====== Les métaux ====== ===== Les sept métaux ===== Les sept métaux sont les métaux connus, et reconnus comme tels, de l'antiquité jusqu'à la Renaissance. Ils sont mis en correspondance par les pensées astrologique et alchimique avec les sept "planètes" (Le Soleil, la Lune, et les cinq planètes observables à l'œil nu), elles-mêmes associées aux dieux du panthéon gréco-romain. Au terme de diverses variations ces correspondances sont Soleil/or, Lune/argent, Mercure/mercure (ou vif-argent), Vénus/cuivre, Mars/fer, Saturne/plomb, Jupiter/étain.([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Sept_m%C3%A9taux|source]]) ==== Or ==== | {{:materiel:metal:gold_nugget_placer_gold_1_17001285916_.jpg?250|}} | L'**or** est un métal quasiment inaltérable (il ne se dégrade pas facilement) \\ Il est jaune brillant et assez rare, d'où sa valeur élevée pour les hommes depuis longtemps. \\ Découverte : -6000 av JC \\ Extraction à l'état pur : pépites ou filon \\ Point de fusion : 1064 ºC \\ Propriétés : métal précieux, faible résistance mécanique, inaltérable. \\ Utilisations : bijouterie, industrie électronique, pièces, lingots, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:casque-perruque-or-argent-mesopotamie.jpg?300|}} \\ Casque-perruque en alliage naturel d'or et d'argent, porté par le roi d'Our (Mésopotamie), vers 2450 av. JC. Un des plus vieil objet en or en Bulgarie actuelle a été mis au jour dans la nécropole de Varna. Il est daté du milieu du Ve millénaire av. J.-C. En dehors de l'Égypte et du Moyen-Orient qui l'impose précocement dans un rôle monétaire, l'Homme utilise l'or de façon significativement importante en Europe l'or depuis le IIIe millénaire av. J.-C., les tombes collectives révèlent des pièces d'orfèvrerie ouvragées, sous forme d'enroulement, de perles annulaires et de fils d'or, autant de probables reliquats d'objets luxueux. L'or trouve des applications industrielles en odontologie et en électronique, en raison de sa très bonne tenue face à la corrosion et de son excellente conductivité électrique, mais sa principale utilisation demeure la thésaurisation. Les banques centrales du monde cumulaient ainsi 27 113 tonnes d'or en juin 20107, dont près de 40 % détenus dans la zone euro et 30 % par les États-Unis (la Chine ayant exprimé son intention de porter ses réserves à 5 000 t8), tandis qu'environ 15 000 tonnes d'or seraient détenues au titre de l'épargne privée en Inde ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Or|source]]). ----- {{:materiel:metal:metaux:or-solidus-julienii.png?300|}}\\ Monnaie solidus en pièce d'or Le **solidus** est le nom donné à la monnaie romaine d'or au début du IVe siècle. Cette monnaie connut une exceptionnelle stabilité qu'elle conserva à Byzance jusqu'au XIe siècle et devint la base du système monétaire du Bas Empire puis de l'empire byzantin. L’**étalon-or** (en anglais : Gold Standard) est un système monétaire dans lequel l'unité de compte ou étalon monétaire correspond à un poids fixe d'or. L'or possède plusieurs caractéristiques intéressantes pour en faire un étalon monétaire : il est rare (la quantité totale d'or est stable dans le temps), durable, fongible (interchangeable), et facilement identifiable par sa couleur, sa densité, sa ductilité et ses propriétés acoustiques. Les marchands et négociants en ont fait une unité de compte courante depuis l'Antiquité, ainsi qu'un instrument de réserve de valeur ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89talon-or|source]]). ----- {{:materiel:metal:metaux:or-extraction.jpg?300|}}\\ Extraction de l'or sous forme de paillettes ou pépites L'or se trouve principalement sous forme de **métal natif**, généralement allié à un degré plus ou moins élevé avec de l'argent (électrum) ou parfois amalgamé avec du mercure. L’or natif peut se trouver sous la forme de **pépites** de taille importante, sous forme de grains fins ou de flocons dans les dépôts alluviaux ou sous forme de grains ou de particules microscopiques incorporés dans d'autres roches. Les minerais où l'or se combine chimique avec d'autres éléments sont relativement rares. Ils comprennent la calavérite, la sylvanite, la nagyagite, la petzite et la krennerite. ---- {{:materiel:metal:metaux:or-extraction-congo.jpg?300|}} \\ Mine artisanale en République démocratique du Congo Des mines d'or existent depuis plus de 2 000 ans, mais cette industrie ou artisanat s'est fortement développé depuis le XIXe siècle avec ce qu'on a appelé la fièvre de l'or et les **ruées vers l'or**, et la demande en or reste élevée (de la part du secteur de la bijouterie, d'abord, mais aussi de la part de l'industrie et du monde des banques et de la finance (l'or est toujours considéré comme un placement qui rapporte peu, mais qui reste sûr en temps de crise). Certaines des techniques modernes d'exploitation ont des **effets graves sur l'environnement** et potentiellement sur la santé publique (santé des ouvriers ou santé des populations périphériques, Amérindiens autochtones en Guyane et au Surinam par exemple). Une part de l'exploitation aurifère est **illégale** (et donc mal mesurée). Elle alimente des systèmes mafieux de contrebande d'or, mais aussi de mercure pour son exploitation. Voir à [[http://vaovaogasy.blogspot.fr/2010/07/madagascar-la-ruee-vers-lor.html|Madagascar]] et au [[http://www.paperblog.fr/1684418/l-extraction-de-l-or-au-congo/|Congo]]. L’**extraction de l’or** se fait dans des champs de minerais. Il existe trois principaux procédés pour extraire ce métal si cher et si rare : la gravitation, l’amalgamation, la cyanuration. Il faut savoir aussi que chacune de ces méthodes a ses propres points négatifs mais aussi positifs ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Mine_d%27or|source]]). ---- {{:materiel:metal:metaux:or-raffinage.jpg?300|}} \\ Raffinage de l'or Le **raffinage de l’or** aboutit à l’obtention d’or de très belle pureté : du 24 carats, soit 999,99 millièmes. Pour ce faire, on recueille des minerais ou des déchets d’or dans diverses structures à l’instar des productions de métaux précieux (or, argent, platine), des déchèteries de l’industrie, des organismes de recyclage, etc. La matière première est traitée grâce au procédé de chloration Miller. Cette opération pyrometallurgique permet de produire de l’or à un degré de pureté équivalent à 995 millièmes. La matière est alors chauffée en creusets jusqu’à sa fonte. Elle est ensuite exposée au gaz de chlore. Ce dernier est capable de se lier avec l’argent et les autres impuretés pour la formation de chlorures (qui remontent à la surface). À l’inverse, le chlore ne se lie pas avec l’or. Ce qui permet de le dégager du groupe et d’obtenir de l’or pur à 99,5%. La deuxième étape consiste à coulé l’or pur 995 millièmes en anodes. Grâce à une solution d’électrolyte, à travers laquelle passe un courant électrique de l’anode à la cathode, les anodes se dissolvent, libérant ainsi l’or fin dans les cathodes. Ces dernières, recouvertes d’or, sont ensuite fondues. On obtient ainsi de l’or d’une extrême pureté à 999,99 millièmes ([[http://www.madeinjoaillerie.fr/guide/comment-raffiner-lor/|source]]). {{:materiel:metal:metaux:or-bijoux.jpg?300|}} \\ Bijoux en or {{:materiel:metal:metaux:or-lingot-suisse.jpg?300|}} \\ Lingot d'or \\ La majeure partie de l’or produit dans le monde transite physiquement par la Suisse. ([[http://www.swissinfo.ch/fre/m%C3%A9taux-pr%C3%A9cieux_la-suisse--carrefour-de-l-or/33666468|source]]) {{:materiel:metal:metaux:or-intel486.jpg?300|}} \\ Connectiques en or des processeurs des ordinateurs ([[http://www.metaux-precieux.fr/recyclage-des-processeurs/|source]]) ++++ ==== Cuivre ==== | {{:materiel:metal:natcopper.jpg?250|}} | Le **cuivre**, du latin "Cuprum", île de Chypre \\ Découverte : -4000 av JC \\ Minerais : Bornite, Malachite, Chalcopyrite, Covellite, Cuprite, Chalcocite \\ Point de fusion : 1085 ºC \\ Propriétés : très bon conducteur électrique, facilement malléable, naturellement coloré, \\ résistant dans le temps (couche protectrice avec l'oxydation) \\ Utilisations : câbles électriques, pistes de circuits électroniques, plomberie, joaillerie, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:metaux:cuivre-poignard-dolmen-saint-martin-du-larzac-2500avjc.jpg?300|}} \\ Poignard en Cuivre, Dolmen Saint Martin du Larzac, vers -2500 av JC Alors que des objets en cuivre datant de 8700 av. J.-C. ont été retrouvés au Moyen-Orient, ou en Europe occidentale, l'**âge du cuivre** ou Chalcolithique, s'étend de 3 200 à 2 000 av. J.-C., suivant les régions (Italie, Suisse, Alpes, Cévennes, Espagne et Portugal). Le cuivre fut avec l'or, le premier métal utilisé par l'Homme, qui l'a trouvé sous une forme native, souvent dans des régions accidentées naturellement, d'où la multiplication des petites mines, desquelles quelques grands sites se dégagent dès la fin du Moyen Âge, en Suède, au Tyrol, en Saxe et en Hongrie. Recueilli en faibles quantités, le cuivre natif est martelé puis fondu et moulé à 1 000 °C environ, pour des pièces de taille modeste, comme des poignards à soie et alênes. Très utilisé car facile à transformer, ce métal va peu à peu subir la concurrence du fer, avant d'être réhabilité par le développement au début du XXe siècle de l'électricité et du téléphone, fournis par des gisements au Chili, en Zambie, en République démocratique du Congo et en Indonésie. ----- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-chalcopyrite-perou.jpg?300|}} \\ Minerai de Chalcopyrite, au Pérou. Le cuivre est présent dans l'écorce terrestre à la concentration de 55ppm environ. II n'existe plus à l'état natif, comme dans l'antiquité mais sous forme de sels contenant 30 à 90 % de cuivre, mélangés à d'autres métaux comme l'or et l'argent parfois Les minerais se présentent sous 2 formes : **sulfurés** ou **oxydés**. Cette différenciation définit le processus à suivre pour l'obtention du cuivre pur : pyrométallurgie pour les minerais sulfurés, hydrométallurgie pour les minerais oxydés. Les minerais sulfurés sont les plus répandus et représentent plus de 80 % de la production mondiale. L'extraction a un impact important sur l'environnement. Le volume important des déchets est inévitable, il faut environ 1 tonne de minerai pour produire 1 kg de cuivre. ---- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-mine-chuquicamata-yann-artus-bertrand.jpg?300|}} \\ Mine de **Chuquicamata**, Chili La mine de **Chuquicamata** est la plus grande mine à ciel ouvert du monde. Large de 2 km sur 3 km de long, elle s’enfonce à plus de 700 m de profondeur. Son minerai, très prisé, est le plus riche en cuivre de la planète. Malheureusement, il contient aussi une teneur élevée en sulfate. Cet élément **toxique** se retrouve dans les nuages de poussière libérés par le ballet incessant des camions et par les explosions servant à détacher le minerai des parois du puits. Les ouvriers respirent ces particules sulfurées à longueur de journée et, même s’ils n’ont pas le droit de travailler plus de trois ans dans la mine, ils prennent le risque d’être atteints plus tard d’un cancer des poumons. Les autres habitants de la région ne sont pas épargnés par cette pollution. On note un nombre élevé des maladies respiratoires dans la ville voisine de Chuquicamata. Dans les pays en développement, 500 000 personnes meurent chaque année du fait de la concentration élevée de particules en suspension et de dioxyde de soufre (SO2) dans l’atmosphère ([[http://cocomagnanville.over-blog.com/article-chili-chuquicamata-l-enfer-sur-terre-116289594.html|source]]). D'autres problèmes concernent les mines au [[http://barrobjectif.com/gwenn-dubourthoumieu/|Congo]] ou en [[http://geopolis.francetvinfo.fr/zambie-et-rd-congo-a-qui-profitent-les-minerais-6979|Zambie]]. ---- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-smelting.jpg?300|}} \\ Coulée des anodes Après le traitement du minerai : tamisage, concassage, broyage, triage, enrichissement par flottation, décantation et séchage on obtient un concentré et on passe à la métallurgie proprement dite (voir une {{:materiel:metal:metaux:cuivre-metallurgie.jpg?linkonly|image}} de tout le processus). Le matériau est coulé en anodes dans un carrousel de moules. ---- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-refiniing-2.jpg?300|}} \\ Affinage électrolytique des anodes. Les anodes sont placées dans les cuves d'électro-extraction, appelées cellules d'électrolyse. Les cathodes de cuivre sont revêtues de cuivre pur et extraites par levage de la cellule. ---- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-bar.jpg?300|}} \\ Laminage Les barres sont obtenues par filage à la presse d'une billette cylindrique portée au rouge. Sous l'action de la pression, le métal est forcé à travers une filière qui lui donne la forme voulue L'industrie des fils et câbles représente environ la moitié de la consommation française de cuivre, soit environ 200 000 tonnes. Ils sont fabriqués par un laminage suivi de tréfilage. ---- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-bar-milling.jpg?300|}} \\ Barres de cuivres {{:materiel:metal:metaux:cuivre-extrusion.jpg?300|}} \\ Extrusion {{:materiel:metal:metaux:cuivre-cables.jpg?300|}} \\ Fils de cuivre pour câbles ---- {{:materiel:metal:metaux:cuivre-decharge.jpg?300|}}\\ Cuivre de rebut pour recyclage Le cuivre est un élément recyclable à l'infini sans perte de propriétés physiques électriques et mécaniques. De plus à l'instar de l'aluminium, la production de la matière première secondaire requiert beaucoup moins d'énergie que celle nécessaire à la production de cuivre primaire issu de l'extraction (voir une {{:materiel:metal:metaux:cuivre-recylage-infographie.jpg?linkonly|}}). Sources : [[http://copperalliance.fr/le-cuivre/extraction-et-metallurgie|Extraction et métallurgie du cuivre]], [[http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/dossiers/d/geologie-cuivre-premier-metal-travaille-homme-779/page/9/|Métallurgie du cuivre]], [[https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_de_la_production_du_cuivre|Histoire de la production du cuivre]], ... ++++ ==== Argent ==== | {{:materiel:metal:silver_crystal.jpg?300|}} | L'**argent** est lui aussi un métal précieux mais moins que l'or. \\ Découverte : -3500 av JC \\ Minerais : Acanthite, Proustite, Pyrargyrite, Galène \\ Point de fusion : 962 ºC \\ Propriétés : très bon conducteur électrique, très dense, faible résistance mécanique. \\ Utilisations : bijouterie, orfèvrerie, électronique, photographie, instruments de musique, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:metaux:argent-pomponius_molo_denarius_97_bc_680844.jpg?300|}} \\ Le denier était l'une des monnaies de base du système monétaire romain L’argent est un métal précieux — alors parfois appelé argent métallique ou plus simplement argent métal — dont le nom désigne aussi en français dans le langage courant les pièces et billets de monnaie. Les systèmes financiers et donc monétaires sont longtemps placés entre deux étalons, l'or et l'argent, ce dernier cédant du terrain au début du XIXe siècle pour redevenir un métal stratégique au début du XXe siècle car de nouvelles industries se mettent à utiliser massivement l'argent (automobile, photographie, cinématographie, radiographie, optique, électronique, chimie et pharmacie, etc ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Argent|Argent]], [[https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_des_mines_d%27argent[Mines d'argent]]) ----- {{:materiel:metal:metaux:argent-galene-mines-joplin-missouri.jpg?300|}}\\ Minerai de Galène La teneur de l'écorce terrestre est d’environ 0,1 ppm, partie par million soit 1 gramme par tonne d’écorce terrestre ce qui paraît énorme ! Environ 50 % de la production mondiale provient des mines de plomb (galène), 25 % de mines de cuivre et 15 % de mines d'or. Seulement 17 % vient de mines exclusivement d'argent. Il est récupéré depuis l'Antiquité, parfois intensément au Moyen-âge des minerais de galène argentifère. Leur exploitation est source de pollution de l'environnement et cause fréquente de saturnisme ([[http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dossiers/d/chimie-argent-metal-precieux-731/page/3/|source]]). ---- {{:materiel:metal:metaux:argent-miners_at_work_potosi_pixinn.net_.jpg?300|}} \\ Mine de Potosí (Bolivie) \\ Ville fondée en 1545 pour exploiter la mine proche et financer l'Espagne, pendant 300 ans, au prix de conditions de travail terribles (8 millions de morts). Les mineurs utilisent le pic, le burin et le marteau, ils recourent à la taille au feu en roche très dure. Au XVIIe siècle, apparaît la poudre noire, explosif à base de charbon, salpêtre et soufre, puis, à partir de 1860 la perforation mécanique. Le transport se fait à dos d’homme, à la brouette puis par roulage ou treuillage. L'aérage se fait par des puits et on utilise les courants d'air qui se créent entre l'intérieur et la surface. Les eaux d'infiltration sont canalisées, pompées mais demeurent un problème. Le minerai doit subir un traitement préalable appelé minéralurgie : trier et enrichir le minerai, voire séparer les différents minerais. Tri à la main, concassage sur des enclumes en pierre, lavage sur des