Acier, aluminium, étain, fer, bronze, inox...
Nous utilisons chaque jour de nombreux métaux !

Mais savez-vous exactement lesquels sont des métaux purs ?
Et de quoi sont fait les autres ?

Petit voyage au pays des atomes métalliques et de leurs nombreux mélanges.

 

↑ Cette jolie petite sculpture sur une balustrade de La Haye se demande-t-elle de quoi elle est faite ?

Vous devriez trouver dans cette page quelques pistes... parmi :
- les métaux purs qui ont un symbole chimique (indiqué entre parenthèses) parce que leurs atomes se trouvent "tels quels" dans le tableau périodique des éléments
- et les alliages inventés par l'Homme, parce que les éléments métalliques ont des propriétés différentes et qu'en les mélangeant, on obtient des propriétés intéressantes

Quelques mots de vocabulaire avant de commencer... ductile veut dire "qu'on peut déformer sans le rompre" malléable veut dire "qu'on peut facilement manipuler et déformer" réfractaire veut dire "qui résiste à de très hautes températures" (sous entendu ici : sans se modifier du tout)

Les principaux métaux purs et leurs alliages

Aluminium (Al)

L'aluminium est un métal blanc, brillant, léger, malléable, bon conducteur d’électricité, très abondant dans la nature mais rarement sous forme pure.

Le principal minerai d’aluminium est la bauxite, une roche contenant de l'alumine Al₂O₃ et des oxydes de fer.
Point de fusion : 660°C

Alliages contenant de l'aluminium
Alpax : mélange d’aluminium et de silicium léger, qui se moule très facilement.
Alumine : oxyde d’aluminium (non métallique) utilisée comme matériau résistant aux très fortes températures (tuyaux de poêle pour le chauffage à bois et à fioul) et comme céramique, et - sous forme de corindon - pour fabriquer des abrasifs (émeri).
Bronze d’aluminium : mélange de cuivre et d’aluminium.
Zamak : mélange de zinc, d'aluminium, de magnésium et parfois de cuivre. Très facile à travailler et très résistant, il est aussi totalement recycable, donc très largement utilisé (éléments de tableau de bord et ceinture de sécurité dans l'automobile, charnières, mécanismes pour volet et store, serrures, ventilations dans le bâtiment, armoires électriques et boîtiers de commande électroniques, boucles et fermeture éclair dans l'habillement, articles publicitaires, décorations de flacons en parfumerie, voitures miniatures,...
Zicral : mélange d'aluminium et de zinc, léger et résistant, utilisé pour le matériel (haut de gamme car il est cher) de l'escalade (mousquetons, descendeurs), du cyclisme (rayons des roues), du ski, des sports de voile (comme le parapente ou le deltaplane) et certains fusils semi automatiques (M16).

 

Argent (Ag)

Métal très ductile mais qui réagit avec l'oxygène de l'air (d'où le noircissement des couverts et des bijoux en argent...)
Minerai principal : l’argentite (ou argylose).
Point fusion : 962°C

Alliages contenant de l'argent
Billon : mélange de cuivre et d'argent
Électrum : mélange d'or et d'argent, utilisé dans l'Antiquité pour frapper les monnaies

 

Le Carbone (C) n'est pas un métal mais il est très utilisé dans les alliages

Le carbone est un élément non métallique mais il est ajouté à de nombreux alliages car sa température de fusion est très haute (3 700 °C).
On le trouve à l'état naturel sous forme de charbon, de graphite ou de diamant.

Noms associés
Graphite : variété de carbone presque pur structuré en feuillets solide noirs très friables. S'il est la base des "crayons à papier", le graphite sert aussi comme électrode ou comme absorbant dans les filtres à « charbon actif ».
Carbure : Combinaison de carbone et d’un autre corps simple.
Charbon : roche carbonée sédimentaire nommée - selon sa teneur en carbone décroissante - anthracite, houille, flambant, lignite ou tourbe
Coke : Résidu solide de la carbonisation de la houille et servant au chauffage des hauts fourneaux
Diamant : cristal de carbone très ordonné utilisé en joaillerie mais aussi dans les outils de coupe de précision (scalpels) et d'usinage pour sa dureté, dans des dispositifs optiques pour sa transparence, dans des dispositifs électroniques à semi-condusteurs pour ses propriétés thermique, comme électrode pour l'électrochimie,... (on sait fabriquer du diamant de synthèse depuis 1953).

