivre, soit  mieux connu sous le nom minéral de mixite
 aluminates 
 aluminate de bismuth 
 chromates
 niobates
 orthoniobate de bismuth() 
 tantalates
 orthotantalate de bismuth 
 arséniures
 arséniure de palladium et de bismuth  (minéral  en anglais)
 antimoniures semi-conducteurs
 antimoniure de bismuth BiSb
 diantimoniure de dibismuth  semi-conducteur
 bismuthures
 bismuthure d'erbium BiEr
 vanadates
 vanadate de bismuth  en trois variétés polymorphes, orthorhombique connue sous le nom minéral de pucherite ou puchérite, de dreyerite ou de clinobisvanite.
 molybdates
 molybdate de bismuth 
 
 
 titanates semi-conducteurs
 titanate de bismuth 
 titanate de bismuth() 
 titanate de strontium dopé au bismuth, 
 zirconates
 
 tungstates 
 
 carboxylates
 formiate de bismuth 
 acétate de bismuth 
 hexafluoroacétylacétonate de bismuth 
 néodécanoate de bismuth 
 citrate de bismuth() 
 sous-citrate de bismuth (en association avec des antibactériens locaux, des antiulcéreux antiacides en comprimé pelliculé ou en association avec d'autres antibiotiques antibactériens ou antibactériens systémiques et d’autres antiulcéreux antiacides en gélule).
 citrate de bismuth et d'ammonium 
 citrate de bismuth et de potassium 
 oxalate de bismuth 
 gallate basique de bismuth (antihémorroïdaire en association avec l'oxyde de bismuth)
 sous-gallate de bismuth 
 sous-gallates hydratés 
 succinate de bismuth  (avec d'autres antibactériens antiseptiques par voie locale en suppositoire)
 sous-succinate de bismuth  (en association avec d'autres fluidifiants de sécrétions bronchiques, expectorants, antibactériens systémiques, antiseptiques, le plus souvent en suppositoire).
 gluconate de bismuth (avec le nitrate, en oligothérapie par des solutés buvables, en voie orale ou sublinguale)
 salicylates et sous-salicylates 
 sous-salicylate de bismuth , agent actif du pepto-bismol
 butylthiolaurate de bismuth 
 butyl-thiolaurate de bismuthyle
 iodobismuthite de quinine
 naphténates
 bi(naphténate)2 ou dinaphténate de Bi
 sulfonates
 trifluorométhanesulfonate de bismuth  ou 
 albuminates
 hydrures 
 bismuthine  instable et très souvent obtenu à l'état de trace
 tri(4-ethoxyphenyl)bismuthine ou 
 carbures
 carbure de bismuth BiC
 composés métalliques binaires
 
 composés organométalliques de bismuth
  alkyl-bismuthane
 triméthyl-bismuth  (toxique et génotoxique)
 triphényl-bismuth 
 dichloritri(o-tolyl)bismuth 
 bismuth tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) 
 dichloro-(4-methylphenyl)-diphenylbismuth 
 dichlorotri(4-chlorophenyl)bismuth 
 tris(1-methoxy-2-methyl-2-propoxy)bismuth 
 tris(2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionato)bismuth 

 composés siliconés
 poudres nano
 oxyde de bismuth, cobalt et zinc 
 électrolytes solides
 oxyde de bismuth stabilisé par l'oxyde d'yttrium

Usages (dont en substitution au plomb) 
Le bismuth est un semi-métal principalement obtenu comme sous-produit de traitements de divers minerais sulfurés. En 2010 près de la moitié du bismuth produit sert comme simple additif d'alliages métalliques. Un quart serait utilisé par l'industrie chimique et pharmaceutique, la première incluant les spécialités verrières et céramiques. Le dernier quart à un tiers de la production mondiale serait utilisé en électrochimie, notamment en galvanisation, pour confectionner des alliages fusibles à basses températures ou des pare-feux de sécurité, réaliser des soudures spéciales, ou fabriquer des munitions alternatives au plomb.
Il est le constituant majoritaire de nombreux alliages à bas point de fusion tels que les alliages dits de Wood, de Rose ou de Field.
Il a aussi massivement été utilisé pour les alliages d'acier dès la fin du .

