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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Tous les éléments présentés

Tungstène

Le tungstène est un métal de transition gris-acier blanc, très dur, lourd (presque deux fois plus dense que le plomb) et réfractaire (point de fusion à 3 422 °C). Il est assez bon conducteur de chaleur et d’électricité. Il se forme une couche d’oxyde protectrice à sa surface lorsqu’il est exposé à l’air.
On trouve du tungstène dans des minerais comme la wolframite qui est un tungstate de fer et de manganèse (FeWO4/MnWO4) et la scheelite qui est un tungstate de calcium (CaWO4).

Barres de tungstène avec des cristaux évaporés, partiellement oxydés.
D’une pureté de 99,98 % en comparaison avec un cube de 1 cm3 de tungstène pur (99,999 %). - Crédit photo : Wikipédia / Alchemist-hp (www.pse-mendelejew.de) — Travail personnel / FAL

Étymologie  : Chez nos voisins allemands, Wolfram, n’est pas un prénom, mais désigne un métal très dur, d’où son symbole chimique : W. Son nom en français provient du suédois « tun » pour « lourd » et « sten » pour « pierre », signifiant donc « pierre lourde ».

Origine : Le tungstène est un élément produit à 44% par capture de neutrons rapides, comme par exemple lors de la fusion d’étoiles à neutrons, où les neutrons rapides dans les coeurs très denses des étoiles sont capturés et grossissent les noyaux des éléments du pic du fer. Il est aussi synthétisé à 56% par capture lente de neutrons dans les étoiles de masse intermédiaire en fin de vie (branche asymptotique des géantes).

Historique  : En 1778, Peter Woulfe, un minéralogiste irlandais, examine un minerai de wolframite et conclut qu’il pouvait contenir un nouvel élément. En 1781, Carl Wilhelm Scheele, chimiste suédois-allemand, prépare l’acide tungstique : il suggère qu’il devait être possible d’obtenir un nouveau métal en réduisant cet acide. Ce qui est fait en 1783 : les frères José and Fausto Elhuyar, chimistes espagnols, redécouvrent l’acide tungstique et obtiennent le tungstène par réduction par le charbon. C’est à eux que l’on attribue la découverte du métal.

Le tungstène dans la vie courante :
L’application la plus connue est liée à la grande dureté des alliages de tungstène pour la fabrication des pièces d’usure et d’outils à grande vitesse. Une grande consommation correspond à la production de carbure de tungstène (WC) que l’on trouve dans tous les outils de coupe, les pastilles en « carbure » pour le tournage, le fraisage, les forets des perceuses, etc. Près de 40 % de la production de tungstène sont consommés pour ces applications mécaniques.

Fraises en carbure de tungstène WC - Crédit photo : Wikipédia / Splarka sur Wikipédia anglais – domaine public

Une utilisation du tungstène qui a eu son heure de gloire est celle des filaments des ampoules électriques. La saga de l’éclairage électrique débute en 1860 au Royaume-Uni avec Sir Joseph Swan et prend son essor avec Thomas Edison qui en 1879 réussit après des centaines d’essais à illuminer son labo durant 48h avec un filament incandescent de coton carbonisé sous vide. C’est après 1885 que se développent industriellement les ampoules électriques à filament de carbone puis à filament de tungstène après 1909. En effet, on peut atteindre la température de 2 400 °C sur ce filament qui reste solide et rigide sans trop s’évaporer.
Pour déplacer le rayonnement vers la lumière blanche il faut encore monter la température, et pour éviter l’évaporation du tungstène et le noircissement de l’ampoule, on ajoute dans l’ampoule un gaz inerte : le krypton ou l’argon. Pour élever encore la température, on y ajoute un halogène comme l’iode qui réagit avec les atomes de tungstène vaporisés pour donner WI qui se dissocie sur le filament chaud et régénère le métal. On peut alors atteindre 2 800 °C, mais le verre de l’ampoule doit être changé pour du quartz. Ces ampoules à filament incandescent ont un rendement lumineux peu extraordinaire. Elles sont remplacées maintenant par les lampes à décharges notamment les fluo compactes dites à basse consommation qui ont un meilleur rendement et une durée de vie plus longue. (www.societechimiquedefrance.fr/tungstene.html)

Lampe à incandescence avec filament de W - Crédit photo : Wikipédia / KMJ, alpha masking by Edokter / Wikimedia Commons

Utilisation du tungstène à l’Institut UTINAM :
L’utilisation du tungstène à l’Institut UTINAM va se trouver sous sa forme de trioxyde de tungstène : WO3
Les particules de WO3 ont la possibilité de se colorer en bleu sous l’action d’un champ électrique de faible tension (± 1V). Ces particules peuvent donc être utilisées sous la forme d’un dépôt sur du verre ou sur un film plastique permettant de teinter la surface et donc de diminuer la luminosité d’un environnement.

Hublot d’un Boeing 787-8 - Crédit photo : Wikipédia / Spaceaero2 - Travail personnel - CC BY-SA 3.0

A l’Institut UTINAM, les particules de WO3 sont déposées par électrophorèse (EPD). Cette technique consiste à imposer une tension dans une solution contenant WO3 pour faire migrer ces particules sur le substrat. Les caractérisations par Microscopie Électronique à Balayage (MEB) permettent de déterminer la taille de ces particules.

Image MEB des particules d’oxyde de tungstène déposées sur un film plastique - Crédit photo : Institut UTINAM