plans inclinés en bois furent le lot des travailleurs jusqu’aux machines du XIXe. Au XXe de nouveaux modes d'enrichissement par voie chimique : la flottation, la cyanuration, etc. apparaissent ([[http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dossiers/d/chimie-argent-metal-precieux-731/page/3/|source]]). ----- {{:materiel:metal:metaux:argent-film.jpg?300|}}\\ Photographie, film argentique {{:materiel:metal:metaux:argent-flute.jpg?300|}}\\ Instrument de musique : flûte {{:materiel:metal:metaux:argent-in-electronics.jpg?300|}}\\ Électronique ---- {{:materiel:metal:metaux:argent-recyclage.jpg?300|}}\\ Recyclage La récupération de l’argent à partir des déchets solides ou liquides est toujours complexe et doit être adaptée à chaque secteur d’activité. Le taux de recyclage de l’argent est seulement de 20 % en moyenne ([[http://www.notre-planete.info/actualites/4066-recyclage-argent-metal|source]]). ++++ ==== Plomb ==== | {{:materiel:metal:plomb.jpg?300|}} | Le **plomb** \\ Découverte : -3500 av JC \\ Minerai : Galène \\ Point de fusion : 327 ºC \\ Propriétés : très toxique (saturnisme, environnement), métal lourd, assez mou, facile de l'extraire (basse température de fusion) \\ Utilisations : chasse, pêche, batteries, soudure, protection contre les radiations, \\ plomberie (avant), jouet (avant), caractère d'imprimerie, artillerie, pigments, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:metaux:plomb-fistule-romaine.jpg?300|}} \\ Tuyau de plomb romain ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Fistule_romaine|source]]) Le plomb - relativement abondant dans la croûte terrestre - est l'un des métaux les plus anciennement connus et travaillés. On en a trouvé dans des pigments recouvrant des tombes ou dépouilles préhistoriques (40 000 ans av. J.-C.), mais aussi des objets. En dépit de sa haute toxicité, et grâce probablement à sa facilité d'extraction, à sa grande malléabilité et à son bas point de fusion, il a été fréquemment utilisé lors de l'âge du bronze, durci par de l'antimoine et de l'arsenic trouvés sur les mêmes sites miniers. Le plomb nécessaire était extrait en grande quantité à l'époque romaine, comme sous-produit des mines de plomb argentifère, notamment dans les mines de Bétique et de Bretagne. Le plomb compte avec le mercure et le cadmium parmi les 3 contaminants les plus toxiques et fréquents de notre environnement. Au Moyen Âge, les alchimistes croyaient que le plomb était le métal le plus ancien (et le plus froid) et l'associaient à la planète Saturne. C'est pourquoi l'intoxication au plomb est dite saturnisme.Sa toxicité était connue des médecins et mineurs (esclaves et prisonniers souvent) de l'antiquité. Les Romains l'utilisaient sous forme d'acétate de plomb pour conserver et sucrer leur vin, et s’étaient rendu compte que les gros buveurs, donc de la classe aristocratique, souffraient d’intoxication. Voir [[http://www.doctissimo.fr/html/sante/mag_2000/mag4/sa_1764_chapeau.htm|les intoxications au plomb]]. ----- {{:materiel:metal:metaux:plomb-mine-le-boucard.jpg?300|}} \\ Mine de Plomb Argentifère Le plomb natif et pur est rare. On l'extrait actuellement de minerai associé au zinc (la blende), à l'argent et (le plus abondamment) au cuivre. La principale source minérale est la galène (PbS) qui en contient 86,6 % en masse. D'autres variétés communes sont la cérusite (PbCO3) et l'anglésite (PbSO4). Aujourd'hui, le recyclage permet d'en récupérer une grande part. La plupart des minerais contiennent moins de 10 % de plomb. Les minerais qui contiennent moins de 3 % de plomb ne peuvent pas être exploités économiquement. Le minerai extrait du sol est concentré par gravimétrie et flottation, puis dirigé vers une usine métallurgique (fonderie). Les plus grands gisements sont aux États-Unis, en Australie, en CEI et au Canada. En Europe, la Suède et la Pologne possèdent la plupart des gisements ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Plomb#M.C3.A9tallurgie|source]]). ---- {{:materiel:metal:metaux:plomb-casting1.jpg?300|}} \\ Fonderie de plomb À la fonderie, le minerai est tout d'abord « grillé » pour oxyder le sulfure et obtenir de l'oxyde de plomb ; le soufre est éliminé sous forme de dioxyde gazeux SO2, transformé et valorisé en acide sulfurique. Le minerai grillé est alors introduit, avec du coke, dans un four à la base duquel on souffle de l'air. La réaction de l'oxygène de l'air avec le coke donne du CO, qui réduit l'oxyde de plomb, donnant ainsi le plomb métallique liquide et du CO2. À la base du four s'écoulent d'une part le plomb liquide, d'autre part une scorie qui est généralement granulée à l'eau avant d'être mise en décharge. Le plomb recueilli à ce stade est appelé « plomb d'œuvre » ; il contient encore des impuretés (cuivre, argent, bismuth, antimoine, arsenic, etc.) qu'il faut éliminer. Ce raffinage du plomb, encore liquide, se fait dans des cuves, par refroidissement et ajout de divers réactifs (soufre, oxygène, zinc pour capturer l'argent, etc.). ----- {{:materiel:metal:metaux:plomb-batterie.jpg?300|}} \\ Batterie au plomb et à l'acide {{:materiel:metal:metaux:plomb-balle.jpg?300|}} \\ Une cartouche classique de 30 à 35 grammes contient 200 à 300 billes de plomb toxique. {{:materiel:metal:metaux:plomb-cosmetique.jpg?300|}}\\ Du plomb dans les cosmétiques ---- {{:materiel:metal:metaux:plomb-recyclage.jpg?300|}} \\ Recyclage Le plomb montre le taux de recyclage le plus élevé de tous les matériaux communément utilisés aujourd’hui. Ce résultat est dû à ses propriétés fondamentales et à ses utilisations qui rendent les produits à base de plomb facilement identifiables et économiques à collecter et à recycler. En conséquence, plus de la moitié du plomb produit et utilisé chaque année