Introduction
Découvert à la fin du XVIIIe siècle, le titane est le neuvième élément le plus abondant de la croûte terrestre et le quatrième métal le plus abondant après l'aluminium, le fer et le magnésium. Pourtant, il n'existe pratiquement pas à l'état natif et son extraction du minerai (principalement le rutile et l'ilménite) est complexe et coûteuse. Son nom est inspiré des Titans de la mythologie grecque, en raison de sa force et de sa robustesse. Sa combinaison de propriétés exceptionnelles – rapport résistance/poids inégalé, inertie chimique et biocompatibilité – lui a valu le surnom de 'métal du futur', un futur qui est largement devenu réalité.
Description
Le titane est un métal de transition de couleur gris argenté. Il possède une densité de 4,51 g/cm³, soit environ 60% de celle de l'acier, mais une résistance mécanique comparable, voire supérieure pour certains alliages. Il fond à une température très élevée de 1 668 °C. Sa caractéristique la plus notable est sa résistance exceptionnelle à la corrosion, due à la formation d'une couche d'oxyde de titane (TiO₂) passive, adhérente et auto-cicatrisante à sa surface. Cette couche le protège de la plupart des agents corrosifs, y compris l'eau de mer et les acides chlorhydrique et sulfurique dilués. Le titane pur est ductile et malléable, mais ses applications industrielles utilisent presque exclusivement des alliages, comme le Ti-6Al-4V (titane, 6% aluminium, 4% vanadium), qui optimisent ses propriétés mécaniques.
Histoire
Le titane a été découvert en 1791 par le révérend William Gregor, un pasteur et géologue amateur anglais, qui isola un oxyde inconnu à partir du sable noir (ilménite) de Cornouailles. Il nomma cette substance 'ménachanite'. Quelques années plus tard, en 1795, le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth redécouvrit l'élément dans le minerai de rutile et lui donna le nom de 'titane'. Le métal pur fut isolé pour la première fois en 1910 par Matthew A. Hunter, mais ce n'est qu'avec le procédé Kroll, mis au point en 1937 par William J. Kroll, que la production industrielle devint possible. Ce procédé, qui consiste à réduire le tétrachlorure de titane (TiCl₄) avec du magnésium, reste la méthode dominante aujourd'hui. Le développement massif du titane a été impulsé pendant la Guerre Froide par les programmes aéronautiques et spatiaux militaires.
Caracteristiques
Les caractéristiques clés du titane sont : 1) Rapport résistance/poids exceptionnel : il offre la résistance de l'acier pour presque la moitié du poids. 2) Résistance à la corrosion : inerte dans de nombreux milieux agressifs, il ne rouille pas. 3) Biocompatibilité : il est non toxique et n'est pas rejeté par le corps humain, permettant une ostéo-intégration (fusion avec l'os). 4) Faible conductivité thermique et électrique. 5) Point de fusion élevé. 6) Coefficient de dilatation thermique relativement bas. 7) Propriétés non magnétiques. Son principal défaut est son coût de production élevé, lié à la complexité de son extraction et de son usinage (il a tendance à se souder à l'outil de coupe).
Importance
L'importance du titane est immense dans les technologies modernes. Dans l'aérospatiale, il est indispensable pour les pièces structurelles des avions (réacteurs, trains d'atterrissage, éléments de fuselage) et des vaisseaux spatiaux, où chaque kilo économisé est crucial. En médecine, il révolutionne les implants orthopédiques (prothèses de hanche, de genou), les implants dentaires et les instruments chirurgicaux. L'industrie chimique l'utilise pour les échangeurs de chaleur et les cuves résistant à la corrosion. On le trouve aussi dans les équipements sportifs haut de gamme (cadres de vélo, clubs de golf), les bijoux, les montres, les coques de smartphones et d'ordinateurs portables, et même dans l'architecture (revêtement du musée Guggenheim de Bilbao). Son oxyde, le dioxyde de titane (TiO₂), est un pigment blanc non toxique omniprésent dans les peintures, les plastiques, les papiers, les cosmétiques (crèmes solaires pour ses propriétés d'écran UV) et les produits alimentaires (colorant E171).
