Erbium

Erbium

Caractéristiques de l’erbium

Symbole : Er
Masse atomique : 167,259 ± 0,003 u
Numéro CAS : 7440-52-0
Configuration électronique : [Xe] 4f¹² 6s²
Numéro atomique : 68
Groupe : n. a
Bloc : Bloc f
Famille d’éléments : Lanthanide
Électronégativité : 1,24
Point de fusion : 1 529 °C

L’erbium, élément atomique n°68 de symbole Er : son histoire, ses isotopes, sa production et ses utilisations.

Métal de couleur gris argent, l’erbium porte le numéro atomique 68 dans le tableau périodique des éléments chimiques. Appartenant à la famille des terres rares, son symbole chimique est Er. À température ambiante, il est malléable et ductile à l’instar des autres lanthanides. En revanche, il ne s’oxyde que très peu à l’air sec.

Histoire

La découverte par Johan Gadolin

L’erbium tient son nom d’Ytterby, un village suédois situé à proximité de la capitale Stockholm. Plusieurs terres rares ont été identifiées dans le minerai découvert à cet endroit par le lieutenant Carl Axel Arrhenius en 1787. Ainsi, l’erbium partage la même étymologie que d’autres éléments chimiques comme l’yttrium, l’ytterbium et le terbium. Johan Gadolin a étudié un échantillon de cette nouvelle roche découverte deux ans auparavant. Elle a été baptisée « ytterbite » avant d’être renommée « gadolinite » en l’honneur de ce chimiste finlandais. Ses travaux lui ont permis d’identifier un nouvel oxyde, confirmé par Anders Gustaf Ekeberg en 1797. Ce dernier a donné à cette « terre » le nom d’« yttria ».

Les travaux de Carl Gustav Mosander

Environ 50 ans après la découverte de Johan Gadolin, Carl Gustav Mosander a effectué des travaux plus poussés. En recourant à des procédés de cristallisation fractionnée, le chimiste suédois a isolé d’autres terres rares que sont le cérium, le lanthane et le didyme. Ensuite, avec la conviction que l’oxyde extrait de la gadolinite était un mélange, il a entrepris des recherches de nouveaux composés.

À l’automne 1842, Carl Gustav Mosander est parvenu à isoler deux oxydes. Considéré comme le vrai yttrium, le premier est blanc et donne des sels incolores. Le second, quant à lui, est de couleur jaune et produit des sels roses. Il l’a appelé « odinium » en l’honneur du dieu de la mythologie nordique Odin. Avant la publication de ses recherches en 1843, il réussit à isoler de ces composés un troisième oxyde.

Pour la fraction incolore qui correspondait à l’oxyde d’yttrium pur, Carl Gustav Mosander a conservé le nom d’yttria. Puis, il a baptisé la fraction jaune « erbia ». Enfin, il a appelé terbia la troisième fraction de couleur rose, toujours en référence au village d’Ytterby. Cependant, pour des raisons inconnues, les successeurs du chimiste suédois ont interverti les noms des oxydes d’erbium et de terbium.

L’identification de nouveaux éléments

Avec l’apparition des méthodes spectroscopiques à la fin des années 1870, il a été possible de démontrer que l’erbine est aussi un mélange. Ce qui a alors permis l’identification de nouveaux éléments, pour ne citer que l’ytterbium, le scandium et l’holmium. Il a fallu attendre 1905 pour que Georges Urbain et Charles James isolent l’oxyde d’erbium pur. Puis, quasiment 30 ans plus tard, Wilhelm Klemm et Heinrich Bommer sont parvenus à extraire le métal à l’état pur. Pour ce faire, les deux chimistes allemands ont eu recours au procédé de réduction du chlorure d’erbium anhydre. Ils ont utilisé des vapeurs de potassium comme agent réducteur.

Isotopes

Dans la nature, l’erbium se présente sous forme de mélange de six isotopes stables. Il s’agit des ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁷Er,¹⁶⁸Er et ¹⁷⁰Er. Le plus répandu est l’erbium-166 avec un pourcentage de 33,503 %.

L’élément compte 29 radioisotopes caractérisés, dont le ¹⁶⁹Er est le plus stable. Il possède une demi-vie de 9,4 jours. Par ailleurs, il a 13 isomères nucléaires. Le ^167mEr est le plus stable d’entre eux avec une demi-vie de 2,269 secondes.

Occurrences et production

L’erbium fait partie des terres rares qui sont en abondance dans la nature. Son clarke, grandeur désignant la concentration d’un élément dans l’écorce terrestre, s’élève à près de 3,5 g/t. Par exemple, cette valeur est quasiment deux fois plus élevée que celle de l’étain. Par ordre d’abondance, il se classe en 44^e position.

Les gisements d’erbium les plus importants se trouvent en Chine et aux États-Unis. L’extraction de ce métal se fait à partir des mêmes minerais que pour les autres terres rares. Les plus utilisés à l’heure actuelle restent la monazite et la bastnäsite. Néanmoins, il peut aussi être extrait de la gadolinite, de la fergusonite, de la polycrase, etc.

L’erbium est principalement produit sous forme d’oxyde. La production mondiale à l’année est de 500 t. Pour obtenir un métal pur, il faut chauffer le chlorure d’erbium en se servant de vapeurs de calcium sous vide. Ensuite, il convient de le façonner en lingot, en poudre ou encore en morceaux. Le prix du gramme dépend de son degré de pureté. Pur à 99,9 %, le gramme d’erbium coûtait 21 $ en 1995.

Utilisations

L’erbium trouve un vaste éventail d’applications dans des secteurs d’activité variés. Dans le domaine de la médecine par exemple, il entre dans la fabrication de lasers médico-chirurgicaux. En chirurgie, le laser YAG dopé à l’erbium est plus performant qu’un laser dopé à l’holmium. En dentisterie, le laser erbium se montre plus polyvalent que n’importe quel autre laser dentaire. En médecine nucléaire, l’erbium 169 est aussi utilisé pour la synoviorthèse isotopique des doigts en cas de polyarthrite rhumatoïde.

Par ailleurs, l’erbium compte de nombreuses autres utilisations dans divers domaines, notamment :

l’industrie de la verrerie et de la porcelaine (utilisation de l’oxyde d’erbium en tant que colorant pour obtenir une couleur rose) ;
la photographie (production de filtres photographiques pour les photos en ambiance nuageuse) ;
l’énergie solaire (fabrication de panneaux solaires photovoltaïques) ;
les télécommunications optiques (fabrication d’amplificateurs optiques) ;
l’industrie métallurgique (diminution de la dureté et facilitation de l’usinage du vanadium) ;
l’industrie nucléaire.