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Sciences · Éléments chimiques

Tungstène

Le tungstène (W, numéro atomique 74) est un métal de transition très dense qui détient le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, 3 422 °C. Il forme le carbure des outils de coupe et les filaments des ampoules.

Mis à jour le 4 min de lecture

Le tungstène est le métal de l’extrême : point de fusion le plus élevé de tous les métaux, densité comparable à celle de l’or, dureté exceptionnelle de son carbure. Ces qualités en font un matériau stratégique pour l’industrie, l’armement et la fusion nucléaire. Son symbole, W, rappelle son autre nom, le wolfram.

Fiche d’identité

CaractéristiqueValeur
SymboleW
Numéro atomique74
Masse atomique183,84 u
FamilleMétal de transition (groupe 6, période 6)
État à 20 °CSolide
Fusion3 422 °C
Ébullitionplus de 5 500 °C (valeurs publiées entre environ 5 550 et 5 900 °C)
Découverte1783, frères Juan José et Fausto Elhuyar (acide tungstique identifié par Scheele en 1781)
Abondanceenviron 1 ppm dans la croûte terrestre

Propriétés

Le tungstène est un métal gris acier, de masse volumique 19,3 g/cm³, pratiquement celle de l’or. Son point de fusion, 3 422 °C, est le plus élevé de tous les métaux ; seul le carbone, sous forme solide, résiste à des températures plus élevées. Il a aussi le plus faible coefficient de dilatation thermique des métaux purs et une très grande résistance mécanique à chaud.

Pur, il est dur et cassant à température ambiante, ce qui rend son usinage difficile : on le met en forme par métallurgie des poudres, en frittant de la poudre comprimée. Il résiste bien aux acides, mais s’oxyde à l’air au-dessus de 400 °C environ.

Son carbure (WC) est l’un des matériaux les plus durs connus, presque autant que le diamant.

Isotopes

Le tungstène naturel compte cinq isotopes : tungstène 184 (environ 30,6 %), 186, 182, 183 et 180, ce dernier très faiblement radioactif. Le système hafnium-tungstène (hafnium 182 se désintégrant en tungstène 182) permet de dater la formation des noyaux des planètes, dont celui de la Terre, dans les premières dizaines de millions d’années du système solaire.

Où le trouve-t-on ?

Les deux minerais principaux sont la wolframite (tungstate de fer et de manganèse) et la scheelite (tungstate de calcium), qui fluoresce en bleu sous ultraviolet, ce qui aide les prospecteurs.

Production

La Chine assure environ 80 % de la production minière mondiale, d’environ 80 000 tonnes par an, loin devant le Vietnam, la Russie, la Bolivie et le Rwanda. Le minerai est transformé en paratungstate d’ammonium, puis en oxyde, réduit par l’hydrogène en poudre de tungstène. Le tungstène figure parmi les « minerais de conflit » soumis à traçabilité, car il est extrait en partie dans des zones de conflit armé d’Afrique centrale. Le recyclage des outils en carbure fournit une part importante de l’offre. En France, la mine de Salau, dans l’Ariège, a été exploitée jusqu’en 1986.

Usages

UsageDétail
Carbure de tungstèneplus de la moitié de la consommation : forets, fraises, plaquettes de coupe, outils miniers, pointes de stylos à bille
Aciers et superalliagesaciers rapides pour outils, alliages pour turbines
Alliages lourdscontrepoids, lests (avions, voitures de course, cannes à pêche), protection contre les rayonnements, munitions perforantes
Éclairagefilaments des ampoules à incandescence et halogènes, électrodes des lampes à décharge
Électroniquecontacts, interconnexions dans les puces, cibles de tubes à rayons X
Soudageélectrodes de soudage TIG
Fusion nucléairerevêtement du divertor du réacteur ITER, exposé aux flux de chaleur les plus intenses (voir fusion nucléaire)
Grand publicbagues, fléchettes, plombs de pêche sans plomb

Rôle biologique et toxicité

Le tungstène est l'élément le plus lourd dont un rôle biologique est connu : certaines bactéries et archées, notamment des espèces vivant près des sources hydrothermales, utilisent des enzymes à tungstène. Il ne joue aucun rôle chez l’être humain.

Le tungstène métal et ses composés sont considérés comme peu toxiques. Les poussières de carbure de tungstène associé au cobalt, inhalées dans les ateliers de frittage et d’affûtage, provoquent une maladie pulmonaire professionnelle, la « maladie des métaux durs », et sont classées cancérogènes probables.

Histoire du nom

En 1781, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele extrait de la scheelite un nouvel acide, l’acide tungstique. En 1783, deux frères espagnols, Juan José et Fausto Elhuyar, au séminaire de Bergara au Pays basque, obtiennent le même acide à partir de la wolframite et le réduisent par le charbon : ils isolent le métal.

Le nom tungstène vient du suédois tung sten, « pierre lourde », nom de la scheelite. Le nom wolfram, d’où vient le symbole W, dérive de l’allemand Wolf Rahm, « bave de loup » : les mineurs saxons de l’étain constataient que la wolframite « dévorait » l’étain lors de la fusion, comme un loup dévore les moutons. L’IUPAC a retenu le nom tungstène en 1949, tout en conservant le symbole W ; en espagnol et en allemand, on dit toujours wolframio et Wolfram.

Questions fréquentes

Pourquoi les filaments d’ampoules étaient-ils en tungstène ?

Son point de fusion très élevé lui permet de chauffer à plus de 2 500 °C pour émettre de la lumière sans fondre. L’argon ou l’halogène dans l’ampoule ralentit son évaporation.

Le tungstène est-il plus dur que le diamant ?

Non. Le carbure de tungstène est très dur, environ 9 sur l’échelle de Mohs, mais le diamant reste plus dur (10). Le tungstène métal pur est nettement moins dur.

Pourquoi les bagues en tungstène ne se rayent-elles pas ?

Elles sont en général en carbure de tungstène, très résistant aux rayures. En contrepartie, elles peuvent se briser sous un choc violent et ne peuvent pas être agrandies.

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