Substitut au plomb 
Le bismuth, élément de poids atomique élevé et donc dense () est presque aussi lourd que le plomb à volume identique (). Ceci lui confère presque les mêmes qualités balistiques et de pondération ou d'absorption de certains rayonnements. Bien que neurotoxique, plus rare et plus coûteux que le plomb, il est significativement moins toxique que ce dernier. Il a donc été proposé, puis utilisé par un nombre croissant d'industriels comme substitut au plomb qui commence à être interdit par diverses législations dans le monde : 
 pour des agrès (platines) de pêche (alors moins toxiques quand ils sont avalés par des oiseaux ou perdus dans l'environnement) ;
 pour des grenaille de chasse, le bismuth en alliage, bien moins toxique que le plomb (mais dont la biodisponibilité à partir des grenailles incrustées dans la chair était inconnue, et se fragmentant facilement à l'impact, et source possible de contamination de la viande et du consommateur) remplace le plomb dans certaines munitions de chasse antérieurement faites d'un alliage de plomb généralement durci à 8 % d'arsenic et antimoine. Les Pays-Bas, le Danemark, l'Angleterre, le pays de Galles, les États-Unis et de nombreux autres pays interdisent désormais l'utilisation de la grenaille de plomb pour la chasse, sur tout le territoire ou au moins dans les zones humides, car de très nombreux animaux (oiseaux d'eau particulièrement, et leurs prédateurs meurent ou sont chroniquement victimes de saturnisme animal. Ce saturnisme est acquis à la suite de l'ingestion directe ou indirecte de grenaille de chasse ou de ball-trap dispersée dans l'environnement par milliers de tonnes chaque année. Les oiseaux avalant du plomb en croyant ingérer du grit (petits cailloux arrondis ingérés pour broyer les aliments dans le gésier). La grenaille faite d'alliage de bismuth à 5 % d'étain a des performances balistiques similaires à celles du plomb mais elle tend à se fragmenter plus facilement à l'impact, or les particules ou nanoparticules de bismuth sont une source préoccupante de contamination de l'animal ou du consommateur. (Une autre solution moins chère, mais également moins performante ou nécessitant une charge de poudre augmentée, est la grenaille faite d'acier, acier doux ou fer doux, dont les grains peuvent être « bismuthés » (couverts d'une couche de bismuth qui empêche le fer de rouiller, tout en économisant le bismuth dont les ressources géologiques connues sont limitées  ; à la suite d'un accident de chasse avec grenaille de bismuth, constatant qu'on ignorait encore le risque posé par la présence dans le muscle ou un organe de grenailles ou fragments de bismuth, une étude a été décidée (publiée en 2012). Elle a porté sur les effets de l'inoculation de fragments de bismuth dans le muscles des membres d'un groupe de rats de laboratoire. Du bismuth moléculaire a rapidement été retrouvé dans l'urine et le sang de ces animaux. La bio-imagerie a donné des informations sur la distribution du métal diffusant dans le tissu, montrant une légère diffusion du bismuth dans la chair autour de l'implant, en un motif non symétrique (mais il y est difficile de différencier la diffusion réelle, et un étalement résultant de la coupe du tissu pour l'imagerie. Une accumulation de zinc a été constatée autour de l’implant ; elle a été interprétée comme un marqueur de l’inflammation induite par l'implant.
 pour d'autres types de munitions (dont balles dites vertes, non-létales, anti-émeutes ou ) ;
 pour fabriquer des écrans de protection du corps humain contre les rayons X, en latex imprégné de bismuth. Ces écrans sont utilisés lors des examens médicaux, tels que les tomodensitomètres, principalement car le bismuth est moins toxique que le plomb ;
 pour la production de soudures à bas point de fusion : la directive européenne sur la limitation de l'utilisation de substances dangereuses (RoHS), pour faciliter la réduction des usages du plomb, a élargi l'utilisation du bismuth dans les composants électroniques en tant que composant de soudures à bas point de fusion, en remplacement des soudures traditionnelles au plomb-plomb. Sa moindre toxicité le rend préférable notamment pour les soudures d'équipements de traitement des aliments et de conduites d'eau en cuivre, bien qu'elle puisse également être utilisée dans d'autres applications, notamment dans l'industrie automobile, dans l'UE par exemple.
 Le bismuth a été évalué comme solution de rechange au plomb dans les cuivres à usinage libre utilisés en plomberie, bien qu'il ne soit pas à la hauteur des performances des aciers au plomb.

Bismuth métal et moulage 
Ce semi-métal dense et fondant assez facilement est apprécié pour fabriquer certains moules de moulage de précision sous pression (pour fabriquer des modèles réduits, comme des « petites voitures de collection » à finition soignée, ou des éléments de maquettisme, par exemple).
Le bismuth sert aussi de matière métal à mouler.