 

Chrome (Cr)

Le chrome est un métal brillant et dur, utilisé pour obtenir l’acier inoxydable et pour recouvrir des métaux (chromage).
Son minerai principal est la chromite (FeCr₂O₄).
Point de fusion : 1890°C

Alliages contenant du chrome
Acier inoxydable : mélange de fer et de carbone auquel on a ajouté du chrome pour qu'il résiste à la corrosion (ce qui l'empêche de former de la rouille)
Ferrochrome : mélange de fer et de chrome (entre 48% et 70% en poids), utilisé pour la fabrication d'acier inoxable dans les aciéries et pour fabriquer des anodes pour la galvanoplastie (chromage de pièces métalliques ou en matière plastique)

 

Cuivre (Cu)

Le cuivre est un métal rouge brun, très malléable et bon conducteur de l'électricité. C'est donc le roi des fils électriques !

Il se trouve dans le sol sous forme pure et dans de nombreux minerais : azurite (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂), bornite (Cu₅FeS₄), chalcosine (Cu₂S), chalcopyrite (CuFeS₂), covelline (CuS), cubanite (CuFe₂S₃), cuprite (Cu₂O), malachite (Cu₂CO₃(OH)₂).
Point de fusion : 1083°C

Alliages contenant du cuivre
Billon : mélange de cuivre et d'argent
Bronze (aussi appelé airain en littérature) : mélange de cuivre et d’étain (4 à 22 %), utilisé depuis l' "Âge du bronze" (de 3000 à 1000 av JC) pour la fabrication d'armes, de statues, de cloches et bols sonores, de miroirs,...
Bronze d’aluminium : mélange de cuivre et d’aluminium.
Cupro-aluminium : mélange de cuivre et d’aluminium.
Cupro-nickel : mélange de cuivre et de nickel, utilisé pour la fabrication de certaines pièces de monnaie.
Cupro-plomb : mélange de cuivre et plomb.
Duralumin : mélange d’aluminium, de cuivre et manganèse, utilisé pour les ailes d'avion et les pistons des moteurs d'automobiles car il est léger et résistant
Laiton : mélange de cuivre et de zinc appelé aussi cuivre jaune.
Maillechort : mélange de cuivre, de zinc et de nickel qui imite l’argent.
Zicral : mélange d'aluminium et de zinc, léger et résistant, utilisé pour le matériel (haut de gamme car il est cher) de l'escalade (mousquetons, descendeurs), du cyclisme (rayons des roues), du ski, des sports de voile (comme le parapente ou le deltaplane) et certains fusils semi automatiques (M16).

 

Etain (Sn)

L'étain est un métal grisâtre très malléable et résistant à la corrosion.
On l'utilise beaucoup pour faire des objets décoratifs (cruches, assiettes, statuettes,...)
Minerai principal : la cassitérite, une roche contenant du dioxyde d'étain SnO₂.
Point de fusion : 232°C

Alliages contenant de l'étain
Bronze (aussi appelé airain en littérature) : mélange de cuivre et d’étain (4 à 22 %), utilisé depuis l' "Âge du bronze" (de 3000 à 1000 av JC) pour la fabrication d'armes, de statues, de cloches et bols sonores, de miroirs,...
Fer blanc : tôle de fer recouverte d’une couche d’étain pour la protéger de la rouille
Régule (appelé babbitt dans les pays Anglo-saxons) : mélange d'étain (ou de plomb) avec de l'antimoine utilisé pour la fabrication d'objets décoratifs comme des statuettes (notamment pendant la première guerre mondiale où le cuivre était réservé à la fabrication des munitions) et dans certaines machines industrielles pour réduire le frottement entre des parties mobiles.

