Nickel

Le nickel, élément atomique n°28 de symbole Ni : ses généralités, ses gisements, son extraction, ses propriétés, ses utilisations, sa production, son histoire et sa toxicité.

De symbole Ni, le nickel est un élément chimique de numéro atomique 28 dans le tableau périodique. Il s’agit d’un métal fascinant qui a su conquérir de nombreux domaines d’application grâce à ses caractéristiques remarquables. Que ce soit dans l’industrie automobile, l’aéronautique ou encore l’électronique, ce matériau est aujourd’hui incontournable. Mais au-delà de ses usages industriels, le nickel a aussi une place importante dans notre quotidien, que l’on pense aux pièces de monnaie ou encore à certains bijoux. Découvrons en détail ce métal aux multiples facettes.

La configuration atomique du nickel

Membre du groupe des métaux non ferreux, le nickel est le métal de transition le plus léger dans le bloc d. Il possède deux configurations électroniques résolument proches en énergie : [Ar] 3d⁸ 4s² et [Ar] 3d⁹ 4s¹. Cependant, la règle de Klechkowski, qui prédit l’ordre de remplissage des électrons dans les sous-couches, indique que la configuration [Ar] 4s² 3d⁸, notamment le niveau 3d⁸(³F) 4s² ³F, J = 4, constitue l’état d’énergie le plus faible de l’atome de nickel. En effet, les observations expérimentales montrent que la sous-couche 4s est remplie avant la 3d.

Néanmoins, il est important de souligner que ces deux configurations correspondent à des états quantiques d’énergies distinctes, bien que leurs ensembles d’énergie se chevauchent. En outre, l’énergie moyenne des états de [Ar] 3d⁹ 4s¹ se révèle inférieure à celle du niveau [Ar] 3d⁸ 4s². Les recherches sur la structure atomique considèrent donc la configuration électronique fondamentale du nickel comme étant [Ar] 3d⁹ 4s¹. Par ailleurs, il faut savoir que le nickel possède des propriétés paramagnétiques et ferromagnétiques.

À titre d’information, le symbole [Ar] indique que les électrons du noyau adoptent la même configuration que celle de l’atome d’argon.

Découverte et généralités notables du corps simple et de l’élément

Le nickel est un métal souvent présent dans les dépôts miniers aux côtés du cobalt. Il est particulièrement recherché pour ses propriétés en matière de production d’alliages, de batteries et de revêtements protecteurs. Longtemps confondu avec l’argent ou le cuivre, il est aujourd’hui utilisé dans divers secteurs industriels, notamment pour la confection de monnaie.

Découverte du corps simple et de l’élément chimique

Le nickel est un métal connu depuis l’Antiquité pour ses propriétés de résistance et de durcissement. Toutefois, ce n’est qu’en 1751 que le chimiste suédois Axel Frederik Cronstedt a identifié cette substance en tant qu’élément distinct. Il a réalisé ses expérimentations sur un minerai de Kupfernickel, croyant y trouver du cuivre. Cependant, il est parvenu à isoler un métal inconnu qu’il a nommé « nickel », pour souligner sa singularité par rapport aux autres alliages similaires.

Cronstedt a fait cette découverte alors qu’il étudiait des résidus verts provenant d’une mine de minerai de cobalt à Helsingland. Il a d’abord chauffé les résidus en présence de soufre et de carbonate de potassium pour obtenir de l’oxyde de nickel. Il a ensuite réduit le protoxyde de nickel en creuset avec du charbon actif pour obtenir une poudre de métal blanc brillant.

À l’époque, le nickel était considéré comme le « cuivre du diable » en raison de son apparence verdâtre. Aujourd’hui, ce métal est largement utilisé dans la production de pièces de monnaie, de bijoux, de batteries, de composants électroniques et bien d’autres produits. La découverte de Cronstedt a donc eu un impact considérable sur l’industrie et l’économie mondiale.