à travers le monde a été précédemment utilisé dans d’autres produits. Plus important encore, le plomb étant un élément naturel, la qualité du plomb recyclé est identique au métal primaire issu de l’extraction ([[http://ila-lead.org/UserFiles/File/translations/french/Le%20recyclage%20cu%20plomb.pdf|source]]). ++++ ==== Étain ==== | {{:materiel:metal:etain.jpg?300|}} | L'**étain** \\ Découverte : -3000 av JC \\ Minerais : Stannite, Cassitérite \\ Point de fusion : 232 ºC \\ Propriétés : Métal qui fond rapidement \\ Utilisations : dans le bronze, brasures, revêtement de cannettes et boîtes de conserve en fer blanc (car anti-corrosif), bain d'étain pour le verre, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:metaux:etain-mess_kit_or_meat_tin_with_trench_art_world_war_i_c._1918.jpg?300|}} \\ Kit de vaisselle en étain (1ère guerre mondiale) L'étain était connu dans l'Antiquité sur toute la planète. C'est un des composants de la métallurgie du bronze. Le nom d'origine latine stannum ou stagnum fut d'abord utilisé pour un mélange d'argent et de plomb. Les navires phéniciens franchirent les colonnes d'Hercule et allèrent jusqu'en Bretagne et en [[https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_des_mines_de_Cornouailles_et_du_Devon|Cornouaille]] (les mythiques « îles Cassitérides ») à la recherche des mines d'étain ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Étain|source]]). Les cités méditerranéennes dépendaient, pour leur approvisionnement en étain, des Phéniciens, puis des Carthaginois. Ceux-ci veillaient jalousement sur leurs secrets : routes maritimes et entrepôts (voir la partie sur les mines). La fondation de Marseille par les Grecs en 600 av. J.-C. mit fin à ce monopole, le commerce pouvant se faire par voie (presque) terrestre avec l'Armorique et la presqu'île de Cornouailles ([[http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dossiers/d/chimie-metal-tout-savoir-etain-1416/page/2/|source]]). ----- {{:materiel:metal:metaux:etain-cassiterite.jpg?300|}} \\ Cassitérite L'étain est extrait essentiellement d'un minéral appelé cassitérite où il se trouve sous forme d'oxyde SnO2. Il est connu depuis l'antiquité où il servait à protéger la vaisselle de l'oxydation et pour préparer le bronze. Il est toujours utilisé pour cet usage, et pour le brasage. Cet élément est peu toxique. ---- {{:materiel:metal:metaux:etain-malaisie-2.jpg?300|}} \\ Mine illégale d'étain en Malaisie La Malaisie est le pays où se situent la plupart des réserves mondiales d'étain. La cassitérite y est notamment exploitée par dragage des fonds sous-marins, ce qui n'est pas sans poser de sérieux problèmes environnementaux. Le Monde relate dans sa série Écocide, les plateformes d'extraction minière illégales ([[http://www.lemonde.fr/planete/article/2015/02/07/ecocide-l-etain-meurtrier_4571932_3244.html|Ecocide : L’étain meurtrier]]). ----- {{:materiel:metal:metaux:etain-industry-australy-chriskidd.jpg?300|}} \\ Industrie d'étain en Australie La métallurgie de l'étain est une réduction de l'oxyde SnO2 par le carbone à haute température. a métallurgie extractive de l’étain a dû s’adapter à des concentrés plus pauvres en étain et plus riches en fer tels que ceux provenant de minerais primaires. Ainsi fait-elle appel, à côté de la fusion réductrice, à des procédés de volatilisation de l’étain sous forme de sulfure par addition de pyrite au bain de scorie et, plus récemment, à des procédés combinant cette volatilisation à la fusion des concentrés. Enfin, les exigences de qualité imposées à l’étain raffiné, particulièrement à l’égard du plomb, ont aussi donné lieu à certains développements dans le domaine du raffinage. Il existe également un circuit de recyclage qui produit 30% de l'étain. Ainsi, l'étain contenu dans un alliage appelé fer-blanc (acier recouvert de 0,3% d'étain pour le protéger) est récupéré par traitement à la soude à 70°C. L'acier reste à l'état métallique alors que l'étain est attaqué et produit des ions stanate. Ceux-ci sont ensuite réduits en étain métallique par électrolyse. La bonne résistance de l'étain le fait employer comme revêtement anticorrosion pour le fer et le cuivre : c'est l'étamage. Ainsi, la moitié de la production sert à étamer l'acier doux pour obtenir le fer-blanc (des boîtes de conserve par exemple). Cette opération a lieu dans un bain électrolytique de chlorure ou de sulfate ([[http://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/elaboration-et-recyclage-des-metaux-non-ferreux-42370210/metallurgie-et-recyclage-de-l-etain-m2314/|source]]). En miroiterie, l'étamage consiste à couvrir d'une feuille d'étain ou de tain, préparée et dissoute en partie, la surface du dessous ou derrière d'une glace et miroirs pour qu'ils réfléchissent parfaitement les objets. Cet art ancien est maîtrisé en France à partir du XVIIe siècle. Les glaces, d'abord fabriquées à Venise sont ensuite produites en France à la manufacture des Glaces créée par Colbert en 1665. Dans l'industrie, l'étamage est principalement utilisé dans le domaine électrique et électronique car il permet d'assurer une protection contre la corrosion de la pièce (notamment en cuivre), d'offrir une bonne conductibilité électrique et d'améliorer la soudabilité de la pièce. Le Rétamage - tableau de la fin du XIXe siècle par Marius Roy Dans le domaine alimentaire, divers ustensiles, comme les casseroles en cuivre, sont étamés afin d'éviter le contact direct des aliments avec le cuivre et éradiquer l'oxydation du cuivre à l'intérieur de la pièce. Comme le dépôt d'étain finit par s'user avec le temps, on peut alors les confier à un étameur afin de remettre un nouveau dépôt. En construction automobile on étame les irrégularités d'une coque en acier ou en