Sciences · Éléments chimiques
Cuivre
Le cuivre (Cu, numéro atomique 29) est un métal rougeâtre, malléable et excellent conducteur de l’électricité et de la chaleur. Premier métal travaillé par l’humanité, il équipe aujourd’hui tous les réseaux électriques.
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Le cuivre est l’un des rares métaux de couleur, avec l’or. Il a ouvert l’ère des métaux : l’humanité le martèle depuis environ 10 000 ans et le fond depuis plus de 7 000 ans. Allié à l’étain, il a donné le bronze ; aujourd’hui, il transporte l’électricité dans les câbles, les moteurs et les circuits électroniques.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Cu |
| Numéro atomique | 29 |
| Masse atomique | 63,546 u |
| Famille | Métal de transition (groupe 11, période 4) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 1 084,6 °C |
| Ébullition | 2 562 °C |
| Découverte | connu depuis la préhistoire |
| Abondance | environ 60 ppm dans la croûte terrestre |
Propriétés
Le cuivre est un métal rouge orangé, ductile (on l’étire en fils très fins) et malléable, de masse volumique 8,96 g/cm³. C’est le deuxième meilleur conducteur électrique et thermique après l’argent, pour un coût bien inférieur (voir loi d’Ohm).
À l’air humide, il se couvre lentement d’une patine verte, le vert-de-gris, faite de carbonates et de sulfates de cuivre : c’est elle qui colore la statue de la Liberté, revêtue de plaques de cuivre. Cette patine protège le métal sous-jacent. Le cuivre ne réagit pas avec les acides non oxydants, mais il est attaqué par l’acide nitrique.
Ses ions Cu²⁺ donnent une couleur bleue aux solutions (sulfate de cuivre) et une flamme verte.
Isotopes
| Isotope | Part naturelle |
|---|---|
| Cuivre 63 | environ 69 % |
| Cuivre 65 | environ 31 % |
Le cuivre 64, radioactif de courte période, est utilisé en imagerie médicale par TEP.
Où le trouve-t-on ?
Le cuivre existe à l’état natif, ce qui explique son usage précoce (région des Grands Lacs américains, par exemple). Les principaux minerais sont des sulfures, surtout la chalcopyrite (sulfure de cuivre et de fer), et des oxydes et carbonates comme la malachite verte et l'azurite bleue. Les grands gisements dits porphyriques, à faible teneur (souvent moins de 1 %), sont exploités dans d’immenses mines à ciel ouvert.
Production
Le Chili est le premier producteur mondial, avec environ un quart du cuivre extrait (mine de Chuquicamata, Escondida), suivi de la République démocratique du Congo et du Pérou. La Chine raffine et consomme environ la moitié du cuivre mondial.
Les minerais sulfurés sont concentrés par flottation, fondus, puis affinés par électrolyse pour atteindre 99,99 % de pureté. Les minerais oxydés sont dissous dans l’acide sulfurique puis récupérés par électrolyse. Le cuivre se recycle indéfiniment sans perte de qualité ; une part importante de la consommation provient de cuivre recyclé.
Usages
| Domaine | Exemples |
|---|---|
| Électricité | câbles, lignes, bobinages de moteurs et transformateurs, circuits imprimés |
| Bâtiment | tuyauteries d’eau et de gaz, toitures, gouttières |
| Transports | une voiture électrique contient plusieurs fois plus de cuivre qu’une voiture thermique |
| Énergies renouvelables | éoliennes, panneaux solaires, réseaux de raccordement |
| Alliages | bronze (cuivre-étain), laiton (cuivre-zinc), cupronickel, maillechort |
| Monnaie | pièces de 1, 2 et 5 centimes d’euro (acier cuivré) |
| Agriculture | bouillie bordelaise (sulfate de cuivre et chaux) contre le mildiou de la vigne |
Rôle biologique et toxicité
Le cuivre est un oligo-élément essentiel. Il intervient dans des enzymes de la respiration cellulaire, de la défense antioxydante, de la synthèse de la mélanine et du collagène, et dans l’absorption du fer. Les besoins d’un adulte sont d’environ 1 à 2 mg par jour, apportés par les abats, les fruits de mer, les noix, le cacao et les légumes secs (voir minéraux et oligo-éléments).
Chez les mollusques et les crustacés, le pigment respiratoire est l'hémocyanine, qui contient du cuivre : leur sang devient bleu une fois oxygéné.
En excès, le cuivre est toxique. La maladie de Wilson, génétique, empêche son élimination et provoque son accumulation dans le foie et le cerveau. Les surfaces en cuivre et en laiton ont une action antimicrobienne : de nombreux germes y survivent moins longtemps que sur l’acier ou le plastique. Dans les sols viticoles, l’accumulation de cuivre issue des traitements nuit à la vie du sol.
Histoire du nom
Des perles de cuivre natif martelé datant d’environ 9000 av. J.-C. ont été retrouvées au Proche-Orient. La fonte du minerai apparaît vers le Vᵉ millénaire av. J.-C. ; la période dite chalcolithique, ou « âge du cuivre », précède l’âge du bronze, qui débute vers 3000 av. J.-C. au Proche-Orient (voir Préhistoire). Les Romains tiraient une grande partie de leur cuivre de l’île de Chypre : aes Cyprium, « bronze de Chypre », devenu cuprum, d’où le nom cuivre et le symbole Cu.
Questions fréquentes
Pourquoi le cuivre devient-il vert ?
Au contact de l’air, de l’eau et du CO₂, sa surface se transforme lentement en carbonates et sulfates de cuivre de couleur verte. Cette patine, appelée vert-de-gris, protège le métal.
Pourquoi utilise-t-on le cuivre plutôt que l’argent pour les câbles ?
L’argent conduit à peine mieux, mais il est environ cent fois plus cher. Le cuivre offre le meilleur compromis entre conductivité, solidité et prix ; l’aluminium, plus léger, est utilisé pour les lignes à haute tension.
Le cuivre est-il dangereux pour la santé ?
Aux doses alimentaires, non : il est indispensable. Les intoxications sont rares et surviennent surtout par ingestion accidentelle de sels de cuivre.