| Cr |
Le
chrome
(symbole : Cr) est un élément chimique de la famille des métaux
de transition, figurant dans le tableau
périodique avec le numéro atomique 24. Il se signale par sa brillance
métallique caractéristique, et il est couramment utilisé dans diverses
applications industrielles et commerciales. C'est un métal dur, brillant,
de couleur argentée, et il possède une excellente résistance à la corrosion
et aux taches, ce qui en fait un matériau précieux pour de nombreuses
applications. Utilisations :
• Industrie
de l'acier. - Le chrome est largement utilisé dans la production d'acier
inoxydable et d'acier allié. L'acier inoxydable contient du chrome pour
lui conférer une résistance à la corrosion, tandis que l'acier allié
contient du chrome pour augmenter sa dureté et sa résistance à l'usure.
• Décoration
et revêtements. - En raison de sa brillance et de sa résistance Ã
la corrosion, le chrome est également utilisé dans la décoration, les
revêtements de surface et la bijouterie.
• Industrie
chimique. - Le chrome est utilisé dans la production de pigments pour
la peinture et les encres, notamment le chromate
de plomb jaune et le rouge de chrome.
• Applications
technologiques. - Le chrome est également utilisé dans certaines
applications technologiques, telles que les alliages de chrome-cobalt utilisés
dans la fabrication de pièces dentaires et les alliages résistants Ã
la chaleur pour les composants des réacteurs nucléaires.
• Formes
et composés. - Outre son utilisation sous forme métallique, le chrome
peut également être trouvé dans différents composés chimiques, tels
que le chromate de potassium, le dichromate de potassium, et le chromate
de sodium, qui sont utilisés notamment comme agents de protection contre
la corrosion, comme catalyseurs ou comme pigments.
Certains composés de chrome, en particulier
les hexavalents, peuvent être toxiques pour la santé humaine et l'environnement.
Numéro
atomique
Masse
atomique (uma)
Point
d'ébullition (°C)*
Point
de fusion (°C)
Masse
volumique (g/cm3)*
Structure
électronique*
Degrés
d'oxydation |
24
51,996
2665*
1875
7,19
(Ar)3d54s1
6,
3, 2 |
|
-
Les
minerais de chrome.
Le chrome est principalement extrait Ã
partir de deux types de minerais :
• La
chromite.
- La chromite est le principal minerai de chrome. Elle est généralement
composée de FeCr2O4 (dioxyde
de fer et de chrome).
• La magnétite.
- Bien que moins courante que la chromite, la magnétite (Fe3O4)
peut également contenir du chrome. Le chrome est récupéré lors du processus
d'extraction du fer.
Ces minerais de chrome sont exploités dans
plusieurs régions du monde, notamment en Afrique
du Sud, en Inde, au Kazakhstan,
en Turquie, en Russie,
aux Philippines et au Zimbabwe.
Après l'extraction, le minerai est généralement transformé en concentré
de chromite ou en ferrochrome..
Les
principaux composés du chrome.
Avec ses différents
degrés d'oxydation, le chrome forme de nombreux composés, parmi lesquels
:
• Chromate
de potassium (K2CrO4). -
Ce composé est couramment utilisé en laboratoire comme indicateur coloré,
ainsi que dans les applications industrielles, notamment dans les produits
de traitement de surface et comme pigment jaune dans les peintures.
• Bichromate
de potassium (K2Cr2O7).
- C'est un solide rouge-orangé utilisé dans les produits de nettoyage,
les teintures, les pigments, les vernis et les produits pharmaceutiques.
• Chromate de
sodium (Na2CrO4). - Comme
le chromate de potassium, le chromate de sodium
est utilisé comme produit de traitement de surface et dans la fabrication
de pigments et de colorants.
• Dichromate
de sodium (Na2Cr2O7).
- Un solide orange vif utilisé notamment comme réactif en chimie analytique,
comme agent oxydant dans les réactions chimiques et comme agent de teinture.
• Acide
chromique (H2CrO4). - C'est
un oxydant puissant utilisé dans le nettoyage des surfaces métalliques,
la gravure, le traitement des eaux usées et la synthèse organique.
• Sels de chromate
et de dichromate. - Les sels de chromate et de dichromate sont utilisés
comme pigments dans les peintures et les encres, ainsi que comme agents
de traitement de surface pour protéger les métaux de la corrosion.
• Chrome hexavalent
(Cr(VI)). - Il s'agit d'une forme oxydée de chrome présente dans de nombreux
composés chromiques, connue pour sa toxicité pour la santé humaine et
l'environnement. Il est souvent présent dans les produits de traitement
de surface et les déchets industriels.
Les usages du chrome
et leur histoire.
L'histoire des usages
du chrome s'enracine dans une série de découvertes minéralogiques et
chimiques qui, du XVIIIe siècle à nos
jours, transforment un minerai rare en une matière première stratégique
pour la métallurgie, la chimie et les matériaux réfractaires. Le point
de départ se situe dans les montagnes de l'Oural,
où le minéralogiste Johann Gottlob Lehmann identifie en 1761 un minéral
rouge orangé qu'il nomme "plomb rouge de Sibérie", en réalité de la
crocoïte, un chromate de plomb. Ce n'est toutefois
qu'en 1797 que le chimiste Nicolas-Louis Vauquelin
isole le nouveau métal à partir d'échantillons de crocoïte et lui donne
le nom de chrome, dérivé du grec'
khrôma ( = couleur), en raison de
la variété de teintes de ses composés. L'année suivante, la chromite,
un oxyde mixte de chrome et de fer beaucoup plus
abondant, est identifiée à son tour, ouvrant la voie à une exploitation
industrielle à plus grande échelle.
