Molybdène

Molybdène

Caractéristiques du molybdène

Symbole : Mo
Masse atomique : 95,95 ± 0,02 u
Numéro CAS : 7439-98-7
Configuration électronique : [Kr] 4d⁵ 5s¹
Numéro atomique : 42
Groupe : 6
Bloc : d
Famille d’éléments : Métal de transition
Électronégativité : 2,16
Point de fusion : 2 623 °C

Le molybdène, élément atomique n°42 de symbole Mo : son histoire, ses propriétés, ses isotopes, ses utilisations et sa commercialisation.

Saviez-vous que les cordes de guitare contiennent du molybdène ? En effet, ce matériau améliore leur résistance à la corrosion et à l’usure. Cet élément chimique de numéro atomique 42 symbolisé Mo, a suscité l’intérêt des chercheurs grâce à ses propriétés physiques et chimiques uniques. Aujourd’hui, le molybdène est un élément essentiel de notre vie quotidienne. Il est utilisé dans de nombreuses industries telles que l’aérospatiale, l’automobile et l’énergie. Quelles sont les propriétés, les isotopes et les utilisations du molybdène ? Comment ces connaissances peuvent-elles être appliquées dans l’industrie, l’environnement et l’énergie ? Les détails seront abordés dans cet article.

L’histoire du molybdène

Avant le XVIII^e siècle, on en savait peu sur le molybdène et ses composés naturels étaient souvent confondus avec ceux d’autres éléments comme le carbone ou le plomb. En 1778, Carl Wilhelm Scheele a isolé l’oxyde de molybdène de la molybdénite. Cette découverte a permis de distinguer ce métal du graphite et du plomb. En 1782, en réduisant l’oxyde de molybdène par le carbone, Peter Jacob Hjelm a obtenu un métal impur.

Durant longtemps, le molybdène a été peu utilisé, mais son intérêt a été ravivé à la fin du XIX^e siècle. En effet, l’aciériste français Schneider a réalisé des alliages d’acier au molybdène, notamment pour la fabrication de blindages et de pièces mécaniques. Pendant la Première Guerre mondiale, une rumeur selon laquelle la Grosse Bertha, une pièce d’artillerie allemande, contient du molybdène comme composant essentiel de son acier a circulé. Bien que cette information se soit avérée fausse, elle a provoqué les études sur l’impact de ce métal sur les propriétés de l’acier.

Les propriétés remarquables du molybdène

Le molybdène présente des propriétés physiques remarquables qui en font un métal très apprécié. Ce métal de transition est dur et de couleur argent semblable à celle du graphite et de la galène. Connu pour sa grande résistance à la corrosion, ce matériau est très prisé dans les applications industrielles. Résistant à la chaleur et à l’usure, le molybdène entre dans la fabrication des lampes à incandescence et des tubes à vide. Grâce à ses nombreuses propriétés, le molybdène est devenu un élément important dans diverses industries. Les applications courantes du molybdène incluent son utilisation dans les alliages, les électrodes et les catalyseurs.

Les isotopes du molybdène

Le molybdène a 33 isotopes différents avec des nombres de masse compris entre 83 et 115. Six d’entre eux sont stables, ne changent pas avec le temps et représentent presque la totalité des molybdènes existants : ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo et ⁹⁸Mo. Le plus abondant est l’isotope ⁹⁶Mo qui représente le quart des molybdènes. Bien que les isotopes stables du molybdène soient théoriquement capables de fission spontanée, aucune observation dans ce sens n’a été faite à ce jour. Deux isotopes en particulier, ⁹²Mo et ⁹⁶Mo, sont suspectés d’être faiblement radioactifs. Ils pourraient subir une désintégration par double émission bêta β, respectivement, en ⁹²Zr et ⁹⁸Ru.

La masse atomique standard du molybdène est de 95,95 u, ce qui en fait un élément relativement lourd. Le molybdène possède également huit isomères nucléaires.

Les utilisations du molybdène

Le molybdène est largement utilisé dans divers domaines en raison de sa polyvalence.

Alliage

L’ajout du molybdène à l’acier améliore ses propriétés. Ce dernier devient plus résistant à la corrosion, à l’usure, à la chaleur et aux hautes températures, tout en devenant plus dur et plus tenace. En outre, le molybdène utilisé dans la production d’alliages représente plus des deux tiers de sa production. Les alliages avec le molybdène, comme l’hastelloy, ont une haute résistance et ne se corrodent pas à température élevée.