Alliages multi-fonctions 
À l'eutectique des alliages à bas point de fusion, soit à 48 % de bismuth en masse, on obtient essentiellement des alliages qui se contractent, et à plus de 55 %, des alliages qui se dilatent. Un des premiers usages de ceux-ci est la soudure avec un matériel réduit au minimum. L'alliage au plomb type 44 % en masse de Pb et 56 % en Bi dont le point de fusion équivaut à  permet de réaliser des soudures à froid.
En électronique, allié avec l'étain (), il est utilisé comme soudure (brasure) sans plomb (RoHS) à bas point de fusion.
L'alliage d'Arcet ou alliage de Darcet soit 49,2 % de Bi, 32,2 % Pb, 18,4 % de Sn fond avant .
Un métal de Wood soit grossièrement 50 % de Bi, 25 % Pb, 12,5 % de Cd et de Sn fond dans l'eau chaude à environ .
Les alliages de Wood, de Rose ou de Field font d'excellents fusibles en électricité : on utilise fréquemment comme fil fusible, un alliage de bismuth et d'étain (40 % / 60 %), à très bas point de fusion.
L'alliage de Wood et celui de Newton servent également à la radioprotection.

En plomberie, l'utilisation du bismuth, en substitution au plomb pour les assemblages techniques, est à l'étude. Ces alliages sont parfois utilisés en tuyautage et pour souder.

Ce sont en conséquence des fusibles adaptés à la protection incendie ou à l'alarme thermique (thermo-alarmes) : ces alliages peuvent jouer le rôle de coupe-circuits électriques, de vannes de sécurité anti-incendie, par exemple en déclenchant une chute de colonne d'eau en présence de fumées chaudes ou de vapeurs. Dans les installations d'extinction automatique à eau, souvent communément appelées « sprinkler », on utilise parfois comme obturateur un mélange quasi eutectique très fusible qui fond à . Il est très proche d'un alliage utilisé comme joint verre-métal à base de bismuth (49,2 %), plomb (22 %), zinc Zn (18 %), étain Sn (8 %), calcium Ca (5 %), mercure Hg (4 %) et qui fond à .
Ainsi les têtes arroseuses de sprinklers ou les prises de sûreté pour cylindres de gaz comprimés sont en alliages de bismuth.

Ces alliages avec Mn ont permis de mettre au point des aimants permanents à champ coercitif élevé. Notez que l'on peut utiliser également l'oxyde de bismuth pour les aimants.

Le bismuth est présent dans les éléments thermo-électriques, sous forme de semi-conducteurs à propriétés thermoélectriques tels que  et avec l'antimoine, Bi1–xSbx. Il permet la conception de thermocouples.

Industrie verrière, céramique et chimique 
Ces industries l'utilisent beaucoup, surtout sous forme d'oxydes :  
 le verre et la céramique intègrent de l'oxynitrate ou sous-nitrate de bismuth,  comme pigment blanc, alors que L'orthovanadate de bismuth  donne un pigment vert-jaune ;
 l'émaillage utilise le borosilicate de bismuth ;
 les verres optiques (flint glass) utilisent le phosphate de bismuth ;
 l'industrie des peintures utilise le carboxylate de bismuth comme siccatif moins toxique que le plomb , et surtout divers oxydes comme pigment : l'oxyde  (jaune, que l'on remarque sur les grues jaunes de chantier) ; L'oxychlorure BiOCl (blanc, notamment employé pour fabriquer des perles artificielles) ;
 la pyrotechnie utilise aussi du bismuth, dont sous forme de TPB (triphényl-bismuth) (CAS 603-33-8) et de TEPB (tris (ethoxyphényl) bismuth) (CAS 90591-48-3), classés dans divers pays comme matériel de guerre dont l'export est interdit ou soumis à autorisation ; 
 l'industrie chimique et des fibres artificielles, l'utilisent comme catalyseur pour produire des fibres acryliques et divers polymères, le  catalyse efficacement diverses réaction chimique. Le bismuth intervient aussi comme ignifugeant et retardateur de flamme (de papiers peints ou polymères) ;
 l'industrie du caoutchouc utilise  le sesquioxyde de bismuth  comme catalyseur de la vulcanisation ; 
 l'industrie nucléaire utilise l'hydroxyde de bismuth, à l'instar du phosphate de bismuth, comme réactif de séparation du plutonium de l'uranium irradié.
 l'industrie des semi conducteur utilise des hydrures de bismuth (bien qu'instables, volatils et réactifs) pour préparer des semi-conducteurs au germanium et au soufre.
 l'industrie des pesticides utilise du bismuth dans la composition de certains fongicides (le bismuth non biodégradable, devient alors un contaminant de l'environnement).

