Le manganèse (Z = 25)

Métal de transition, le manganèse est "relativement" abondant dans la croûte terrestre, sa teneur moyenne étant de l'ordre de 0,1% (pourcentage massique). Il possède 26 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons., mais un seul d'entre eux est stable, le manganèse 55 (⁵⁵Mn).

Origine du manganèse

On pense que près de 80% du manganèse est produit lors de l'explosion de naines blanches (supernovae de type Ia) dont la masse a dépassé la limite de Chandrasekhar (1,4 masses solaires), les 20% restants étant synthétisés lors de l'explosion d'étoiles massives arrivées au terme de leur existence (supernovae de type II).

Un peu d'histoire

Le manganèse tire son nom du latin "magnesia nigra" servant à désigner la magnésie noire (dioxyde de manganèse), par opposition à la magnésie blanche qui correspond au carbonate de magnésium (ou à l'oxyde de magnésium), ce qui entraîne parfois une confusion entre ces deux éléments chimique.

En 1774, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele suggère que la magnésie noire contient un nouvel élément chimique, que son collègue Johan Gottlieb Gahn parviendra à isoler cette même année.

C'est un chimiste français, Louis-Bernard Guyton-Morveau, qui nommera en 1875 cet élément "manganèse", 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.

Propriétés du manganèse

Le manganèse pur est un métal présentant un aspect grisâtre très cassant, ayant une densité de 7,44 (pour sa forme cristalline la plus répendue) et une température de fusion de 1246°C. A température ambiante, il réagit très lentement avec l'oxygène de l'air, mais lorsqu'il est réduit à l'état de poudre très fine, il s'enflammme spontanément. Il est d'autre part facilement attaqué par les acides, même lorsque ces derniers sont dilués.

Hormis l'état métallique, le manganèse connait plusieurs états d'oxydation différents (dont cinq d'entre eux sont très communs), donnant naissance à de nombreux composés chimiques présentant une vaste palette de couleurs : rose (chlorure de manganèse II), rougeâtre (trifluorure de manganèse), gris-noir (dioxyde de manganèse), bleu (ions manganite), vert (ions manganate), violet (ions permanganate)...

Notre corps contient un peu de manganèse (entre 10 et 20 mg), ce dernier étant majoritairement stocké dans les os. Outre sa participation à la formation des tissus conjonctifs (qui servent de soutien aux autres tissus du corps), le manganèse protège nos cellules contre le stress oxydatif en les prévenant des dommages causés par les radicaux libres, et cela grâce une enzyme, la superoxyde dismutase.

Production industrielle du manganèse

Le manganèse, généralement associé à des minerais de fer, n'existe pas à l'état natif. On le trouve dans de nombreux minéraux, comme la pyrolusite, le psilomélane, la rhodochrosite... mais cela ne vous dit sans doute pas grand chose, et à moi pas davantage, donc passons.
En 2022, la production mondiale de manganèse "contenu" (c'est-à-dire non extrait du minerai, ce dernier étant souvent employé tel quel) s'élevait à environ 22 millions de tonnes, les principaux producteurs de minerais à forte teneur (supérieure à 35%) étant l'Afrique du Sud et le Gabon (mine de Moanda. C'est d'ailleurs en Afrique du Sud que se trouve le plus gros gisement de manganèse de la planète, situé dans le désert du Kalahari. Quand au maganèse pur (métal), il est essentiellement produit par la Chine, qui assure à elle seule près de 90% de la production mondiale (soit environ 600 000 tonnes par an).
Et les fameux nodules polymétalliques dans tout ça ? Objets d'une véritable folie au milieu des années 1970, ils attendent toujours, tapis au fond des oceans. Contenant jusqu'à 30% de manganèse, ils représentent (en principe) une source inépuisable de richesses, et suscitent alors beaucoup d'engouement. Le milliardaire excentrique Howard Hughes affrétera même un navire de forage, le USNS Glomar Explorer, dédié exclusivement à leur recherche. En réalité, il s'agit d'une manipulation orchestrée par la CIA, dont le véritable objectif consiste à récupérer dans le plus grand secret l'épave d'un sous-marin soviétique, le K-129, qui avait coulé dans le Pacifique en 1968. Quant aux nodules de manganèse, bien qu'ils constituent une réserve de plus de 2 milliards de tonnes selon les estimations, leur exploitation n'est guère rentable au vu des difficultés rencontrées : fonds sous-marin présentant un relief accidenté, météo capricieuse (les gidements se trouvent souvent dans des zones cycloniques), corrosion du matériel par l'eau de mer... Sans parler de l'impact sur la faune et la flore locales.

Quelques exemples d'utilisation du manganèse

Le manganèse est, après le fer, l'aluminium et le cuivre, le quatrième métal le plus utilisé au monde. A elle seule, l'industrie de l'acier consomme près de 90% de la production mondiale de ce métal, qui est aussi utilisé pour former des alliages non ferreux, notamment avec l'aluminium et le cuivre. Le manganèse connaît également bien d'autres usages, mais à une échelle beaucoup plus modeste.

- L'ajout de manganèse dans l'acier améliore les propriétés mécaniques de ce dernier : plus grande dûreté, meilleure résistance à la traction, aux chocs, ainsi qu'à la corrosion. Pour cette raison, ces alliages sont employés dans la construction de voies ferrées (rails et aiguillages), de barreaux de prison (qui sont alors trop durs pour être limés), de coffres forts, de coques de bateaux, de tubes d'oléoducs... ainsi que dans le secteur automobile, leur résistance élevée permettant d'alléger les véhicules.

- Le manganèse est utilisé dans les aciéries lors de l'affinage de la fonte. Il permet, en complément du silicium, de désoxyder cette dernière et surtout de la désulfurer, ce qui la rend beaucoup moins cassante.

- Il augmente la rigidité de l'aluminium, notamment dans les boites métalliques (canettes) pour boissons.

- Les alliages bronze-manganése présentent une grande solidité ainsi qu'une excellente résistance à la corrosion, idéal pour les hélices et gouvernails de bateaux qui doivent résister à l'eau de mer.

- Mélangé à du graphite, le dioxyde de manganèse (MnO₂) constitue la cathode (borne positive) des piles salines ou alcalines, ainsi que des piles ou batteries lithium-manganèse.

- Le dioxyde de manganèse est utilisé comme pigment dans l'industrie verrière, avec une palette de couleurs allant du violet au noir selon sa concentration. Il est à noter que son emploi ne date pas d'hier puisque les pigments noirs étaient largement utilisés dans l'art pariétal (peintures rupestres) qui, outre le charbon de bois et l'os calciné, faisait parfois usage d'oxyde de manganèse, comme ci-dessous dans le Grand taureau noir de Lascaux.

- En laboratoire, le dioxyde de manganèse permet d'obtenir du dioxygène en décomposant le chlorate de potassium (KClO₃) ou le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂).

- Le permanganate de potassium est un composé ionique de formule KMnO₄, très soluble dans l'eau. Intervenant comme oxydant dans nombre de réactions chimiques, il en est également utilisé dans le domaine de la santé comme antiseptique (en solution, à 0,5 g/L), ainsi que dans le traitement de l'eau (il permet d'oxyder le fer et le manganèse contenus dans les eaux souterraines).

Astronomie pour les myopes - Mentions légales