Le vanadium (Z = 23)

Troisième métal de transition, le vanadium est un métal relativement rare, sa teneur dans la croûte terrestre n'étant que de 0,016 %. Il possède 26 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons. connus, mais seul l'un d'entre eux, le vanadium 51 (⁵¹V), est stable, raison pour laquelle il représente 99,75 % de tout le vanadium existant, les 0,25 % restant étant constitués de vanadium 50 (⁵¹V), très faiblement radioactif, avec une périodeLa période ou demi-vie d'un isotope radio-actif correspond à la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux de cet isotope se sont désintégrés. de 1,5 x 10¹⁷ ans (soit dix millions de fois l'âge de l'univers !).

Origine du vanadium

Du vanadium est produit lors de l'explosion d'étoiles massives arrivées au terme de leur existence (supernovae de type II), ainsi que (et même principalement) lors de l'explosion de naines blanches (supernovae de type Ia) dont la masse, augmentant progressivement en raison d'un apport de matière provenant d'un compagnon, finit par atteindre la limite dite de Chandrasekhar (1,4 masses solaires).

Un peu d'histoire

Tels Monsieur Jourdain faisant de la prose sans le savoir, les forgerons faisaient usage du vanadium depuis le Moyen-Âge, et cela sans le savoir. On trouve en effet de faibles quantités de ce métal dans certains aciers, notamment ceux employés pour confectionner les lames dites de Damas, célèbres pour leur solidité et les fameux mofifs dont elles sont ornées, impossibles à obtenir sans la présence de vanadium (à l'état de traces).

La découverte du vanadium ne s'est pas faite en un jour. En 1801, le minéralogiste espagnol Andres Manuel del Rio (1764-1849) découvre la vanadinite (qu'il appelle "sable brun"), de laquelle il extrait l'oxyde d'un métal inconnu. Il pense toutefois (à tort) que le métal en question n'est autre que le chrome. Trente ans plus tard (en 1831), le chimiste suédois Nils Gabriel Sefström (1787-1845) (re)découvre le vanadium en analysant un minerai de fer provenant de Taberg (c'est en Suède). Il le nomme ainsi en référence à Vanadis, déesse scandinave de la beauté et de la fertilité (plus connue sous le nom de Freyja), le vanadium étant à l'origine de nombreux composés chimiques colorés. Il faut cependant attendre l'année 1867 pour que le chimiste britanique Henry Enfield Roscoe (1833-1915) parvienne enfin à obtenir du vanadium métallique relativement pur, les précédents échantillons étant généralement contaminés par d'autres éléments (en particulier l'oxygène et l'azote).

Propriétés du vanadium

Métal brillant (blanc argenté) !, dur et ductile (il peut facilement être étiré sans se rompre), le vanadium offre également l'avantage de présenter une bonne résistance à la corrosion, puisqu'il n'est attaqué ni par l'acide chlorhydrique, ni par l'acide sulfurique. Doté d'une masse volumique d'environ 6 g/cm³, sa température de fusion est de 1910°C. Sous atmosphère d'oxygène, entre 560 et 640°C, le vanadium se recouvre d'une couche compacte et imperméable constituée d'un mélange d'oxydes. Il possède en effet de nombreux états d'oxydation, ce qui se traduit, en solution, par un large éventail de couleurs.

Le vanadium est depuis peu considéré comme un oligo-élément indispensable au bon fonctionnement de notre organisme, bien que son mode d'action soit encore mal compris. Il interviendrait notamment dans nombre de réactions enzymatiques, et permettrait de limiter les risques de diabète de type 2. Malheureusement, le vanadium voit sa toxicité augmenter au fur et à mesure qu'il s'accumule dans l'organisme, ce qui rend son usage médicamenteux problématique, pour ne pas dire rédhibitoire, dès lors qu'il s'agit traitements à long terme.

Production industrielle du vanadium

Le vanadium est un sous-produit du traitement de certains minerais, en particulier des titanomagnétites, espèces minérales riches en fer et en titane pouvant contenir jusquà 3 % d'oxyde de vanadium (V₂O₅). Selon que le minerai exploité est plus ou moins riche en vanadium, les techniques d'extraction ne sont pas les mêmes, c'est pourquoi nous n'entrerons pas dans les détails (pour être honnête j'ai un peu la flemme de me plonger là-dedans).
En 2019, 73 000 tonnes de vanadium ont été produites au niveau mondial, la Chine occupant la pole position, suivie par la Russie, l'Afrique du Sud et le Brésil.

Quelques exemples d'utilisation du vanadium

- Près de 80 % de la production de vanadium sert à fabriquer du ferro-vanadium, qui est ensuite combiné aux aciers afin d'améliorer leurs performances.

- Les aciers au vanadium, très durs (moins durs toutefois que le carbure de tungstène), sont utilisés pour fabriquer des mèches de perceuses, des pièces de machines-outils, divers types de clés, des pinces, des instruments chirurgicaux...

- Les moteurs de jets (avions) ainsi que certaines prothèses orthopédiques et implants dentaires font usage d'alliages à base d'aluminium, de titane et de vanadium.

- La synthèse industrielle de l'acide sulfurique se fait majoritairement par "procédé de contact", qui fait appel à un catalyseur contenant de l'oxyde de vanadium (V₂O₅).

- Le vanadium est utilisé dans certaines batteries, notamment les batteries stationnaires destinées à pallier les intermittences inhérentes aux sources d'énergie telles que le photovoltaïque et l'éolien.

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