Médecine, parapharmacie, soins du corps 
Certains de ses dérivés (comme les sous-nitrates et les sous-carbonates) ont été employés durant plusieurs siècles par la pharmacopée traditionnelle (en pharmacie galénique, voire en parapharmacie). Ainsi le nitrate de bismuth basique, , sous le nom de «  » (magistère de bismuth), se présentant comme dépôt insoluble à propriétés antiseptiques, était autrefois utilisé comme pansement gastrique. Il était prescrit sous des formes variées, notamment par voie orale, contre l'ulcère gastro-duodénal et dans diverses indications digestives : diarrhée, constipation, colites, entérites. On le considérait comme calmant ces troubles digestifs, et antiseptique pour les blessures et infections cutanées, voire comme utile contre la syphilis, ainsi que pour enduire les pansements pour brûlure, en dermatologie.

Le bismuth médical devait être chimiquement pur, ce qui était difficile alors que son minerai est généralement très contaminé par l'arsenic, le tellure, l'argent ou le plomb (hautement toxiques).

Puis ses effets neurotoxiques secondaires ont été mis en évidence, et le bismuth sous forme soluble dans l'eau ou insoluble dans l'eau en posologie excessive a été interdit en France, après de nombreux problèmes d'intoxication médicamenteuse grave, et notamment après le constat inquiétant de métabolisation du bismuth et de l'occurrence d'encéphalopathies graves induites par des prescriptions thérapeutiques.

Des dérivés bismuthiques issus de sa chimie organique font néanmoins toujours partie de la pharmacie médicamenteuse, mais à très faibles doses et sous forme de produits purs et insolubles dans l'eau. Les sels insolubles (à absorption digestive limitée) constituent encore de remarquables pansements : parmi eux, les nitrates et carbonates basiques de bismuth, à fort pouvoir couvrant, montrent des propriétés antiacides et antiseptiques, réduisant drastiquement les fermentations. Ces couches salines en se divisant permettent une forte adsorption chalcophile, le bismuth fixant facilement les gaz soufrés en se minéralisant en sulfure de bismuth  qui colore alors les fèces en noir. Remarque : le bismuth étant opaque aux rayons X, il faut suspendre ce type de pansement avant une exploration radiologique du tube digestif qui nécessite la progression de substances de contraste spécifiques.
Il est encore utilisé dans les traitements de la leucémie. Et certains oligothérapeutes le recommandent encore à dose faible pour combattre des infections virales répétées, perpétuant le plus souvent des réactions inflammatoires douloureuses, tels certains maux de gorge décrits en laryngite ou pharyngite.
 
Sa toxicité intrinsèque en fait l'un des biocides naturels connus : il a été utilisé dans certains désinfectants (sous forme de sesquioxyde de bismuth), mais comme le mercure, en raison de ses effets secondaires et de son caractère non dégradable, il a été remplacé par des produits moins toxiques, moins écotoxiques et/ou plus dégradables. Son action biocide envers les micro-organismes intestinaux vecteurs de maladie ou les développements viraux justifie le (sous)succinate de bismuth en thérapeutique par voie rectale (suppositoire) contre les angines, ou par voie parentérale contre la syphilis. Certaines (inter)cures d'antibiothérapie font encore appel à des dérivés liposolubles (ex : butyl-thiolaurate de bismuthyle ou iodobismuthite de quinine ; par injections musculaires à dates programmées). Il a été récemment (2005) montré que le Bismuth subsalicylate (BSS, matière active du médicament Pepto-Bismol) réputé insoluble devient soluble quand il interagit avec des jus de fruits, l'acide ascorbique, ou des substrats contenant des thiols ; et il présente alors une toxicité accrue contre Clostridium difficile ; on a cherché à doper cette efficacité contre le clostridium.

En cosmétique, les rouges à lèvres ou des laques pour ongles contiennent une charge d'oxychlorure de bismuth (BiOCl) et/ou d'oxynitrate de bismuth () qui leur donnent une brillance nacrée. L'oxychlorure de bismuth donne aussi un aspect nacré à des « ombres à paupières ».
Du citrate de bismuth (à 0,2 %) est utilisé dans une lotion de repigmentation des cheveux. Les ions de bismuth réagissent en effet avec la fibroprotéine du cheveu (kératine) par l'intermédiaire du soufre également contenu dans cette lotion.
Certains pays n'appliquant pas le principe de précaution reconnu en 1974 en France, acceptent encore des dérivés de bismuth dans la composition de déodorants.

