Titane (Ti)

A quoi ressemble le titane ?

Le titane est un métal léger (densité 4.51) et dur qui ressemble à l’aluminium, et comme lui, il est recouvert d’une couche d’oxyde étanche, imperméable et très adhérente. Cette couche protectrice se reforme au contact de l’air en cas de rayure. Son aspect blanc, brillant et inaltérable est apprécié pour la fabrication de bagues et bijoux. 

L’isolation de ce métal, un procédé compliqué…

Le titane est l’un des éléments les plus abondants de la croûte terrestre, mais aussi l’un de ceux qu’on a eu le plus de peine à isoler. Pratiquement toutes les roches contiennent environ 1% de son oxyde TiO₂. Le principal minerai de TiO₂, est une pierre semi-précieuse dite rutile, à cause de sa couleur rouge mais très rare sur Terre. Pour cela, on extrait le titane d’un minéral plus courant, l’ilménite FeTiO₃ en chauffant un mélange de TiO₂ (ou de FeTiO₃) et de charbon dans un courant de chlore Cl₂. Cette réaction produit TiCl₄ qui est un liquide bouillant à 136°C. Ce chlorure réagit très facilement avec l’eau et l’air humide en formant un brouillard opaque de TiO₂ et d’acide chlorhydrique (HCl), capable de dissimuler tout un régiment de chars en déplacement dans la campagne. On transforme ensuite TiCl₄ en titane métallique par réaction avec du magnésium métallique fondu. Mais il faut travailler sous vide, ou dans une atmosphère d’argon, pour éviter le contact de l’air humide qui reformerait TiO₂. Ce procédé est loin d’être facile !

Pétrole, médecine, bijoux, peinture : les multiples applications du titane

Comme le titane résiste bien aux gaz corrosifs (H₂S, Cl₂, CO₂), on en fait des réacteurs pour les raffineries de pétrole et des anodes pour la préparation du chlore Cl₂ par électrolyse d’eau salée.

Le titane résiste bien à la corrosion et au feu et comme il ne fond qu’à 1668°C, on en fait des réacteurs d’avion et des aubes de turbine. Techniquement il n’a qu’un seul ennui : il est difficile à souder et coûteux à produire.

Il est aussi biocompatible (il est possible de l’utiliser chez un organisme vivant) donc on l’utilise en médecine pour former des prothèses et des implants osseux. Ainsi, même s’il résiste mal à l’usure au niveau des articulations de hanches, les débris de titane sont bien tolérés par l’organisme.

L’oxyde de titane TiO₂ est une poudre blanche quasiment inattaquable par les acides et les bases. Il constitue donc un pigment de choix pour les peintures et vernis parfaitement blancs. Incorporé au papier, il lui donne un aspect blanc brillant apprécié pour les documents de luxe. L’industrie des pigments blancs consomme 80% de la production mondiale de TiO₂.

Appliqué en couche mince sur des plaques de verre, l’oxyde de titane possède des propriétés de photocatalyse (technique d’oxydation fondée sur l’absorption de lumière, solaire ou ultraviolette). En effet, soumis aux ultra-violets, l’oxyde de titane est capable de briser la liaison O-H de la molécule d’eau. Les radicaux formés (H· et OH·) sont très réactifs et sont capables de détruire la plupart des molécules organiques, comme les colorants, les pesticides, les virus et les bactéries qui s’y seraient déposés. On utilise cette propriété pour former des vitres auto-nettoyantes. Le verre recouvert de TiO₂ éclairé aux UV permet de détruire les impuretés présentes dans les eaux usées.