 

Fer (Fe)

Le fer est un métal ductile, malléable et magnétique. Il a aussi une facheuse tendance à former de la rouille en réagissant avec l'oxygène de l'air (un vrai problème pour les bateaux qui rouillent en mer).
Principaux minerais de fer : hématite (Fe₂O₃, le plus répandu), magnétite (Fe₃O₄, roche qui est un aimant naturel), limonite.
Point de fusion : 1535°C

Alliages contenant du fer
Acier : mélange de fer et d'une petite quantité de carbone (qui abaisse sa température de fusion à environ 1400°C).
Selon la proportion de carbone on l'appelle acier extra doux (< 0,15% de carbone), acier doux (0,15 à 0,25% de carbone), acier demi-doux (0,25 à 0,40% de carbone), acier demi-dur (0,40 à 0,60% de carbone), acier dur (0,60 à 0,70% de carbone) ou acier extra dur (0,70 à 1,70% de carbone).
Fonte : mélange de fer et d'une quantité plus importante de carbone (entre 1,7 à 6,67%) obtenu dans les hauts fourneaux (température de fusion entre de 1 135 °C à 1 350 °C).
Là aussi différents noms existent selon la proportion de carbone : fonte blanche (entre 2,5 e 3,5 % de carbone), fonte grise (entre 3,5 et 6 % de carbone). Les haltères utilisées par les sportifs en sont faites, d'où l'expression "soulever de la fonte" !

Acier inoxydable : acier auquel on a ajouté du chrome pour qu'il résiste à la corrosion (ce qui l'empêche de former de la rouille). Bien pratique pour les couverts de cuisine !
Acier rapide : acier auquel on a ajouté du tungstène, du chrome, du vanadium et du molybdène pour le rendre très dur, utilisé pour la fabrication des outils
Invar : acier auquel on a ajouté du nickel pour qu'il se dilate moins avec la chaleur
Permalloy : mélange de nickel et de fer d’une grande perméabilité magnétique (qui se laisse traverser par un flux magnétique).

 

Mercure (Hg)

Le mercure est un métal mais il est liquide à la température ordinaire de 20-25°C car son point de fusion est très bas (-39%).
Il était largement utilisé dans les thermomètres et les batteries avant qu'on n'en limite son utilisation : il est très toxique pour les êtres vivants.
Il a été appelé "vif-argent" jusqu'au 18^e siècle, à cause de son aspect clair et brillant.
Minerai principal : cinabre (HgS).

Alliages contenant du mercure
Amalgame: mélange de mercure avec un autre métal, utilisé pour les soins dentaires (ce sont les fameux "plombages" que l'on essaie désormais de remplacer par des mélanges ne contenant pas ce métal toxique).

 

Nickel (Ni)

Le nickel est un métal malléable, ductile et magnétique.
On le trouve à l'état naturel sous forme pure ou dans de nombreux minerais de roches magmatiques.
Point de fusion : 1455°C

Alliages contenant du nickel
Invar : acier auquel on a ajouté du nickel pour qu'il se dilate moins avec la chaleur
Maillechort : mélange de cuivre, de zinc et de nickel qui imite l’argent.
Or blanc : mélange d'or avec un autre métal - généralement du nickel, du manganèse ou du palladium - dont on fait des bijoux.
Permalloy : mélange de nickel et de fer d’une grande perméabilité magnétique (qui se laisse traverser par un flux magnétique).

 

Or (Au)

Métal précieux, très ductile et malléable, inattaquable à l’air et à l’eau.
Se trouve pur dans les sols
Point de fusion : 1063°C

Alliages contenant de l'or
Électrum : mélange d'or et d'argent, utilisé dans l'Antiquité pour frapper les premières monnaies
Or blanc : mélange d'or avec un autre métal - généralement du nickel, du manganèse ou du palladium - dont on fait des bijoux.