Recyclabilité 
Son coût, sa rareté relative, son utilité comme catalyseur et sa toxicité justifient qu'il soit mieux recyclé, mais beaucoup de ses usages sont dispersifs (peintures, munitions, fibres, additifs, pesticide, ce qui rend très difficile sa récupération).
Le recyclage du bismuth métal ne se conçoit aujourd'hui qu'avec des alliages à forte teneur connue dénommé en franglais  d'alliage.

Commerce 
Le plus grand producteur mondial de bismuth est devenu la Chine (plus de 60 % du marché dans les ). ce pays serait également propriétaire d'environ trois-quarts des quelque  de réserves reconnues et exploitables facilement, estimée à quarante années d'usage à un rythme de consommation stable de .
	
La France est nette importatrice de bismuth (selon les douanes françaises, en 2014). Le prix moyen à la tonne à l'import était de .

Avant les années 2010, le prix de  de bismuth très pur avoisinait . Acheté en masse et conditionné à un degré moins pur, le kilogramme de bismuth pouvait se réduire entre , atteignant parfois une dizaine de dollars US.

Toxicité environnementale 
Son écotoxicité est au moins pour partie connue. Celle de ses isotopes l'est moins, mais l'IRSN a produit une fiche pédagogique sur le .

Le métal Bi est réputé être le moins toxique des métaux lourds, ou en tous cas, celui dont les effets sont chez l'Homme les plus rapidement réversibles, mais sa toxicité humaine, et plus encore environnementale a été peu étudiée, notamment pour ses formes organométalliques et/ou inhalables (volatiles, méthylbismuth notamment).

Von Recklinghausen et ses collègues ont récemment (2008) montré par des expériences in vitro que comme pour le mercure, le bismuth s'avère beaucoup plus bioassimilable, et toxique pour au moins trois types importants de cellules humaines (érythrocytes, lymphocytes et hépatocytes) quand il est présent sous forme méthylée (triméthyl-bismuth )  : sous cette forme après 1h ou 24 h, ce sont les érythrocytes et les lymphocytes qui en absorbent largement le plus, et le bismuth montre alors aussi des effets toxiques, et notamment génotoxiques (absents quand le bismuth est uniquement présent sous forme de citrate ou de glutathion. Or, comme le mercure, le bismuth est facilement méthylé dans les sédiments peu oxygénés par des bactéries du groupe des methanobacteria/methanoarchaea. D'autres études antérieures avaient déjà montré que le bismuth peut aussi être méthylé par une partie de la flore intestinale du côlon humain (la variété des microbiotes pourrait expliquer les variations individuelles d'intoxications antérieurement observées chez l'homme ou l'animal de laboratoire, sans avoir été expliquées). les auteurs ont conclu que .

Toxicité pour l'homme 
Son mode d'action physiopathologique a été peu étudié, et n'est pas encore compris. Mais en 1860, plus de  avant son interdiction presque totale en France comme médicament (en 1974), Antoine Béchamp (contemporain de Pasteur, professeur à Montpellier), dans sa thèse de médecine (Préparation et les caractères du sous-nitrate de bismuth) en collaboration avec C. Saintpierre, mettait déjà en garde quant à la toxicité des sels de bismuth.

