Titán

Titane (lat. titanium) est un élément chimique dans le tableau périodique des éléments, qui a le symbole Ti et le numéro atomique 22. C'est un métal de transition léger, résistant, brillant, d'apparence similaire à l'acier, résistant à la corrosion (même dans l'eau de mer, dans les acides, ou en présence de chlore). Dans la nature, le titane ne se trouve que sous forme de composés, les minéraux les plus répandus sont le rutile et l'ilmenite.

Le titane est utilisé comme composant d'alliages solides et légers (avec le fer, l'aluminium, le vanadium, le molybdène et de nombreux autres éléments), qui ont une large application dans de nombreux secteurs industriels (en astronautique, dans l'armée, l'aéronautique, la mécanique, l'industrie chimique, la médecine, etc.). L'oxyde de titane est utilisé comme pigment blanc (sous le nom d'oxyde de titane), ainsi que comme composant des pâtes dentifrices et comme photocatalyseur.

Histoire

Le titane comme nouvel élément a été identifié pour la première fois par le géologue amateur William Gregor (pasteur et plus tard vicaire de la paroisse de Creed en Cornouailles) en 1791, qui s'est aperçu que le sable noir des alluvions de la commune voisine de Manaccan était attiré par un aimant. Ce sable était le minéral ilmenite et son analyse a permis à Gregor de découvrir qu'il était composé de deux oxydes - le fer et un nouveau, inconnu à l'époque, élément (l'oxyde de titane). Il a annoncé sa découverte à la Société géologique royale de Cornouailles (Royal Geological Society of Cornwall) et l'a également publiée dans une revue scientifique allemande, Creel's Annalen.

Environ à la même époque, le minéralogiste hongrois Franz-Joseph Müller von Reichenstein a préparé la même combinaison, mais n'a pas réussi à l'identifier. L'oxyde de titane a été redécouvert en 1795 par le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth dans le rutile de Hongrie (plus précisément de la localité de Revúca sur le territoire d'aujourd'hui Slovaquie), qui a prouvé qu'il s'agissait d'un oxyde d'un nouvel élément et a nommé cet élément d'après les géants de la mythologie grecque, les Titans. Lorsqu'il a appris la découverte antérieure de Gregor, il a confirmé que le même élément se trouvait également dans les sables noirs de Manaccan.

Cependant, la production du titane pur n'a réussi qu'en 1910 par Matthew Hunter, qui a préparé un métal de pureté 99,9% par réduction du chlorure de titane par le sodium à une température de 700 à 800 °C. Le titane réagit en effet à haute température avec le carbone, donc les méthodes classiques de réduction des minerais au coke ont échoué. Cependant, la réduction au sodium était très coûteuse et la quantité de titane produite par ce procédé suffisait uniquement pour des expériences en laboratoire. En 1932, le métallurgiste luxembourgeois William Kroll a remplacé le sodium par le calcium et neuf ans plus tard par le magnésium, et le titane a commencé à être produit industriellement. Le procédé Kroll est utilisé aujourd'hui pour la production de titane, malgré l'existence d'autres méthodes plus économiques.

Propriétés chimiques
La propriété la plus importante du titane est sa résistance à la corrosion, ainsi que son insolubilité dans la plupart des solutions d'acides dilués, bien qu'il se dissolve dans les acides concentrés. Avec une valeur E° −0,42 V, il devrait déplacer l'hydrogène de l'eau, mais cette réaction ne se produit pratiquement pas. Une couche passive d'oxyde de titane se forme en effet à la surface, empêchant ainsi une corrosion supplémentaire.

À haute température dans l'air, une couche passive et protectrice d'oxyde se forme sur le titane, empêchant la corrosion, mais à température ambiante, il résiste à la corrosion. Si on le chauffe à 610 °C ou plus dans l'air, il brûle en formant de l'oxyde de titane ; c'est l'un des rares éléments qui brûle également dans une atmosphère pure d'azote (à 800 °C). Le titane résiste à l'acide sulfurique dilué et à l'acide chlorhydrique, ainsi qu'au chlore gazeux et à la plupart des acides organiques.

Des expériences ont montré que le titane naturel devient radioactif lorsqu'il est bombardé par des deutérons, émettant principalement des positons et des rayonnements gamma durs. Quand il est chauffé à rouge, il se combine avec l'oxygène et à 550 °C, il se combine également au chlore. Il réagit aussi avec d'autres halogènes et absorbe l'hydrogène.

Utilisation
L'utilisation pratique du titane élémentaire découle principalement de sa résistance chimique exceptionnelle et de sa faible densité. Il faut noter que la production de titane est actuellement relativement coûteuse, et l'utilisation de composants en titane n'est justifiée que dans les cas où une alternative moins coûteuse, comme les alliages d'aluminium et de magnésium (duralumin), ne peut pas être utilisée.

Dès le début de la production industrielle du titane métallique, son utilisation s'est concentrée sur les technologies spatiales et les applications spéciales de l'industrie aéronautique. Le titane et ses alliages sont donc le matériau de base pour la fabrication des structures ou des écrans protecteurs des objets spatiaux (satellites, sondes spatiales et stations spatiales). Dans l'industrie aéronautique, ils trouvent une application dans la fabrication des composants soumis à des contraintes importantes des avions, principalement dans la construction des avions de combat militaires et aujourd'hui également dans la construction des avions commerciaux.

Dans l'industrie chimique, le titane est de plus en plus utilisé comme matériau de fabrication ou comme revêtement simple des réacteurs chimiques fonctionnant dans des conditions extrêmes et nécessitant une grande résistance à la corrosion.

Le titane est de plus en plus utilisé dans les équipements qui fonctionnent longtemps en contact avec l'eau de mer. Il peut s'agir de composants de bateaux ou de sous-marins (vis de bateau), ainsi que de composants industriels servant à la dessalement (désalinisation) de l'eau de mer.

Dans la vie quotidienne, on peut rencontrer le titane comme matériau pour la fabrication d'horloges de luxe ou de composants de bijoux.