Manganèse

Le manganèse est un élément discret mais indispensable. Sans lui, l’acier serait cassant ; sans lui, les plantes ne pourraient pas extraire l’oxygène de l’eau pendant la photosynthèse. Ses oxydes noirs servaient déjà de pigment aux peintres de la préhistoire.

Fiche d’identité

Propriétés

Le manganèse est un métal gris argenté, très dur mais cassant : il n’est jamais utilisé pur comme matériau. Il s’oxyde à l’air et se dissout facilement dans les acides.

Sa particularité chimique est le grand nombre d’états d’oxydation qu’il peut prendre, de +2 à +7, chacun avec sa couleur : rose pâle pour Mn²⁺, brun-noir pour le dioxyde MnO₂, vert pour le manganate, violet intense pour le permanganate MnO₄⁻, puissant oxydant (voir oxydoréduction).

Isotopes

Le manganèse naturel ne compte qu’un isotope stable, le manganèse 55. Le manganèse 53, radioactif à très longue période (environ 3,7 millions d’années), aide à dater les météorites et les premiers temps du système solaire.

Où le trouve-t-on ?

Les principaux minerais sont des oxydes : pyrolusite (MnO₂), psilomélane, braunite. Les grands gisements sont souvent sédimentaires, formés dans d’anciens océans. Le fond des océans est par endroits tapissé de nodules polymétalliques, concrétions riches en manganèse, nickel, cuivre et cobalt, dont l’exploitation éventuelle fait l’objet de débats environnementaux (voir océans).

Production

L'Afrique du Sud, avec le bassin du Kalahari qui concentre une grande partie des réserves mondiales, est le premier producteur, devant le Gabon et l'Australie. Le minerai est réduit en four électrique pour donner du ferromanganèse ou du silicomanganèse, ajoutés directement à l’acier. Le manganèse électrolytique, très pur, et le sulfate de manganèse alimentent l’industrie des batteries.

Usages

• Sidérurgie : environ 90 % du manganèse. Il désoxyde et désulfure l’acier liquide, puis améliore sa dureté et sa résistance. L’acier Hadfield, à environ 12 % de manganèse, très résistant à l’usure, équipe les rails d’aiguillage, les mâchoires de concasseurs et les godets d’excavatrices (voir fer).
• Alliages d’aluminium : canettes, pour améliorer la résistance à la corrosion.
• Piles : le dioxyde de manganèse est la cathode des piles salines et alcalines.
• Batteries lithium-ion : cathodes NMC (nickel-manganèse-cobalt) et LMO.
• Chimie : permanganate de potassium (désinfection, traitement de l’eau, oxydant de laboratoire).
• Verre et céramique : le dioxyde décolore le verre (« savon des verriers ») ou le teinte en violet.
• Engrais et alimentation animale.

Rôle biologique et toxicité

Le manganèse est un oligo-élément essentiel. Chez les plantes, un amas de quatre atomes de manganèse et un atome de calcium, au cœur du photosystème II, scinde les molécules d’eau et libère l’oxygène que nous respirons (voir photosynthèse). Chez l’être humain, il est cofacteur d'enzymes du métabolisme des glucides, des os et de la défense antioxydante (superoxyde dismutase mitochondriale). Les besoins, de l’ordre de 2 à 3 mg par jour, sont couverts par les céréales complètes, les fruits à coque, le thé et les légumes (voir minéraux et oligo-éléments).

L’inhalation chronique de poussières ou de fumées de manganèse, chez les mineurs ou les soudeurs, peut provoquer le manganisme, un syndrome neurologique proche de la maladie de Parkinson : tremblements, troubles de la marche, troubles de l’humeur. Une eau de boisson trop chargée en manganèse est également surveillée.

Histoire du nom

L’oxyde noir de manganèse a servi de pigment aux artistes du Paléolithique, notamment dans certaines peintures de la grotte de Lascaux (voir Préhistoire). Les Anciens confondaient la pyrolusite avec la magnétite : on l’appelait magnesia nigra, « magnésie noire », d’après la région de Magnésie, en Grèce. Le nom latin médiéval manganesia a donné manganèse. En 1774, Scheele montre que la pyrolusite contient un élément nouveau, et son ami Johan Gottlieb Gahn l’isole en réduisant l’oxyde par le charbon.

Questions fréquentes

Quelle différence entre manganèse et magnésium ?

Ce sont deux éléments distincts, aux propriétés différentes, dont les noms dérivent tous deux de la région de Magnésie. Le magnésium est un métal léger alcalino-terreux ; le manganèse, un métal de transition lourd.

Pourquoi le manganèse est-il indispensable à l’acier ?

Il capte l’oxygène et le soufre de l’acier liquide, qui rendraient le métal cassant, et renforce l’alliage. Il n’existe pas de substitut économique.

Le permanganate de potassium est-il dangereux ?

C’est un oxydant puissant, corrosif sous forme concentrée. Il ne s’utilise que très dilué, selon les indications d’un professionnel de santé.