 

Palladium (Pd)

Métal blanc argenté malléable et mou, assez semblable au platine.
Le palladium est très utilisé comme catalyseur pour l'industrie chimique et dans les pots catalytiques des automobiles (car il absorbe très bien l'hydrogène gazeux H₂).
Il intéresse aussi l'industrie électronique pour la fabrication de condensateurs et de connecteurs dans les téléphones portables, les ordinateurs et l'électronique embarquée des véhicules.
On l'utilise aussi beaucoup en alliage pour les couronnes dentaires.
On trouve du palladium pur dans le sol sous forme assez finement divisée ou insérée dans du platine ou des roches basiques.
Son minerai le plus important est le stibiopalladinite (Pd₅Sb₂)
Point de fusion : 1 555°C
Or blanc : mélange d'or avec un autre métal - généralement du nickel, du manganèse ou du palladium - dont on fait des bijoux.

 

Plomb (Pb)

Le plomb est un métal mou, lourd et facile à fondre (température de fusion : 327 °C)
Principal minerai : la galène (PbS)

Alliages contenant du plomb
Régule (appelé babbitt dans les pays Anglo-saxons) : mélange d'étain (ou de plomb) avec de l'antimoine utilisé pour la fabrication d'objets décoratifs comme des statuettes (notamment pendant la première guerre mondiale où le cuivre était réservé à la fabrication des munitions) et dans certaines machines industrielles pour réduire le frottement entre des parties mobiles.

Zinc (Zn)

Le zinc est un métal blanc bleuâtre, peu tenace, résistant à la corrosion. Il est utilisé pur ou en alliage
Minerai principal: la blende (ZnS).
Point de fusion : 420°C

Alliages contenant du zinc
Laiton : mélange de cuivre et de zinc appelé aussi cuivre jaune.
Maillechort : mélange de cuivre, de zinc et de nickel qui imite l’argent.
Zamac : mélange de zinc, d'aluminium, de magnésium et parfois de cuivre, utilisé en construction mécanique et dans l'industrie du jouet car il est facile à travailler et très résistant.

 