Les premières applications
industrielles du chrome relèvent de la chimie des pigments et du traitement
des cuirs. Dès le début du XIXe siècle,
les composés chromés fournissent des jaunes, des rouges et des verts
très recherchés dans la peinture, la céramique
et l'impression sur papiers peints. En 1804, la Manufacture de Sèvres
introduit le chrome dans ses émaux, et en 1818,
un fabricant de papiers peints de Rixheim, près de Mulhouse,
prépare du "jaune de chrome" pour ses productions. Parallèlement, le
bichromate de potassium trouve un usage comme
mordant dans la teinture des textiles à partir de 1820, tandis que les
sels de chrome commencent à être employés au tannage des peaux. Le tannage
au chrome proprement dit, dont les propriétés sont étudiées par Knapp
en 1858, ne se développe véritablement à l'échelle commerciale qu'Ã
partir des procédés au bain de Schultz (1884) et de la méthode
en un seul bain de Dennis (1893); son application industrielle se généralise
entre 1893 et 1900, provoquant une mutation technique profonde dans les
tanneries.
L'approvisionnement
en chromite suit une géographie minière mouvante. Après une première
exploitation aux États-Unis, dans le
Maryland, autour de 1810, la famille Tyson
domine le marché mondial pendant près de vingt ans. L'épuisement relatif
des gisements américains et la découverte de chromite de haute qualité
près de Bursa, en Turquie,
en 1848, font de ce pays le principal fournisseur mondial à partir de
1860. À la fin du XIXe siècle et au début
du XXe, de nouveaux gisements sont mis
en exploitation en Nouvelle-Calédonie,
en Inde, en Afrique
du Sud, au Zimbabwe, au Brésil
et à Cuba, diversifiant les sources et préparant
l'essor industriel du siècle suivant.
C'est dans la métallurgie
que le chrome acquiert son importance stratégique. Dès 1821, Berthier
et Faraday étudient les propriétés alliantes
du chrome et produisent les premiers aciers chromés, mais la fabrication
industrielle d'aciers au chrome ne se répand qu'à partir de 1878, avec
des usines spécialisées aux États-Unis, en Angleterre
et en France. Le véritable tournant se
produit avec la maîtrise du ferrochrome, l'alliage maître indispensable
à l'élaboration des aciers inoxydables. Henri Moissan réalise en 1893
la première production de ferrochrome au four électrique, et les procédés
électrométallurgiques supplantent progressivement les hauts fourneaux
et les creusets à partir de la fin du XIXe
siècle. La production industrielle de ferrochrome démarre aux États-Unis
en 1897-1906, tandis que la réduction aluminothermique, mise au point
par Hans Goldschmidt entre 1893 et 1898, permet d'obtenir du chrome métal
pur.
La découverte de
l'acier inoxydable par Harry Brearley à Sheffield en 1913 constitue l'aboutissement
industriel le plus spectaculaire de cette métallurgie du chrome. En étudiant
des aciers à haute teneur en chrome pour des tubes de fusil, Brearley
observe qu'un acier contenant environ 12 Ã 13 % de chrome et peu de carbone
résiste remarquablement à la corrosion; la première coulée d'acier
inoxydable est réalisée au four à arc le 20 août 1913. Cette invention
ouvre un marché immense qui, tout au long du XXe
siècle, devient le principal débouché du chrome : en 1989, la métallurgie
absorbe environ 79 % de la consommation mondiale de chrome, principalement
sous forme de ferrochrome pour les aciers inoxydables.
D'autres filières
industrielles se développent en parallèle. Le chromage décoratif et
anticorrosion par électrodéposition, expérimenté dès le XIXe
siècle, trouve son essor commercial en 1924, avec des procédés industriels
aux États-Unis et en Allemagne, suivi
dans les années 1950 par le développement des bains de chromage à haut
rendement. L'industrie des réfractaires utilise la chromite dès 1879
pour la confection de briques résistant aux températures extrêmes et
aux attaques chimiques dans les fours sidérurgiques; cet usage connaît
une croissance notable dans les années 1930. À partir de 1960, la chromite
est également employée comme sable de fonderie spécialisé, notamment
en Afrique du Sud, pour le moulage de pièces métallurgiques exigeant
une grande réfractarité.
Depuis les années
1960, on assiste à une recomposition profonde de la géographie de la
production du chrome et par une prise de conscience environnementale. Les
progrès de la métallurgie secondaire, avec la généralisation des procédés
de décarburation en poche (comme l'argon-oxygène), permettent aux sidérurgistes
d'utiliser du ferrochrome haut carbone moins coûteux, ce qui déplace
la production de ferrochrome des pays sidérurgiques traditionnels vers
les pays producteurs de minerai : Afrique du Sud,
Finlande, Inde, Turquie
et Zimbabwe. L'Afrique du Sud, dont les minerais
présentent un rapport chrome/fer favorable, devient un acteur dominant,
tandis que la Chine s'impose au début du XXIe
siècle comme le premier producteur mondial de ferrochrome. Dans le même
temps, les préoccupations sanitaires et environnementales liées aux composés
hexavalents du chrome conduisent les industries à modifier leurs procédés,
à développer des substituts et à encadrer plus strictement les rejets
et les expositions professionnelles, ce qui inscrit l'histoire du chrome
dans une tension durable entre performance industrielle et maîtrise des
risques. |
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