Le magnésium (Z = 12)

Deuxième élément du groupe des alcalino-terreux, le magnésium (Mg) occupe, en terme d'abondance, la septième place dans l'univers (0,005 % de tous les atomes), et la huitième place (en terme de masse) dans la croûte terrestre. L'eau des océans en contient également de grandes quantités (environ 1,3 g/L). Il possède 22 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons., mais seuls trois d'entre eux sont stables : le magnésium 24 (²⁴Mg), pour 79 %, le magnésium 25 (²⁵Mg), pour 10 %, et le le magnésium 26 (²⁶Mg), pour 11 %.

Origine du magnésium

Il se forme essentiellement dans le coeur d'étoiles massives arrivées au terme de leur existence. Lorsque les conditions permettent la fusion du carbone (aux alentours du milliard de kelvins), il se forme du sodium 23 (²³Na), du néon 20 (²⁰Ne), du magnésium 23 (²³Mg) et, dans une moindre mesure, du magnésium 24 (²⁴Mg). Le magnésium 23 n'étant pas stable (sa demi-vie est de 11,3 s), nous le laisserons de côté. Par contre, quand l'étoile entame la fusion du néon (20 et 22), il se forme du magnésium 24 (²⁴Mg) et du magnésium 25 (²⁵Mg), selon les réactions suivantes :

²⁰Ne + ⁴He ---> ²⁴Mg + rayons gammas

²²Ne + ⁴He ---> ²⁵Mg + n (neutron)

Un peu plus tard, lorsque la température atteint environ deux milliards de kelvins, la fusion de l'oxygène 16 (¹⁶O) produit à son tour du magnésium 24 :

¹⁶O + ¹⁶O ---> ²⁴Mg + ⁴He + ⁴He

Cette phase n'augure rien de bon, puisqu'une fois l'oxygène épuisé, la fusion du silicium prend la relève. Cette dernière étape ne dure pas plus d'une journée et sonne le glas de notre étoile, qui termine alors son existence en supernova, phénomène apocalyptique au cours duquel les éléments qu'elle a synthétisés tout au long de sa vie sont dispersés dans l'espace.

Un peu d'histoire

En 1618, un certain Henry Wicker constate que l'eau d'une mare située à proximité de la commune d'Epsom (près de Londres) avait une saveur particulièrement amère, et qu'elle donnait la diarrhée aux vaches qui en buvaient. Après en avoir fait évaporer un échantillon, il récupére un résidu solide dont il observe les effets sur sa propre personne, confirmant ainsi ses propriétés laxatives. Il venait de découvrir le sel d'Epsom (ou sulfate de magnésium), remède employé pendant près de trois siècles pour lutter contre la constipation.
Dans les années 1750, le physicien et chimiste écossais Joseph Black (1728-1799) fait la distinction entre le carbonate de calcium (calcaire) et le carbonate de magnésium (magnésie), suggérant ainsi l'existence d'un nouvel élément.

Ce nouvel élément sera finalement isolé par électrolyse en 1808, par le chimiste et physicien britanique Humphry Davy (1778-1829), qui lui donnera le nom de magnésium, en référence à la Magnésie, ancienne région grecque située à l'ouest de la Thessalie, connue pour ses gisements de talc (variété de silicate de magnésium) depuis l'Antiquité.

Production industrielle du magnésium

Nous l'avons déjà mentionné précédemment, le magnésium est très abondant dans la croûte terrestre, et on le trouve dans quantités de minéraux : magnésite, dolomite, apatite, olivine...

A partir de ces minéraux, ou de saumures riches en chlorures et carbonates de magnésium, on extrait le métal pur par électrolyse. Chaque année, ce sont plus de 700 000 tonnes de magnésium qui sont ainsi produites au niveau mondial, la Chine détenant depuis peu près de 80 % du marché.

Propriétés du magnésium

Le magnésium, métal d'aspect blanc-argenté !, présente de nombreux avantages : son prix est plutôt modique, il est léger (sa masse volumique est de 1,74 g/cm³), résistant, facile à usiner et, contrairement au béryllium, il n'est pas toxique. Trop réactif pour exister à l'état natif, on le trouve toujours combiné à d'autres éléments. En copeaux, il est très inflammable, la poudre de magnésium se montrant même explosive. Au contact de l'air, il réagit simultanément avec le dioxygène et le diazote, et se recouvre d'une couche protectrice imperméable.
Chez les plantes, le magnésium joue un rôle essentiel puisqu'il entre dans la composition de la chlorophylle. Il est également indispensable au bon fonctionnement de notre corps : il participe au transport du glucose, aide le calcium à se fixer sur les os, agit sur la croissance, permet la propagation de l'influx nerveux et la contraction des muscles, ainsi que la synthèse des protéines, renforce nos défenses immunitaires, favorise la concentration et la mémoire tout en diminuant le stress, et j'en passe...

Quelques exemples d'utilisation du magnésium

- Le magnésium est souvent utilisé pour former des alliages à la fois légers et résistants, en particulier avec l'aluminium, le zinc et le manganèse, alliages que l'on retrouve dans les carters de moteurs, les armatures de sièges (voitures, TGV...), les roues (et autres pièces) d'avions, les coques de bateaux, les boitiers d'ordinateurs portables ou d'appareils photos haut de gamme, les cadres de vélos...

- Le magnésium en poudre, très inflammable, brûle en donnant une lumière très intense, c'est pourquoi il a été utilisé dans les tout premiers flashs photographiques. Pour cette même raison, il est également employé dans les fusées de détresse maritimes.

- En raison de sa grande affinité pour l'oxygène, le magnésium intervient dans la fabrication de métaux comme le titane ou le zirconium (il les réduit, c'est-à-dire qu'il les débarrasse de l'oxygène excédentaire qu'ils contiennent).

- L'oxyde de magnésium (MgO), ou magnésie, ne fond qu'à partir de 2 800°C, ce qui lui vaut d'être parfois utilisé comme matériau réfractaire, pour fabriquer des briques de four, ou comme revêtement interne de creusets.

- En gymnastique et en escalade, le carbonate de magnésium (MgCO₃), qualifié à tort de magnésie (qui a pour formule MgO), permet de garder les mains sèches et d'améliorer leur adhérence.

- Le chlorure de magnésium est utilisé comme sel de déneigement. Relativement économique, ce dernier s'avère efficace jusqu'à des températures de -30°C.

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