Autres métaux

	Antimoine (Sb) Métal friable qui augmente la dureté des métaux auxquels on l’associe. Minerai principal : la stibine. Point de fusion : 630°C Régule (appelé babbitt dans les pays Anglo-saxons) : mélange d'étain (ou de plomb) avec de l'antimoine utilisé pour la fabrication d'objets décoratifs comme des statuettes (notamment pendant la première guerre mondiale où le cuivre était réservé à la fabrication des munitions) et dans certaines machines industrielles pour réduire le frottement entre des parties mobiles.
	Baryum (Ba) : Métal mou et lourd. Minerai principal : la baryte. Point de fusion : 725°C
	Béryllium (Be) Métal dur et léger, utilisé dans l’aéronautique. Point de fusion : 1278°C
	Bismuth (Bi) Métal très cassant, souvent ajouté dans des alliages pour abaisser leur température de fusion. Point de fusion : 271°C
	Bore (B) Le bore est un métalloïde qui n'existe pas pur dans la nature, mais toujours sous forme de composés. Le bore pur est généralement préparé sous forme de poudre mais si on le cristallise c'est un cristal noir brillant, dur et cassant (sous cette forme, rare, c'est le deuxième matériau le plus dur après le diamant). On le mélange aux aciers pour améliorer leurs propriétés à haute température. Minerais principaux : borax et tincal (dans les mines des États-Unis), colémanite (Turquie). Point de fusion : 4000°C
	Cadmium (Cd) Métal ductile et malléable, utilisé pour la protection des métaux et dans les batteries rechargeables. Point de fusion : 320°C
	Calcium (Ca) Métal mou peu utilisé sous forme métallique. Point de fusion : 840°C
	Césium (Cs) Métal mou utilisé dans les horloges atomiques. Point de fusion : 28,4°C
	Cobalt (Co) Métal blanc rougeâtre, dur et magnétique. Il est souvent extrait des minerais de cuivre et de nickel, comme la carrolite (CuS.Co2S3) mais on le trouve aussi dans la smaltite (CoAs2), la cobaltite (CoAsS) et de nombreux autres minerais contenant de l'arsenic (qui est toxique pour les êtres vivants : cela pose un vrai problème sanitaire pour la santé des mineurs chargés de l'extraire...) Point de fusion : 1495°C
	Gallium (Ga) Métal tendre ressemblant à l’aluminium. Point de fusion : 29.8°C
	Germanium (Ge) Métal utilisé dans l'industrie électronique pour la fabrication des transistors. Point de fusion : 937°C
	Hafnium (Hf) : Métal rare ressemblant au titane, utilisé dans les réacteurs nucléaires. Point de fusion : 5200°C
	Indium (In) Métal mou et ductile, ressemblant au zinc. Point de fusion : 156°C
	Iridium (Ir) Métal lourd blanc argenté, assez semblable au platine. Il est dur, dense, cassant et très résistant à la corrosion. Il est ajouté au platine pour former des alliages qui se déforment peu avec la chaleur. Ses alliages avec le platine et le palladium sont d'une très durs. Point de fusion : 2446 °C Platine iridié : alliage de platine et d'iridium très dur et qui ne se dilate pas avec la chaleur, ce qui en a fait l'alliage idéal pour la fabrication du mètre-étalon (référence de la mesure de 1 mètre) ou de creusets pour les fonderies
	Lithium (Li) Le plus léger des métaux, utilisé dans les batteries rechargeables des vélos et voitures électriques, ce qui pose d'ailleurs un problème environnemental car son extraction est difficile et polluante ( Batterie lithium-ion : un poids-plume aux lourds impacts) Point de fusion : 180,5°C
	Magnésium (Mg) Métal leger, ductile et malléable, qui brûle à l’air avec une flamme éblouissante, utilisé pour les (anciens) flashes en photographie et dans les alliages destinés à l’aviation. Point de fusion : 650°C
	Manganèse (Mn) Métal dur et cassant utilisé pour durcir certains aciers. Point de fusion : 1245°C Or blanc : mélange d'or avec un autre métal - généralement du nickel, du manganèse ou du palladium - dont on fait des bijoux.
	Molybdène (Mo) Métal dur utilisé comme additif dans certains aciers. Point de fusion : 2625°C
	Niobium (Nb) Métal utilisé dans les moteurs à réaction et les fusées. Il est aussi aussi présent dans des alliages intermétalliques (voir ci-dessous) supraconducteurs pour générer des champs magnétiques intenses. Point de fusion : 2410°C
	Osmium (Os) Métal dur. Le plus lourd des métaux. Point de fusion : 2700°C
	Platine (Pt) Métal précieux utilisé en orfèvrerie et comme catalyseur dans l’industrie chimique. Point de fusion : 1769°C Platine iridié : alliage de platine et d'iridium très dur et qui ne se dilate pas avec la chaleur, ce qui en a fait l'alliage idéal pour la fabrication du mètre-étalon (référence de la mesure de 1 mètre) ou de creusets pour les fonderies
	Potassium (K) Métal mou et très oxydable. Point de fusion : 63.2°C
	Radium (Ra) Métal radioactif de la famille de l’uranium. Point de fusion : 700°C Le radium a été très utilisé pour recouvrir des objets et les rendre visibles dans le noir par phosphorescence (comme les aiguilles des réveils dans les années 60). On a évidemment abandonné cette idée en apprenant le danger de la radio-activité !
	Rhénium (Re) Métal rare, parmi les plus lourds et les plus réfractaires. Point de fusion : 3170°C
	Rubidium (Rb) Métal mou ressemblant au potassium. Ce n'est pas un métal utilisé pur pour en faire des objets solides sa température de fusion est trop basse. Point de fusion : 39°C
	Ruthenium (Ru) Métal dur et cassant à température ambiante Le ruthénium a l'intéressante propriété d'augmenter la dureté des alliages de platine (Pt) et de palladium (Pd). Les alliages du ruthénium avec le platine et le palladium peuvent servir en bijouterie, comme pointe de stylo, comme pièce de résistance mécanique ou dans les contacts électriques des relais et contacteurs électriques. Point de fusion : 2 330 °C
	Sodium (Na) Métal très mou qui se ternit à l’air et réagit violemment avec l’eau, avec formation de soude et dégagement d’hydrogène. Point de fusion : 97.5°C
	Strontium (Sr) Métal mou comme le plomb. Point de fusion : 769°C
	Tantale (Ta) Métal très réfractaire. Point de fusion : 2850°C
	Thallium (Tl) : Métal très malléable et plus mou que le plomb. Les alliages thallium-plomb ont un point de fusion élevé. Point de fusion : 1800°C
	Titane (Ti) Métal léger, dur, résistant à la corrosion, utilisé en aéronautique. Point de fusion : 1660°C
	Tungstène (W) Métal gris noir très dur dont la température de fusion est la plus élevée (3 482 °C), utilisé pour les filaments des lampes. Les aciers au tungstène servent à la fabrication d’outils de coupe. Point de fusion : 3410°C
	Uranium (U) Métal radioactif que l'on enrichit en atomes radioactifs pour servir de combustible dans les centrales nucléaires Point de fusion : 1132°C
	Vanadium (Va) Métal blanc, rare, utilisé pour augmenter l’élasticité et la dureté des aciers. Point de fusion : 1930°C
	Zirconium (Zr) Métal qui se rapproche du titane, utilisé dans certains alliages inoxydables. Point de fusion : 1852°C

