Sciences · Éléments chimiques
Cobalt
Le cobalt (Co, numéro atomique 27) est un métal de transition magnétique, dur et résistant à la chaleur. Il sert aux batteries lithium-ion, aux moteurs d’avions et au bleu des porcelaines, et se trouve au cœur de la vitamine B12.
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Le cobalt a d’abord été connu pour sa couleur : depuis l’Antiquité, ses composés donnent au verre et à la céramique un bleu profond. Il est devenu un métal stratégique avec l’essor des batteries rechargeables, et sa production, très concentrée en République démocratique du Congo, soulève des questions éthiques.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Co |
| Numéro atomique | 27 |
| Masse atomique | 58,933 u |
| Famille | Métal de transition (groupe 9, période 4) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 1 495 °C |
| Ébullition | 2 927 °C |
| Découverte | vers 1735, Georg Brandt (Suède) |
| Abondance | environ 25 ppm dans la croûte terrestre |
Propriétés
Le cobalt est un métal gris bleuté, dur et brillant, de masse volumique 8,9 g/cm³. Avec le fer et le nickel, c’est l’un des trois éléments ferromagnétiques à température ambiante ; il conserve son aimantation jusqu’à environ 1 115 °C, le point de Curie le plus élevé de tous les éléments (voir magnétisme). Il garde sa résistance à haute température, ce qui le rend précieux pour les alliages réfractaires.
Ses composés sont très colorés : les sels de cobalt II sont roses en solution aqueuse et bleus à l’état anhydre, d’où leur usage comme indicateurs d’humidité.
Isotopes
Le cobalt naturel est composé d’un seul isotope stable, le cobalt 59. Le cobalt 60, produit en réacteur nucléaire, est radioactif (période d’environ 5,27 ans) et émet des rayons gamma intenses. Il sert à la radiothérapie (« bombe au cobalt »), à la stérilisation du matériel médical et de certains aliments, et à la radiographie industrielle (voir radioactivité). Des sources abandonnées ont provoqué plusieurs accidents d’irradiation graves.
Où le trouve-t-on ?
Le cobalt est rarement exploité seul. Il accompagne surtout les minerais de cuivre (ceinture de cuivre de la RDC et de la Zambie) et de nickel (latérites, sulfures). On en trouve aussi dans les nodules polymétalliques des fonds océaniques et dans les météorites métalliques.
Production
La République démocratique du Congo fournit environ trois quarts du cobalt minier mondial, l’Indonésie, la Russie et l’Australie étant loin derrière. La Chine raffine la majorité du cobalt et domine la chaîne de fabrication des batteries.
Usages
| Usage | Détail |
|---|---|
| Batteries lithium-ion | cathodes LCO (téléphones, ordinateurs) et NMC ou NCA (véhicules électriques) |
| Superalliages | aubes de turbines d’avions et de centrales, résistantes à plus de 1 000 °C |
| Outils de coupe | liant des carbures de tungstène, aciers rapides |
| Aimants | aimants samarium-cobalt et Alnico, stables à haute température |
| Catalyseurs | désulfuration du pétrole, synthèse de carburants (procédé Fischer-Tropsch) |
| Pigments | bleu de cobalt (aluminate de cobalt) des verres, émaux, porcelaines de Chine et de Delft |
| Médecine | prothèses en alliages cobalt-chrome |
Rôle biologique et toxicité
Le cobalt est l’atome central de la vitamine B12 (cobalamine), indispensable à la formation des globules rouges et au fonctionnement du système nerveux (voir vitamines). Les animaux et les plantes ne savent pas la fabriquer : seules certaines bactéries y parviennent. Nous l’obtenons par les produits animaux ; les personnes végétaliennes doivent se supplémenter.
En excès, le cobalt est toxique. Dans les années 1960, au Canada et aux États-Unis, l’ajout de sels de cobalt pour stabiliser la mousse de la bière a provoqué des cardiomyopathies mortelles chez de gros buveurs. L’inhalation de poussières de cobalt cause des maladies pulmonaires professionnelles ; le contact peut provoquer des allergies cutanées. Certaines prothèses de hanche métal-métal ont libéré des ions cobalt dans l’organisme.
Histoire du nom
Les mineurs de Saxe appelaient Kobold, « lutin » ou « gnome malfaisant », les minerais qui ressemblaient à du minerai d’argent mais n’en donnaient pas et dégageaient, au grillage, des fumées toxiques d’arsenic. Vers 1735, le chimiste suédois Georg Brandt montre que la couleur bleue du verre « au cobalt » est due à un métal nouveau, et non au bismuth comme on le croyait. C’est le premier métal découvert dont le nom ne remonte pas à l’Antiquité. Le nom cobalt vient de ce lutin.
Questions fréquentes
Pourquoi le cobalt est-il utilisé dans les batteries ?
Il stabilise la structure de la cathode pendant les cycles de charge et de décharge, ce qui améliore la durée de vie et la sécurité. Les nouvelles chimies cherchent à en réduire la quantité en raison de son coût et de son origine.
Le bleu de cobalt contient-il du cobalt ?
Oui : c’est un aluminate de cobalt, découvert par le chimiste français Louis Jacques Thénard en 1802, utilisé par les peintres et les céramistes.
Le cobalt 60 est-il dangereux ?
Oui : c’est une source gamma intense. Une source scellée, utilisée correctement, ne présente pas de risque pour le public ; une source perdue ou démontée peut provoquer des irradiations graves.