Matériau polyvalent, le molybdène entre dans la fabrication des semi-conducteurs de puissance en tant que support du silicium. De plus, il procure une bonne résistance et une durabilité dans certains d’alliages tels que le nickel chrome et le cobalt chrome, utilisés pour dans les couronnes et les bridges. Enfin, le molybdène est présent en petite quantité dans les fartages de skis et de snowboards.

Combustible nucléaire

L’addition de molybdène à l’uranium métal a révolutionné la fabrication du combustible nucléaire en améliorant ses propriétés mécaniques et chimiques. Cette technique a été utilisée dans la fabrication du combustible des premiers réacteurs nucléaires graphite gaz d’EDF dans les années soixante. Une faible quantité de molybdène (environ 1 %) suffit à durcir l’uranium et à lui conférer une résistance accrue à la corrosion, aux hautes températures et aux rayonnements.

Aérospatiale

Dans l’industrie aérospatiale, le molybdène est utilisé pour la production de pièces de moteurs d’avion et de missiles en raison de sa résistance à la chaleur et à la corrosion. De plus, le molybdène est un matériau de choix pour la production de filaments d’éclairage, car il a une très haute température de fusion et une faible dilatation thermique.

Industrie pétrolière

Dans l’industrie pétrolière, le molybdène est un catalyseur efficace pour éliminer les composés organiques soufrés du pétrole. Les réactions d’oxydation sélective avec le propane, le propylène ou l’acroléine en acide sont couramment effectuées avec des catalyseurs à base de molybdène et d’oxyde mixte. Les alliages d’acier inoxydable qui contiennent du molybdène sont souvent utilisés dans les applications marines et chimiques où la résistance à la corrosion est essentielle.

Traitement thermique

Dans l’industrie, on utilise le molybdène comme élément chauffant dans les fours sous vide ou ambiance gazeuse à haute température. Dans une pièce en titane ou en alliage de titane, c’est une alternative au graphite qui pollue par dépôts d’éléments graphites pendant les traitements thermiques. Cependant, en raison des changements rapides de température et de pression, le molybdène peut être fragile. Les grains grossissent et la pièce devient cassante.

Par ailleurs, l’utilisation du molybdène nécessiterait 25 % d’énergie supplémentaire pour obtenir la même température dans le four. De plus, il est plus coûteux à l’achat et à ce coût s’ajoute celui des pièces de rechange. Toutefois, il faut noter que l’utilisation de l’élément graphite n’est pas recommandée en cas de température trop élevée combinée à une pression trop basse. En effet, il faut éviter de dépasser la tension de vaporisation, car tout le graphite va s’accumuler dans la zone froide du four.

Autres utilisations

Le molbydène est également employé pour les revêtements, les miroirs spéciaux et les cellules solaires. Les pigments d’orange du molybdène sont présents dans les peintures, les encres, les plastiques et les caoutchoucs. À haute température, le disulfure de molybdène devient un excellent lubrifiant. En laboratoire, le molybdène se retrouve comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction sur un monocristal. En mammographie, pour mettre en avant le contraste des parties molles, les anodes des tubes à rayons X sont faites de molybdène en raison de son spectre de raies.

Les sources d’extraction du molybdène

Le molybdénite (MoS₂) constitue la plus importante source commerciale du molybdène, même si on peut trouver ce métal dans des minéraux tels que la wulfénite (PbMoO4) ou la powellite (CaMoO4). Dans les mines de cuivre, sa concentration varie de 0,01 à 0,5 %. Il est considéré comme un sous-produit même s’il peut être directement extrait de ces mines.

Les États-Unis représentent près de la moitié de la production minière mondiale du molybdène. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les Allemands importaient le molybdène du Portugal. Le molybdène est présent dans de nombreux composés, même dans certains d’origine extraterrestre, comme l’hexamolybdène. Ce composé a été découvert uniquement sur les météorites d’Allende et d’Erfoud (NWA 1934 CV3) et synthétisé en laboratoire.

La commercialisation du molybdène

En 2014, la France importait beaucoup de molybdène, avec un prix moyen de 9 600 € par tonne. Depuis, le coût moyen avait considérablement augmenté pour atteindre 16 000 $ par tonne en février 2018. Une fluctuation qui pourrait avoir des conséquences importantes sur les entreprises dépendantes du molybdène. Elles vont devoir diversifier leurs sources d’approvisionnement et à envisager d’autres alternatives viables.

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