Cuivre

Introduction

Le cuivre, symbole Cu et numéro atomique 29, est un métal de transition à la couleur rougeâtre à l’état pur. Le cuivre est l’un des métaux les plus utilisés et se trouve dans le tableau périodique avec les métaux précieux argent et or.

Le cuivre était déjà connu à l’époque préhistorique ; ce fut probablement le premier métal employé pour fabriquer des ustensiles de la vie courante non seulement à partir du métal pur mais aussi en bronze, un alliage de cuivre et d’étain.

Beaucoup de civilisations de la préhistoire ont fabriqué des objets en cuivre ou en bronze. Parmi ces civilisations on trouve notamment des peuples d’Egypte, de Chine, d’Europe, de Crète et de Chypre (le mot « cuivre » provient entre autre du nom de cette île). Des objets préhistoriques en cuivre ou bronze ont également été trouvé en Amérique latine, en Amérique du sud, ainsi qu’en Afrique.
 

Propriétés et utilisations

Le cuivre est présent dans la nature non seulement sous forme de composés (par exemple dans des minerais sulfureux), mais aussi à l’état pur. Le métal pur fond à environ 1083 °C et entre en ébullition à environ 2567 °C. Sa densité est de 8,9 et sa masse atomique de 63,846 u.

Grâce à ses nombreuses propriétés utiles, le cuivre est employé depuis longtemps déjà dans de nombreux domaines. Certaines de ces propriétés sont la bonne conductibilité pour la chaleur et le courant électrique, la résistance à la corrosion ainsi que la ductilité du métal. De nos jours le cuivre est principalement utilisé pour les appareils et conducteurs électriques. Seul l’argent possède une conductibilité supérieure à celle du cuivre. Comme le cuivre est facilement transformable, il est possible de l’étirer en fils d’un diamètre d’à peine 0,025 millimètres. Sa résistance à la traction est d’environ 42000 newton par centimètre carré. Le fil de cuivre est nécessaire lors de la fabrication de lignes à haute tension, d’installations électriques dans le bâtiment, d’appareils électriques, ainsi que pour les bobines de moteurs électriques, de générateurs et d’électro-aimants.

À de nombreuses époques de l’Histoire, des pièces de monnaies, ainsi que des tonneaux, des ornements ou encore de la vaisselle ont été fabriqués en cuivre. Le fond des bateaux en bois a également été recouvert de cuivre afin d’éviter que le bois ne pourrisse. Il est facile de galvaniser des surfaces avec du cuivre, sur lequel d’autre métaux peuvent ensuite être déposés. De grandes quantités de cuivre sont notamment nécessaires à la fabrication de formes d’impressions galvanisées.

Les procédés d’obtention du cuivre dépendent de la forme que prend le minerai. Le cuivre pur est broyé, nettoyé puis coulé en lingots. Les oxydes et carbonates de cuivre son réduits à l’état de cuivre avec du carbone. Les minerais à cuivre les plus importants sont les sulfates. Les minéraux ne contiennent pas plus de 2 % de cuivre, parfois même seulement 1 %. Si la part de cuivre est aussi faible, le minerai doit d’abord être lavé puis enrichi par flottation. Après un traitement thermique le cuivre brut (également appelé cuivre noir) a un degré de pureté d’environ 98 %. Ce produit brut est ensuite raffiné par fonte. Le cuivre brut est d’abord réchauffé sous apport d’air avec des ajouts formant le laitier (oxydation) et ensuite traité avec du charbon ou de l’anthracite (réduction). Le produit intermédiaire résultant (aussi appelé cuivre cuit) est nettoyé par un procédé électrolytique et obtient ainsi un degré de pureté de plus de 99,9 %.

Le cuivre pur est relativement mou, mais peut être durci par certains procédés. Des alliages à base de cuivre sont plus durs et solides que le cuivre pur, mais ont également une résistance électrique plus élevé et sont donc moins aptes à l’utilisation à des fins électroniques. Les alliages sont en revanche presque aussi résistants à la corrosion que le métal pur et sont plus facilement transformables. Les deux alliages à base de cuivre les plus importants sont le laiton (avec du zinc) et le bronze (avec de l’étain), dont de grandes quantités sont fabriquées. Le cuivre est aussi allié à l’or, l’argent et au nickel. Le cuivre est ainsi un composant important d’alliages tels que le Monelmetall (alliage nickel-cuivre de Inco Ltd.), le bronze de fonte et le cuivre blanc.

Les composés chimiques du cuivre peuvent avoir le niveau d’oxydation 1 ou 2. Les composés cuivre (I) sont oxydés facilement – souvent même par la simple présence d’air ambiant. Les composés cuivre (II) qui en résultent sont stables. Les oxydes 4de cuivre (I) sont utilisés entre autre dans les peintures contre le pourrissement et pour désintoxiquer les gaz résiduels de voitures ou de haut-fourneaux. Le cyanure de cuivre (I) est employé dans les techniques de galvanisation. De grandes quantités de cuivre sont nécessaires à la fabrication de soie artificielle. Le cuivre est également un composant d’insecticides et de fongicides, mais est de plus en plus remplacé par des substances organiques synthétisées du à ça toxicité élevée.

Gisements

La liste des éléments les plus abondants de la croute terrestre situe le cuivre environ à la 25e place. On le trouve dans la nature assemblée à d’autres métaux (parmi eux l’or, l’argent, le bismuth et le plomb), mais aussi à l’état pur. Des blocs de cuivre pur d’une masse d’à peu près 400 tonnes ont déjà été découverts. Bien que les cordillères sud-américaines abritent les gisements les plus vastes, d’autres gisements importants ont été découvert au Canada et dans le centre de l’Afrique. Les minerais à cuivre les plus importants sont le gravier à cuivre (Chalcopyrite, CuFeS2) et la chalcosine (Cu2S). On trouve également la bornite (Cu3FeS3), moins important pour la fabrication de cuivre. Par ailleurs certains chlorures, carbonates et silicates sont utilisés pour obtenir le métal, tels que l’atacamite (Cu2(OH)3Cl). On peut également mentionner les carbonates de cuivre azurite (cuivre bleu, Cu3(OH)2(CO3)2) et la malachite verte (Cu2(OH)2(CO3)). D’autres minerais à cuivre sont la cuprite (Cu2O) ainsi que différents minerais composés d’autres métaux.
 



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