Des sels de bismuth dont le salicylate de bismuth ont été testés parentéralement aux humains contre la syphilis, avec des effets secondaires graves liés à sa toxicité (gingivostomatite avec « ligne de bismuth » . Il a été récemment montré (dont au microscopie électronique) que dans le rein, les cellules épithéliales tubulaires proximales intoxiquées par le bismuth meurent par nécrose et non par apoptose. La z-VAD-fmk (inhibiteur de la caspase-3) n'empêche pas la mort cellulaire induite par le bismuth des cellules NRK-52E, alors qu'il empêche l'apoptose causée par le cisplatine. Plusieurs études ont conclu que ni la dysfonction mitochondriale, ni l'induction de radicaux libres ne sont en cause dans cette forme de néphrotoxicité ; la précocité de l'induction des dommages (in vitro et in vivo) ainsi que d'autres indices (ex déplacement précoce de la N-cadhérine) laissent penser que le bismuth tue les cellules épithéliales tubulaires proximales du rein  en attaquant les fonctions de leur membrane.
À la différence des autres métaux lourds, les effets toxiques du bismuth semblent disparaître après quelques mois, mais ses effets sur l'embryon ou le fœtus ne semblent pas avoir été étudiés, pas plus que ses impacts sur les ouvriers qui y ont été exposés. Des études de traçage histochimique du bismuth, tant sur le modèle animal qu'à l'occasion d'autopsies de cerveaux d'humains morts intoxiqués par le bismuth ont montré que ce métalloïde passe facilement la barrière hématoencéphalique pour être ensuite notamment retrouvé dans plusieurs parties du cerveau, dont dans le sang, le cervelet et le thalamus ; l'histochimie montre qu'il s'accumule dans les neurones et les cellules gliales du néocortex, du cervelet, du thalamus et de l'hippocampe. Concernant les parois des vaisseaux sanguins, ceux du cervelet semblent en contenir le plus. À échelle ultrastructurale, le bismuth est retrouvé au sein des cellules, dans les lysosomes, et hors des cellules dans les membranes basales de certains vaisseaux. Il peut passer d'un axone à l'autre : trois jours après injection dans le triceps d'un rat, des amas de bismuth étaient observés dans les motoneurones reliant ce muscle à la moelle épinière et dans les cellules ganglionnaires de la racine dorsale la plus proche du site d'injection. En 2002 on a montré que les macrophages prélevés à la base et aux marges d'ulcères traités par du citrate de bismuth avaient accumulé  le bismuth dans leurs lysosomes. Ces accumulations entraînaient une rupture lysosomale, conduisant à la mort cellulaire par apoptose. Une autre étude a ensuite montré que cette accumulation augmente avec le temps et la dose . Dans la cellule, le bismuth est un puissant inducteur de la métallothionéine (protéine bien connue pour se lier aux métaux, dans les mécanismes de détoxication), ce qui avait déjà été montré en 1996. Il induit aussi la production de divers enzymes glycolytiques, suggérant qu'il est cause d'un stress de type « hypoxie » . La protéine 3 (Bnip3) interagissant avec 19 kDa de BCL2 / adénovirus E1B a été suggérée comme un régulateur de la mort cellulaire induite par l'hypoxie, qui pourrait être l'une des causes de la mort cellulaire induite par le bismuth.

Inhalation : Ses vapeurs sont toxiques et se dégagent à une température relativement basse. Et le bismuth méthylé est volatile à température ambiante. Ces vapeurs   exposent à une intoxication acquise par les voies respiratoires.

Ingestion : une partie du bismuth ingéré franchit la barrière gastro-intestinale, plus ou moins selon la forme du bismuth ingéré, mais aussi selon les individus.

Les chélateurs, la D-pénicillamine et son dérivé N-acétyl sont des antidotes qui se sont montrés efficaces sur la souris intoxiquée par du citrate de bismuth par voie intrapéritonéale.
 
Le bismuth ingéré n'est quasiment pas retrouvé dans le plasma (normalement inférieure à ), ce qui montre qu'il est partiellement absorbé par le tube digestif.

En dépit de mises en garde datant de plus d'un siècle, le bismuth a été avant 1974 utilisé à posologie dangereuses, voire mortelles, sans période d'interruption et sans aucune limitation de durée. Des précautions d'emploi édictées dès avant 1910 demandaient pourtant qu'en raison de sa toxicité, il soit prescrit en cures discontinues, mais laboratoires et médecins ont ensuite encouragé son usage thérapeutique, qui en  (de 1964 à 1974), avait doublé atteignant  en France.

L'épidémiologie des effets du bismuth a progressé en France dès 1974, grâce à une vaste étude lancée par le groupe « maladies transmissibles et accidents toxiques » de l'Institut national de la santé et de la recherche médicale. Cette étude s'est basée sur 942 cas d'intoxication par du bismuth ingéré, toutes survenues en France et rapportées et décrites par la littérature médicale, et dont 72 se sont conclues par la mort du patient. Ce travail a montré que tous les sels de bismuth avaient été impliqués dans des empoisonnements graves, et que la toxicité du bismuth avait été sérieusement sous-estimée. Elle a permis d'attribuer de manière certaine à l'ingestion de bismuth médicamenteux des encéphalopathies survenant généralement en deux phases : une phase prodromique (troubles non spécifiques de type asthénie, insomnie, céphalées, perte de mémoire) précédant une phase aiguë (avec des troubles neurologiques graves rappelant les symptômes induits par d'autres métaux lourds tels que le plomb ou le mercure ; dysarthrie, ataxie, troubles de la marche, myoclonies, tremblements, désorientation, agitation, troubles de la mémoire, état confusionnel, hallucinations, convulsions).

