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
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | W |
| Numéro atomique | 74 |
| Masse atomique | 183,84 u |
| Famille | Métal de transition (groupe 6, période 6) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 3 422 °C |
| Ébullition | plus de 5 500 °C (valeurs publiées entre environ 5 550 et 5 900 °C) |
| Découverte | 1783, frères Juan José et Fausto Elhuyar (acide tungstique identifié par Scheele en 1781) |
| Abondance | environ 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
| Usage | Détail |
|---|---|
| Carbure de tungstène | plus de la moitié de la consommation : forets, fraises, plaquettes de coupe, outils miniers, pointes de stylos à bille |
| Aciers et superalliages | aciers rapides pour outils, alliages pour turbines |
| Alliages lourds | contrepoids, lests (avions, voitures de course, cannes à pêche), protection contre les rayonnements, munitions perforantes |
| Éclairage | filaments des ampoules à incandescence et halogènes, électrodes des lampes à décharge |
| Électronique | contacts, interconnexions dans les puces, cibles de tubes à rayons X |
| Soudage | électrodes de soudage TIG |
| Fusion nucléaire | revêtement du divertor du réacteur ITER, exposé aux flux de chaleur les plus intenses (voir fusion nucléaire) |
| Grand public | bagues, 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.