alu à l'aide d'un chalumeau et d'un décapant. ----- {{:materiel:metal:metaux:etain-boite-de-conserve.jpg?300|}}\\ Boîtes de conserve {{:materiel:metal:metaux:etain-brasure.jpg?300|}}\\ Brasure {{:materiel:metal:metaux:etain-bain-pour-le-verre.jpg?300|}}\\ Bain d'étain pour la fabrication du verre ---- {{:materiel:metal:metaux:etain-recylcage.jpg?300|}} \\ Recyclage Le recyclage de l’étain diffère de celui des autres métaux non ferreux du fait de l’absence de véritables mitrailles d’étain et de sa très grande dissémination. Dans le cas des boîtes de conserves usagées en fer-blanc, le recyclage est relativement plus aisé que pour son concurrent l’aluminium, mais à quelles conditions pour le sidérurgiste, compte tenu des effets néfastes que l’étain résiduel peut avoir lors du laminage de l’acier ? Le débat se poursuit... sur un terrain de connotation de plus en plus spécifiquement asiatique ; l’Asie, qui assure plus de la moitié de la production minière mondiale d’étain (55 %) a fait croître sa part de la consommation mondiale de ce métal au même niveau que celles des États-Unis et de l’Union européenne réunies. L’avenir de l’étain dépendra beaucoup du marché chinois des boîtes de conserves et donc des initiatives que les sidérurgistes européens prendront en apportant leur participation à la construction, sur place, de fabriques de boîtes de conserves en fer-blanc de façon à prendre une part du marché dominé actuellement par l’aluminium. ++++ ==== Fer ==== | {{:materiel:metal:iron_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg?300|}} | Le **fer** est le métal le plus connu et le plus utilisé (4è élément le plus abondant dans la croûte terrestre) \\ Découverte : -1500 av JC \\ Minerai : Hématite, Magnétite, Sidérite \\ Point de fusion : 1538 ºC \\ Propriétés : oligo-éléments (dans l'hémoglobine), coût faible, propriétés mécaniques, s'oxyde à l'air libre (protection par alliage ou peinture), attiré par un aimant. \\ Utilisations : constructions diverses, pour la fonte, puis pour l'acier, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:metaux:fer-dague-kingdomofjudeah.jpg?300|}} \\ Dague en fer, Temple de Judée (-600 -800) Le fer était connu dès le chalcolithique à travers les sites de fer telluriques et surtout les météorites de fer au fer souvent déjà allié de grande qualité, et il n'est pas assuré que sa métallurgie soit demeuré confidentielle comme on l'estime souvent jusqu'au XIIe siècle av. J.-C., époque qui marque, précisément, le début de « l'Âge du fer » : les Hittites, en Anatolie, avaient développé une assez bonne maîtrise du travail du fer autour du XVe siècle av. J.-C., dont leur tradition attribuait l'origine dans la région du Caucase, et cette technique semble également avoir été connue assez tôt en Inde du nord, notamment dans l'Uttar Pradesh. L'âge du fer débute entre le IIe et le Ier millénaire av. J.-C., mais on ne sait encore que peu de choses sur sa genèse. Le consensus actuel, qui attribue aux indo-européens parmi eux les Hittites l'invention de la production de fer et d'acier, s'appuie essentiellement sur la découverte d'objets en fer en Anatolie et contemporains à leur culture : c'est avec eux que le fer commence à se substituer au cuivre et au bronze dans la fabrication des armes (lance, épée, poignard, hache). Ainsi, un des objets en fer non météoritique parmi les plus anciens jamais trouvés est une lame de dague, trouvée dans une tombe hattie, datée de -2500. Cependant la métallurgie du fer a sans doute été inventée indépendamment en Afrique subsaharienne. ----- {{:materiel:metal:metaux:fer-hematite-rose-de-fer.jpg?300|}} \\ Hématite La majeure partie du fer dans la croûte est combinée avec l'oxygène, formant des minerais d'oxyde de fer, tels que l'hématite (Fe2O3), la magnétite (Fe3O4) et la limonite (Fe2O3.nH2O). L'oxyde magnétique ou magnétite Fe3O4 est connu depuis l'Antiquité grecque. Il tire son nom du mont Magnetos (le grand mont), une montagne grecque particulièrement riche en ce minéral. Environ une météorite sur vingt comprend de la taénite, unique alliage de minéral de fer-nickel (fer 35-80 %), et de la kamacite (fer 90-95 %). Bien que rares, les météorites de fer sont une source de fer nickelé, ce fer météorique arrivé sur la surface terrestre étant à l'origine de la sidérurgie au sens étymologique ; l'autre source naturelle de fer métal légèrement nickelé sont les gisements de fer tellurique ou fer natif des minéralogistes qui sont plus rares. La couleur rouge de la surface de Mars est due à un régolithe riche en hématite amorphe ; la planète rouge est en quelque sorte une « planète rouillée ». 90% des gisements de minerai de fer dans le monde sont retenus dans une couche de faible épaisseur et très riche en Fe(II), la couche de fer rubané. Aux premier temps de la vie, à l'éon Archéen vers -2Ga à -4Ga, les cyanobactéries vivent dans des océans de Fe(II). Lorsqu'elles commencent à faire de la photosynthèse, l'oxygène produit est dissous et réagit avec Fe(II) pour former des oxydes de Fe(III) qui précipitent au fond des océans. Après consommation de Fe(II), l'oxygène se concentre dans les océans puis dans l'atmosphère, il constitue alors un poison pour la proto-vie. Ainsi, les gisements de fer rubané se trouvent systématiquement entre les couches géologiques des massifs cristallins (schistes, gneiss,...) et les couches calcaires dolomitiques (coraux) constituant les massifs préalpins. ---- {{:materiel:metal:metaux:fer-rio-tinto-pilbara.jpg?300|}} \\ Mine de Rio Tinto, Australie L'abondance de minerai de fer riche a permis le maintien d'une caractéristique originale de la sidérurgie par rapport à la métallurgie extractive des non ferreux : la forte proportion de centres sidérurgiques éloignés