Heureusement, l'interruption de la prise de Bismuth était suivie d'une amélioration clinique en quelques jours, avec toutefois une persistance durant quelques mois d'une partie des symptômes (asthénie, troubles de la mémoire, troubles du sommeil et/ou céphalées).

Après environ un millier de cas repérés en France et en Australie, le ministère de la santé français a finalement interdit le bismuth à haute dose dans les médicaments. Il reste néanmoins utilisé, avec succès, dans les affections de la sphère ORL à très faibles doses (oligothérapie) et par exemple, dans certains pays, sous forme de « sous-citrate de bismuth-colloïdal » (citrate (DENOL*) et complexe citrate de bismuth-ranitidine). Ces produits sont uniquement autorisés contre l'ulcère gastroduodénal où le bismuth semble assez toxique pour tuer la bactérie Helicobacter pylori, laquelle induit généralement ce type d’ulcère et qui est particulièrement résistante. Les doses de bismuth dans ce médicament sont toutefois bien plus faibles que celles qui étaient prescrites avant 1974 et chaque phase de traitement ne peut aujourd'hui excéder un mois maximum avec, entre deux traitements, un arrêt minimal de deux mois.

Indicateurs d'exposition (chez l'Homme) 
Les classiques analyses de sang et d'urine ne mettent en évidence avec certitude que des contaminations très récentes, le bismuth sanguin est éliminé via les urines en quelques jours après fin de l'exposition, par contre comme pour le plomb, l'antimoine et l'arsenic, les cheveux en conservent des traces, tant qu'ils ne sont pas coupés.

Histoire chimique et étymologie 
Un étymon double de l'allemand «  » « masse blanche » ou mieux «  » « matte blanche » est souvent proposé pour expliquer l'allemand . Dans un modeste livret destiné à l'apprenti maître-mineur intitulé  paru vers 1527 le nom de wismuth apparaît sous la forme  c'est-à-dire de minerai de bismuth ( ou ), pour signaler qu'il est fréquemment associé aux veines cobalto-argentifères. Georgius Bauer dit Agricola le décrit avec précision. il le nomme sous l'influence alchimique aussi  ou plomb cendré proposant d'emblée une association intime d'un métal plus dense, qui serait le plomb, avec des cendres carbonées moins denses pour expliquer la curieuse réduction à l'air ou la réduction ipso facto du mélange des mélanges minéraux (sulfures/oxydes) en bismuth natif, d'aspect métallique.

Le métal lourd ou le bismuth natif est connu sous l'appellation  en latin médiéval et en langue alchimique, au plus tôt dès 1450 avec wismutum et au plus tard avec bisemutum vers 1530. Il est attesté par le moyen-allemand wesemut en 1390. Il est probablement une adaptation d'un terme d'origine lointaine, en réalité arabe et/ou grec, qui a pu être réalisée par traduction du livre référence  de Dioscurides à partir du  ou par rencontres postérieures de quelques spécialistes miniers. Les formes hypothétiques peuvent être :
 b[i]sīmūtīyūn, qui serait une adaptation lettrée du grec ancien , « blanc de plomb » ; 
 bi iṯ'mid ou bi' ’ithmid signifiant trivialement « semblable à l'antimoine », en supposant connue la similarité et la différence évidente entre bismuth natif et antimoine natif sur le site minier.

Ces deux dernières hypothèses sont les plus plausibles. Mais la tradition minière propose encore deux dernières hypothèses : la première est attachée à la dénomination du site minier Saint-Georges «  » à proximité du Schneeberg dans l'Erzgebirge saxon au  pour la production de matte ou de masse de bismuth ou parfois simplement l'intense activité minière, la seconde rappelle que l'étymon wis(se)mat n'est qu'une masse ou matte blanche. Il ne faut nullement condamner ces étymologies populaires ou pseudo-savantes qui ont le mérite de rappeler une ancienne réalité minière.

Le bismuth est évoqué abondamment dans les écrits du pseudo-moine bénédictin Basilius Valentinus du milieu du , dont on suppose aujourd'hui qu'il est le pseudonyme et le faire-valoir de l'éditeur allemand Johann Thölde vivant au début du . Trop associée aux arcanes d'une alchimie symbolique, cette matière rare n'est véritablement connue que des hommes de l'art minier ou familier des techniques métallurgiques. En témoigne la diversité de ces appellations synonymes plomb cendré ou «  » en latin, antimoine blanc, étain de glace ou étain gris, glaure, , vrai démorgon, nymphe.

Selon Henri Lammens, l'arabe peut offrir comme étymologie  /  qui signifie proprement antimoine.

