Quatre métaux très utilisés

^{Posté par GuidEnR le 17 décembre 2014}

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Le fer

Énormément d’objets autour de nous sont en fer, ou plutôt en acier. L’acier est constitué de 99 % de fer et de 1 % de carbone environ, ce dernier étant destiné à rendre le fer plus dur. Les carrosseries de voitures, les couteaux, fourchettes et cuillères, les lames de nombreux outils (tournevis, scies, ciseaux)... sont en acier. L’acier est très utilisé aussi dans la construction des maisons, des immeubles, les rails de chemin de fer, des ponts et autres ouvrages d’art : le « béton armé » est en effet du béton dans lequel on a incorporé des tiges d’acier, pour lui donner de la rigidité.



Dans la nature, on ne trouve pratiquement pas de fer à l’état pur : il faut l’extraire de « minerais », c’est-à-dire de roches qui contiennent des atomes de fer liés à d’autres atomes (oxygène, carbone...). La magnétite est le nom du minerai de fer (cherche une photo de ce minerai sur Internet ou dans une encyclopédie). L’industrie qui permet d’extraire le fer à partir des minerais, et de fabriquer l’acier, s’appelle la sidérurgie. Les premiers travaux de sidérurgie remontent à plus de 3000 ans, au Moyen-Orient, et l’acier ainsi fabriqué servait surtout à faire des poignards, des sabres, des épées et des lances, beaucoup plus durs que ceux en bronze utilisés auparavant. Les artisans qui fabriquaient des objets en acier étaient appelés des « forgerons ». Cet artisanat est devenu en Europe une véritable industrie à partir du XIXe siècle. La Tour Eiffel, construite pour l’Exposition Universelle de Paris en 1889, incarne le triomphe de la construction en acier.

L’acier présente cependant un inconvénient majeur : il rouille rapidement (figure 1) en présence d’air humide. Il faut donc le protéger avec des revêtements adaptés : peinture, vernis, zinc...

Le cuivre

Le cuivre à l’état pur existe en petites quantités dans le sous-sol, mais on le trouve surtout dans des minerais, où les atomes de cuivre sont liés à d’autres atomes (soufre et oxygène notamment).

Près de Salt Lake City (USA), on trouve une mine de cuivre à ciel ouvert.

Le cuivre est très utilisé pour faire des fils électriques : en effet, non seulement c’est un excellent conducteur du courant électrique, mais de plus il est facile à étirer en fils, et enfin il est relativement souple, pas trop cassant quand on le tord.

Le cuivre entre également dans la composition « d’alliages », c’est-à-dire de mélanges de métaux. Ainsi, par exemple, le bronze (cuivre + étain) sert à faire des cloches, ou le laiton (cuivre + zinc), sert à faire des instruments de musique tels des trompettes, des trombones.

Le zinc

Le zinc est extrait de minerais, telle la « blende » dans laquelle les atomes de zinc sont liés à des atomes de soufre. On l’utilise pour faire des toitures (40 % des toits de Paris sont en zinc) et des gouttières (figure f31.3). Il présente pour cet usage plusieurs avantages. D’abord, il se laisse facilement aplatir en feuilles : il suffit de l’écraser entre des rouleaux (cette opération se nomme le « laminage »). Ensuite les pièces en zinc sont assez faciles à assembler : pour cela, on fait fondre un alliage à base d’étain, qui en refroidissant soude les deux pièces de zinc l’une à l’autre. Enfin, à l’air humide, le zinc s’oxyde superficiellement, et cette couche d’oxyde (de l’hydrocarbonate de zinc) protège ensuite le métal, car elle est étanche à l’air et à l’eau.

Un autre usage très important du zinc est la « galvanisation » de l’acier, qui consiste à recouvrir ce dernier d’une fine couche de zinc (pour cela on peut, par exemple, tremper l’acier dans un bain de zinc fondu). Le zinc protège très durablement l’acier de la rouille. Les carrosseries de voitures, par exemple, sont systématiquement galvanisées. L’intérieur des canettes de boisson en acier aussi (remarque : dans les canettes, en plus du zinc il y a encore, au contact direct de la boisson, une couche de vernis spécial dit « de qualité alimentaire », ce qui veut dire que ce vernis ne risque pas de se dissoudre dans le liquide, ce qui pourrait modifier le goût de la boisson ou même mettre en danger la santé de l’être humain).

L’aluminium

L’aluminium est extrait de minerais, telle la « bauxite » dans laquelle les atomes d’aluminium sont liés à des atomes d’oxygène. Un des grands intérêts de l’aluminium, c’est sa légèreté : 1 centimètre-cube d’aluminium (c’est-à-dire un cube de 1 centimètre d’arête) pèse seulement 2,7 grammes, soit environ trois fois moins que le fer ! C’est pourquoi il est très utilisé en aéronautique, pour construire les avions : on n’utilise pas l’aluminium pur, qui est trop mou, mais des alliages de plusieurs métaux, comme par exemple {aluminium + zinc + cuivre + magnésium}. Par ailleurs, il se laisse facilement laminer, c’est-à-dire écraser en feuilles, ce qui permet de fabriquer le « papier alu » que nous utilisons tous (figure 4). Une large majorité des canettes de boissons vendues dans le monde est fabriquée en aluminium : l’intérieur de la canette, au contact du liquide, est revêtu (comme les canettes en acier galvanisé dont on a parlé plus haut) d’un vernis spécial de protection dit « de qualité alimentaire ». À l’air humide, l’aluminium s’oxyde superficiellement, et cette très fine couche d’oxyde appelée « alumine », étant imperméable à l’air et à l’eau, protège ensuite le métal. On peut d’ailleurs augmenter artificiellement l’épaisseur de cette couche d’alumine (par un procédé appelé « anodisation ») pour renforcer encore la protection : l’aluminium anodisé sert à fabriquer des portes et des fenêtres.