des minesnote 1. En effet, il est nettement plus économique de transporter sur des milliers de kilomètres un minerai comportant 55 % de fer (minerais brésiliens), que de fondre un minerai contenant 35 % de fer (minette lorraine) ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Minerai_de_fer|source]]) Le nom de la société provient de la rivière Rio Tinto, qui est devenue rouge, en raison d'une pollution historique (drainage minier acide, causé par l'exploitation très ancienne de mines, probablement dès l'Antiquité) ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Rio_Tinto_(entreprise)|source]]). ----- {{:materiel:metal:metaux:fer-usine-magnitka.png?300|}} \\ Usine de Magnitogorsk, Russie ([[https://vimeo.com/12317623|vidéo]]) L'utilisation des minerais dans un haut fourneau impose leur conditionnement préalable : ce sont les étapes d'agglomération ou de pelletisation, qui apportent au minerai la résistance mécanique, la perméabilité et la composition chimique à la gangue compatible avec leur utilisation. Un enrichissement est parfois réalisé à cette occasion. Pour faire fonctionner une forge, il faut de la fonte, celle-ci est coulée dans un fourneau. Celui-ci a besoin de deux éléments pour fonctionner: du minerai de fer et du charbon de bois afin de faire monter le four jusqu'à une température suffisante pour faire fondre le fer (celle-ci est variable selon ce que l'on veut comme qualité de fer, mais, est bien souvent supérieur à 1000 degrés). Le charbon de bois se fabrique en brulant du bois d'une certaine manière. ----- {{:materiel:metal:metaux:fer-1781-first-cast-iron-bridge.jpg?300|}}\\ Pont en fonte, 1781 {{:materiel:metal:metaux:fer-fonte-pavillon-baltard.jpg?300|}}\\ Pavillon Baltard (fer et fonte), Nogent-sur-Marne {{:materiel:metal:metaux:fer-fonte-foundry-moteur.jpg?200|}}\\ Moteur en fonte ---- {{:materiel:metal:metaux:fer-ferraille.jpg?300|}} \\ recyclage La plupart des métaux à base de fer sont magnétiques. Cette propriété simplifie leur tri. Dans la deuxième moitié du XXe siècle, le faible coût des ferrailles rend les aciéries électriques plus compétitives que les hauts fourneaux. Les déchets de ferraille sont généralement identifiables, récupérables et recyclables. Les chutes de fer sont composées de plus de 90 % de fer et sont divisées en trois grandes catégories : * les chutes propres (de la sidérurgie) qui sont presque toutes recyclées au sein de l'usine qui les a produites. Ce type de ferraille nécessite peut de traitement, la composition étant déjà connue, et peut en principe directement être refondu. * les chutes des usines (de transformation). Cette ferraille est souvent contaminé et demande des traitement plus complexe. * la ferraille de récupération provenant des objets mis au rebut ou destinés à l'abandon (épaves automobiles, électroménager, boîtes métalliques…). Les objets métallique ayant une durée de vie souvent supérieure à 10 ans, il y a accumulation de cette ferraille ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Ferraille|source]]). ++++ ==== Mercure ==== | {{:materiel:metal:mercure.jpg?300|}} | Le **mercure** est le seul métal naturellement liquide sans aucune fusion. \\ Découverte : -1000 av JC \\ Minerai : Cinabre \\ Point de fusion : -39 ºC \\ Propriétés : très toxique, puissant fongicide et bactéricide \\ Utilisations : dans les alliages, piles, vaccins (!), mercurochrome, amalgames dentaires (!), \\ tensiomètres, thermomètres (avant), lampes fluorescentes (considérées comme des déchets dangereux), interrupteurs électriques, lampes à vapeur de mercure, ... | ++++ En savoir plus | {{:materiel:metal:metaux:mercure-barometre.jpg?300|}}\\ Baromètre au mercure Connu depuis l'Antiquité, les alchimistes puis le corps médical du XVIe au XIXe siècle le désignaient par le nom « vif-argent » et le représentaient grâce au symbole de la planète Mercure, d'où son nom actuel. Ce métal, en dépit de sa haute toxicité très souvent autrefois négligé, a eu de tout temps de nombreuses utilisations : * Il a été utilisé pour produire de nombreux remèdes, simples ou composés. * Le mercure fut utilisé probablement dès 2700 avant notre ère pour amalgamer l'or, l'argent ou d'autres métaux. La plupart des chercheurs d'or utilisent encore du mercure pour amalgamer les paillettes ou poussières d'or. L'amalgame obtenu est ensuite chauffé vers 400 à 500 °C, ce qui conduit à l'évaporation du mercure. * En miroiterie, on a employé le mercure dans l'étamage des glaces. * Du fait de la densité élevée de ce métal, Torricelli utilisa du mercure pour la création de son baromètre en 1643. * Grâce à son coefficient de dilatation thermique élevé, le mercure fut, dès le XVIIe siècle, utilisé pour la fabrication des thermomètres. * L'amalgame de mercure et d'or est utilisé dans l'artisanat d'art pour réaliser la dorure de différents objets, notamment les bronzes. * L'Anglais Howard fut le premier à utiliser, en 1799, le fulminate de mercure (Hg(ONC)2) comme détonateur. Cet usage a perduré jusqu'à récemment. * L'alchimiste du XVIe siècle Paracelse élabora un remède contre la syphilis à base de mercure. ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Mercure_(chimie)#Histoire|source]]) ----- {{:materiel:metal:metaux:mercure-cinabre-on-dolomite.jpg?300|}} \\ Cinabre Du mercure est naturellement présent dans l'environnement, mais essentiellement dans les roches du sous-sol. Les principales sources naturelles d'émission dans l'environnement en sont les volcans18 puis les activités industrielles. Aujourd'hui, une grande partie du mercure utilisé légalement (ou illégalement pour l'orpaillage illégal) provient de la récupération de mercure interdit pour certains usages, ou d'une production secondaire (condensats de grillages de minerais complexes dont ceux du zinc) (blende ou sphalérite). Le mercure naturel, et celui émis par les centrales électriques au charbon, l'industrie, les mines et l'orpaillage, etc aboutit en mer et dans les sédiments marins où il se transforme en partie en méthylmercure (plus toxique et entrant facilement dans la chaîne alimentaire où il se concentre à chaque étape de cette chaîne). Ceci explique que les grands prédateurs comme les cachalots, orques, requins, espadons, thons ou les vieux brochets, ou des charognards comme le flétan contiennent les taux de mercure les plus élevés. Le mercure forme facilement des alliages avec presque tous les métaux communs à l'exception du fer, du nickel et du cobalt. L'alliage est également difficile avec le cuivre, le platine et l'antimoine. Ces alliages sont communément appelés amalgames. Cette propriété du mercure a de nombreux usages. Le cinabre (α-HgS) est le minerai de mercure le plus répandu et exploité. Lors des derniers millénaires, le cinabre présent dans les gisements a été utilisé soit comme pigment, après extraction dans une veine pure, soit pour en extraire le mercure par décomposition thermique. Parfois même le mercure coule des zones de réduction superficielle des gisements de cinabre. ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Minerai_et_m%C3%A9tallurgie_du_mercure|source]]) ---- {{:materiel:metal:metaux:mercure-site-d-orpaillage-clandestin.jpg?300|}} \\ Problème de l'intoxication au mercure dans les sites d'orpaillage Le mercure est un métal lourd très toxique pour les êtres vivants. Une exposition trop forte au mercure nuit au système immunitaire et peut entraîner d’autres problèmes comme des troubles psychologiques ou digestifs, la perte de dents, des problèmes cardiovasculaires ou respiratoires. ( convention de Minamata ) https://fr.wikipedia.org/wiki/Intoxication_au_mercure Afrique de l'Ouest: mercure et cyanure empoisonnent les chercheurs d'or illégaux Le gisement de mercure d’Almadén est à l’origine de la plus grande quantité de mercure liquide produite dans le monde1. Environ 250 000 tonnes de mercure ont été produites dans le passé, sur une période de 2 000 ans. ----- {{:materiel:metal:metaux:mercure-mine-almaden.jpg?300|}} \\ Mine d'Almaden **Extraction** : Dans une première étape, on récupère le mercure par grillage du sulfure de mercure à l'air vers 700 °C. Les gaz résultants sont condensés. La suie contient alors près de 80 % de mercure. **Purification** : Cette étape s'effectue maintenant principalement par distillation sous vide. Auparavant, on procédait à un premier lavage par une solution d'acide nitrique HNO3 diluée, ce qui éliminait les métaux plus oxydables que le mercure. Cette pratique est aujourd'hui limitée car elle pose des problèmes environnementaux ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Minerai_et_m%C3%A9tallurgie_du_mercure#Traitement_du_sulfure_de_mercure_HgS|source]]) ----- {{:materiel:metal:metaux:mercure-lampes-flocompactes.jpg?250|}}\\ Lampe fluocompactes \\ encore plus dangereuses que les lampes incandescentes et plus coûteuses à la production et en CO2 pour l'environnement ... {{:materiel:metal:metaux:mercure-mercurochrome.jpg?300|}}\\ Mercurochrome {{:materiel:metal:metaux:mercure-amalgame-dentaire.jpg?300|}}\\ Amalgame dentaire ++++ ===== Métaux plus récents ===== | {{:materiel:metal:zinc_fragment_sublimed_and_1cm3_cube.jpg?300|}} | Le **zinc** \\ Découverte : vers l'an 1200 (en Inde), mais longtemps avant la découverte du zinc en tant que métal, des minerais de zinc étaient déjà utilisés pour fabriquer le laiton (-1400) \\ Minerai : Sphalérite \\ Point de fusion : 419,527 ºC \\ Propriétés : s'oxyde en surface uniquement. \\ Utilisations : bâtiment, voiture, galvanisation.| | {{:materiel:metal:tungstene.jpg?300|}} | Le **tungstène**. \\ Découverte : vers 1780 \\ Minerais : Wolframite, Scheelite \\ Point de fusion : 3422 ºC \\ Propriétés : métal dur, lourd, résistant à la chaleur \\ Utilisations : filaments des ampoules électriques, outils (scies, forets, ...), poudre abrasive, ... | | {{:materiel:metal:titane.jpg?300|}} | Le **titane**. \\ Découverte : vers 1791 \\ Minerais : Rutile, Anastase \\ Point de fusion : 1668 ºC \\ Propriétés : léger, résiste à la corrosion \\ Utilisations : industries aéronautiques, prothèses médicales (bio-compatible), ... | | {{:materiel:metal:silicium.jpg?300|}} | Le **silicium**. \\ Découverte : vers 1823, mais la silice (dioxyde de silicium), était déjà connu dans l'Antiquité \\ Extraction : se trouve essentiellement sous forme minérale, et en particulier sous forme de silicates \\ Point de fusion : 1 414 °C \\ Propriétés : sa conductivité électrique est très inférieure à celle des métaux (semi-conducteur), insoluble dans l'eau \\ Utilisations : composant essentiel du verre, électronique (transistor), produits siliconés, panneaux solaires photovoltaïques | | {{:materiel:metal:aluminium-4.jpg?300|}} | L'**aluminium** \\ Découverte : vers 1820 \\ Minerai : Bauxite \\ Point de fusion : 660 ºC \\ Propriétés : 3é élément le plus abondant dans la croûte terrestre, s'oxyde en surface uniquement, léger, bonne résistance mécanique, faible coût, bonne conductivité, usinable par une fraiseuse \\ Utilisations : avion, bâtiment, transport, emballages, ...| Autres métaux : Platine, Nickel, Cobalt, Chrome, Bismuth, Antimoine Sources : [[http://www.assistancescolaire.com/eleve/3e/physique-chimie/reviser-une-notion/les-metaux-dans-la-vie-quotidienne-3ppm08|Les métaux dans la vie quotidienne]], [[http://ticri.univ-lorraine.fr/udl-r21-mstr.fr/index.php/Les_m%C3%A9taux_dans_notre_quotidien|Les métaux dans notre quotidien]], [[https://www.youtube.com/watch?v=gYpMYlZtUBw|Vidéo [Cours 3e] Les métaux]]