Ses véritables promoteurs dans la science du siècle des Lumières restent les chimistes Jean Hellot, Claude François Geoffroy, Johann Heinrich Pott, Carl Wilhelm Scheele et Torbern Olof Bergman.

Dans les milieux autres que miniers ou techniques, de potier d'étain ou d'(al)chimistes, le bismuth a pu être parfois confondu avec l'antimoine, le plomb, le zinc ou d'autres métaux lourds. Mais c'est une facilité que les classificateurs scientifiques du siècle des Lumières ont empruntée pour mieux glorifier leurs études sérieuses.

Rappelons que le tain est à l'origine un alliage de plomb, d’étain et de bismuth réduit en feuille sur une surface miroir.

En 1830 la Saxe minière initie la première production industrielle de bismuth. Vers 1901, le débismuthage de plomb doux dans l'industrie commence à livrer une grande quantité de bismuth en sous-produit. L'essor des alliages contenant du bismuth est nette dès l'entre-deux-guerres et se poursuit dans les .

En 1953, la consommation médicamenteuse de bismuth en thérapeutique dépasse  par an. Les constats sanitaires néfastes déterminent les mesures tardives du ministère de la santé en 1974, opérant néanmoins un efficace recul du bismuth en pharmacie, à moins de  en 1979.

Mais, paradoxalement, l'emploi de composés du bismuth comme retardateur de flamme dans l'industrie plastique ou comme pigment dense dopent l'essor industriel du bismuth. La mise au point de munitions, en particulier de balles sophistiqués en bismuth, permet de réduire l'emploi du plomb trop polluant.

Notes et références

Notes

Références

Voir aussi

Bibliographie 
 Alain Foucault, Jean-François Raoult, Fabrizio Cecca, Bernard Platevoet, Dictionnaire de Géologie - , Français/Anglais, édition Dunod, 2014, . Avec la simple entrée « bismuth » .
 Anne-Marie TRISTANT, article « Bismuth », in , 2001. 
 Bruce Herbert Mahan, Chimie, InterEdition, Paris, 1977, 832 (Traduction de , , , Massachusetts, 1969 ), en particulier .
 Paul Pascal, P. Bothorel, Adolphe Pacault, Guy Pannetier (dir.), P. Bothorel, R. Dolique, L. Domange, P. Pascal (rédacteurs), Nouveau traité de chimie minérale : Arsenic, antimoine, bismuth, , Masson, 1958.
 Danscher G, Stoltenberg M, Kemp K, Pamphlett R (2000) Bismuth autometallography. Protocol–specificity–differentiation. J Histochem Cytochem 48:1503–1510
 Filella M (2010) How reliable are environmental data on ‘orphan’elements? The case of bismuth concentrations in surface waters. Journal of Environmental Monitoring, 12(1), 90-109 (résumé).

Articles connexes 
 Élément-trace métallique (métaux lourds)
 Toxicité des munitions
 Isotopes du bismuth

Liens externes 
  Bismuth dans le TLF
  Macrophotographies de bismuth fondu avec effet d'irisation
  Salicylate de bismuth basique
  Salicylate de bismuth pour la diarrhée chez l’enfant, Journal médical canadien
  Ulcère gastroduodénal lié à Helicobacter Pylori : éviter le bismuth, sur prescrire.org, en 2013
  Images de bismuth sous différentes formes
  Données globales avec incorrections et coquilles, en particulier sur la température d'ébullition, toxicologie
 
  Fiche de présentation du Bi du laboratoire Jefferson
  Minéralogie de l'élément bismuth
  Fusion du Bismuth métal, fabrication de lingot et fabrication de cristaux de Bi au chalumeau
  Comment fabriquer des cristaux de bismuth artificiels. Ne pas imiter cette préparation simplifiée en cuisine, mais en laboratoire avec hotte aspirante, lunettes et gants par principe de précaution.
  Lévitation d'un petit aimant cubique, en particulier entre des cristaux de bismuth
  Courte présentation chimique et lévitation d'un cube de bismuth entre deux assiettes de bismuth métal, sous l'influence d'un aimant au néodyme   
  Sur les bronzes au bismuth
  Dossier bibliographique du service géologique américain USGS
  Une partie des corps simples, alliages et corps composés répertoriés du bismuth, ainsi que leurs aspects pratiques
  Découverte de la radioactivité naturelle du Bi
  Présentation des applications et formes de ses alliages de soudure au bismuth par une société américaine spécialisée
 , avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

 
Écotoxicologie