 

Autres alliages : les intermétalliques

Ces alliages sont fabriqués plus finement que les alliages précédents : leur composition respecte une proportion précise entre les différents types d'atomes et ils sont fabriqués en cristaux ordonnés (chaque type d'atome a une place bien précise dans la structure de l'alliage). Ils sont devenus innombrables car ces mélanges très spécifiques - qui peuvent compter 2, 3, 4,... métaux différents - ont de nombreuses applications.
On les nomme généralement d'après leur formule chimique.
En voici quelques exemples.

Les intermétalliques comme le niobium-étain (Nb₃Sn) et le niobium-titane deviennent supraconducteurs lorsqu'ils sont refroidis à -270°C (4 K) et permettent de générer un important champ magnétique.

Le lanthane-nickel (LaNi₅) est étudié pour le stockage de l'hydrogène dans les batteries afin de développer, entre autres, le véhicule à hydrogène.

Les matériaux intermétalliques comme le nickel-titane (NiTi appelé aussi nitinol) et le cuivre-zinc (CuZn) sont des alliages à mémoire de forme (AMF).
Ils ont la particularité de retrouver leur état initial après avoir subi une déformation ou de ne pouvoir varier qu'entre deux formes mémorisées lorsque la température varie.
Ils ont donc de nombreuses applications en tant que capteur de température, d'actionneurs en robotique, d'agrafes pour les fractures osseuses ou de stents (prothèse que l'on glisse dans les vaisseaux sanguins qui ont tendance à se rétrécir) .

.Le Ni₃Al a une très haute résistance mécanique à haute température, ce qui le rend idéal pour constituer une couche de revêtement dans les turbines à gaz et les moteurs à réaction.

Les intermétalliques à base de cobalt permettent de les aimanter durablement pour en faire des aimants (ceux des portes de réfrigérateur sont en Alnico, un alliage ordonné d'aluminium, de nickel et de cobalt) ou des matériaux d'enregistrement (les disques durs d'ordinateur enregistrent leurs données sur une surface de CoPtCr).

Certains intermétalliques à base de terres rares permettent de fabriquer des aimants très puissants comme le samarium-fer (Sm₂Fe₁₇), gadolinium-fer (Gd₂Fe₁₇), samarium-cobalt (SmCo₅), néodyme-fer-bore (Nd₂Fe₁₄B),...
D'autres intermétalliques à base de terres rares permettent de fabriquer des lasers émettant des fréquences particulières (comme les lasers YAG - grenat d'yttrium et aluminium - dopés aux lanthanides Nd, Ho, Er, Tm ou Yb,...).
L'alliage électroacoustique Terfenol-D (Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.9.) est utilisé dans les sonars.