Nos tutelles

CNRS

Nom tutelle 1

Nos partenaires

Nom tutelle 2 Nom tutelle 3

Rechercher





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

Zirconium

Le zirconium est un métal de transition appartenant à la même colonne que le titane et le hafnium. Le zirconium est un métal dur et argenté. Modérément réactif au contact de l’air, sa surface se couvre d’une couche dure de dioxyde de zirconium, ce qui le rend presque imperméable à l’attaque chimique.
Il est trois fois plus abondant que le cuivre dans la croûte terrestre, dont il compose 0,0165 % jusqu’à une profondeur de 16 km. Il est principalement présent dans un minerai appelé « zircon », silicate de zirconium de formule ZrSiO4, qui peut parfois se présenter sous la forme d’une pierre précieuse appelée « hyacinthe ». De plus, il n’est pas retrouvé à l’état natif puisqu’il est généralement associé au titane et à l’hafnium. Principal constituant des granites, on le trouve en grande concentration dans les sables granitiques.


Barres de zirconium à côté d’un cube de zirconium. - Crédits photo : Alchemist-hp, Wikimedia Commons, CC by-nc-nd 3.0

Étymologie  : Le zirconium dérive du mot « zircon ». En effet, le zircon est une pierre semi-précieuse composée essentiellement de silicate de zirconium, pouvant prendre des teintes jaunes, bleues, brunes, vertes, oranges ou rouges et parfois pourpres. Le nom « zircon » dériverait du persan « zargun » désignant la couleur de l’or.

Origine : Le zirconium est produit par capture de neutrons, en partie dans le coeur des étoiles massives et lors de l’explosion en supernova en fin de vie de ces étoiles, et pour une part lors de la fin de vie des étoiles de plus faible masse, quand elles deviennent instables (elles pulsent) et juste avant de former une nébuleuse planétaire, en éjectant leur enveloppe.

Historique  : Le zirconium est une pierre semi-précieuse mentionnée dès l’antiquité mais ce n’est qu’en 1789 que le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth découvrit qu’elle contenait un nouvel élément chimique. En analysant du zirconium, il obtint l’oxyde d’un élément encore inconnu qu’il baptisa zircone. Il s’agissait d’oxyde de zirconium, dont la formule est ZrO2. En 1808, le chimiste britannique Humphry Davy tente d’isoler par électrolyse ce nouvel élément. Il n’y parvient pas mais propose cependant de le baptiser zirconium. Ce n’est qu’en 1824 que le chimiste suédois Jons Jakob Berzelius parvient à obtenir du zirconium métallique.

Le zirconium dans la vie courante :
L’utilisation principale du zirconium est faite sous forme de zircon (silicate de zirconium) dans les carrelages. Le zirconium résiste bien à la chaleur, il est donc aussi utilisé dans la conception de revêtements réfractaires comme dans les moteurs à réaction. Sous sa forme de zirconite (oxyde de zirconium), il donne des matériaux presque aussi durs que le diamant. Il est donc employé pour fabriquer des faux diamants et pour protéger les lunettes des rayures.

L’oxyde de zirconium appelé zircone permet de fabriquer des imitations de diamant. - Crédits photo : wikipédia / Gregory Phillips CC BY-SA 3.0

Le zirconium à l’Institut UTINAM :
L’oxyde de zirconium ZrO2 est également utilisé dans la fabrication de céramiques. La première étape consiste à formuler une suspension stable, c’est-à-dire à introduire les particules de ZrO2 dans de l’eau à un pH donné et en présence d’additifs organiques afin que les particules restent en suspension et ne sédimentent pas au fond du récipient. Ensuite, cette suspension est introduite dans une tour de séchage où sont formées des granules de petites tailles, de la centaine de micromètres. L’observation au microscope électronique à balayage (MEB) a montré que selon les conditions physico-chimiques de préparation de la suspension des granules pleines (Figure a) ou creuses (Figures b et c) sont obtenues. Cette différence de morphologie a un impact sur les propriétés finales de la céramique.

Observation au MEB de granules obtenues après séchage par « spray-drying », enrobage et coupe transversale a) granule pleine b) et c) granules creuses. Collaboration UTBM. - Crédits photo : Institut UTINAM