Sciences · Éléments chimiques
Gallium
Le gallium (Ga, numéro atomique 31) est un métal argenté qui fond à 29,76 °C, assez pour se liquéfier dans la main. Prédit par Mendeleïev, il est devenu essentiel aux LED, aux chargeurs rapides et aux télécommunications.
Mis à jour le 4 min de lecture
Le gallium est célèbre pour deux raisons. C’est un métal qui fond à une température à peine supérieure à celle d’une pièce chauffée. Et c’est le premier élément prédit par Mendeleïev à avoir été découvert, ce qui a assuré le succès du tableau périodique. Aujourd’hui, il est un composant discret mais critique de l’électronique.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Ga |
| Numéro atomique | 31 |
| Masse atomique | 69,723 u |
| Famille | Métal pauvre (groupe 13, période 4) |
| État à 20 °C | Solide (liquide au-dessus de 29,76 °C) |
| Fusion | 29,76 °C |
| Ébullition | environ 2 400 °C |
| Découverte | 1875, Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran |
| Abondance | environ 19 ppm dans la croûte terrestre |
Propriétés
Le gallium solide est un métal gris-bleu, cassant, qui se brise comme du verre. Il fond à 29,76 °C : posé dans la paume, il se transforme en une flaque argentée. Il reste liquide sur une plage exceptionnelle de plus de 2 000 °C, ce qui en fait un candidat pour des thermomètres haute température.
Comme l’eau, le silicium et le bismuth, il se dilate en se solidifiant (environ 3 %) : on ne le stocke donc pas dans des flacons en verre pleins, qui pourraient éclater. Il mouille le verre et la peau, laissant des traces grises.
Le gallium liquide attaque et fragilise l’aluminium en s’infiltrant entre ses grains : une goutte peut rendre une canette ou une poutre en aluminium aussi friable que du papier.
Isotopes
| Isotope | Part naturelle |
|---|---|
| Gallium 69 | environ 60 % |
| Gallium 71 | environ 40 % |
Le gallium 67, radioactif, est utilisé en scintigraphie pour localiser certaines infections et tumeurs ; le gallium 68 sert en imagerie par TEP.
Où le trouve-t-on ?
Il n’existe pas de minerai de gallium exploitable. Le gallium est présent en traces dans la bauxite (minerai d’aluminium) et dans la sphalérite (minerai de zinc).
Production
Le gallium est un sous-produit de la production d’alumine par le procédé Bayer et, dans une moindre mesure, du raffinage du zinc. La production mondiale de gallium primaire n’est que de quelques centaines de tonnes par an, dont la Chine assure plus de 95 %. En 2023, la Chine a soumis ses exportations de gallium et de germanium à licence, puis les a encore restreintes, rappelant la dépendance mondiale envers cette source. L’Union européenne le classe parmi les matières premières critiques.
Usages
- Arséniure de gallium (GaAs) : semi-conducteur plus rapide que le silicium, utilisé dans les amplificateurs radiofréquence des téléphones portables, les cellules solaires spatiales à haut rendement et les diodes laser.
- Nitrure de gallium (GaN) : base des LED bleues et blanches, dont l’invention a valu le prix Nobel de physique 2014 aux Japonais Isamu Akasaki et Hiroshi Amano et à l’Américain d’origine japonaise Shuji Nakamura. Le GaN équipe aussi les chargeurs rapides compacts, les radars et les stations de base 5G.
- Alliages à bas point de fusion : le galinstan (gallium, indium, étain), liquide à température ambiante, remplace le mercure dans certains thermomètres.
- Aimants NdFeB : additif mineur.
- Panneaux solaires CIGS (cuivre, indium, gallium, sélénium).
Rôle biologique et toxicité
Le gallium n’a aucun rôle biologique connu. Il est considéré comme peu toxique ; ses ions Ga³⁺ ressemblent au fer Fe³⁺ et peuvent prendre sa place dans certaines protéines, propriété exploitée en imagerie médicale et étudiée contre certaines bactéries. Le gallium manipulé à mains nues tache la peau ; il est conseillé de porter des gants et de ne pas l’ingérer.
Histoire du nom
En 1871, Dmitri Mendeleïev laisse une case vide sous l’aluminium et prédit les propriétés d’un élément inconnu qu’il nomme eka-aluminium : masse atomique d’environ 68, densité de 5,9, point de fusion bas (voir Mendeleïev). En août 1875, le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran découvre, par spectroscopie d’un minerai de zinc des Pyrénées, deux raies violettes inconnues, puis isole le métal. Il trouve d’abord une densité de 4,7 ; Mendeleïev lui écrit qu’elle doit être proche de 5,9. Après purification, Lecoq mesure 5,9 : la prédiction est confirmée.
Il nomme l’élément gallium, d’après Gallia, la Gaule. On a suggéré qu’il jouait aussi sur son propre nom, gallus signifiant « coq » en latin, ce qu’il a démenti.
Questions fréquentes
Le gallium fond-il vraiment dans la main ?
Oui : la température de la peau, environ 32 à 34 °C, dépasse son point de fusion. Un petit morceau fond en quelques minutes.
Le gallium est-il dangereux ?
Il est peu toxique, mais il ne faut pas l’avaler. Le principal risque est matériel : il détruit les objets en aluminium.
Pourquoi le gallium est-il stratégique ?
Il est indispensable aux LED, aux composants radiofréquence et à l’électronique de puissance, et sa production est concentrée presque entièrement en Chine.