Les différentes appellations liées au nickel

D’après les croyances, les nains, les génies et les gnomes étaient protégés par Saint Nicolas, surnommé « sankt Nickelaas » en néerlandais, afin de garantir la sécurité et la sérénité des mineurs lors de pratiques ritualisées.

La terminologie « nickel » était ainsi associée aux êtres maléfiques habitant les mines qui influencent négativement les veines de cuivre et les minerais précieux. Ces derniers étaient associés à des phénomènes inquiétants tels que des failles, des bruits et des résonances étranges ou encore des fissures par lesquelles l’eau s’infiltrait et noyait les galeries. En réalité, les scientifiques avaient tout simplement confondu les minerais de cuivre avec ceux du nickel, un élément chimique qui était encore inconnu et distinct.

En français, le terme « nickel » a été utilisé pour désigner une matière contenant du nickel dès 1765. Ensuite, l’adjectif « nickélifère » est apparu en 1818 et s’est répandu en 1900. Il qualifie les matériaux ou les corps contenant du nickel. Le nickelage, qui consiste à recouvrir une surface de nickel, est apparu avant le milieu du XIXe siècle.

Apparu en 1857, le mot « nickelé » qualifie, quant à lui, un métal ou un alliage recouvert d’une couche de nickel, tandis que la nickelure désigne une technique spécifique de nickelage.

En 1873, le chimiste français Adolphe Wurtz a popularisé l’adjectif « nickélique » pour qualifier certains composés du nickel. Enfin, l’alliage de nickel-chrome, également appelé NiCr, a fait son apparition dans le Grand Larousse Encyclopédique en 1932.

Les termes liés au nickel continuent d’évoluer, tout comme l’utilisation à grande échelle de cet élément. Ainsi, il est devenu un élément essentiel dans notre vie quotidienne, immortalisé dans la langue française par une histoire fascinante et complexe.

Ses isotopes

Les scientifiques ont étudié de près les isotopes du nickel afin de mieux comprendre ses propriétés physiques et chimiques. Les résultats de leurs recherches ont notamment permis d’explorer leurs diverses applications potentielles dans des domaines tels que la physique et la médecine nucléaire, la géologie et la cosmochimie. En outre, elles permettent de mieux comprendre les processus de formation des astres célestes et de la Terre elle-même.

D’un côté, le nickel possède 31 isotopes avec un nombre de masse allant de 48 à 78 et 7 isomères nucléaires. Cependant, seuls 5 d’entre eux sont stables ou quasi-stables. Il s’agit du nickel 58, 60, 61, 62 et 64. Dans tous les cas, le nickel 58 est le plus courant avec une abondance naturelle d’environ 68,077 % et une masse atomique standard de 58,6934(2) u.

De l’autre, les chercheurs ont réussi à caractériser 26 radioisotopes du nickel. Parmi ces derniers, le nickel 59 est le plus stable, avec une demi-vie de 76 000 ans. Il est suivi de loin par le nickel 63 (100,1 ans) et le nickel 56 (6 077 jours). Tous les autres radioisotopes, quant à eux, ont une demi-vie inférieure à 60 heures, la majorité étant en deçà de 30 secondes.

Les occurrences

Le nickel est un élément qui se trouve en grande quantité dans la terre, mais bien loin derrière les quatre plus grands constituants que sont le fer (35 %), l’oxygène (30 %), le silicium (15 %) et le magnésium (13 %). Selon les études, il s’agit du vingt-quatrième élément le plus courant dans la croûte terrestre, avec une concentration moyenne de 75 à 80 g/t, ou 75 à 80 ppm. Cependant, il est considéré comme étant le neuvième élément le plus abondant dans le manteau terrestre avec une concentration de 1 860 ppm.

Bien que le nickel soit considéré comme étant relativement commun sur la surface terrestre, il joue également un rôle majeur dans le noyau terrestre. En effet, il est le deuxième élément le plus présent après le fer, représentant environ 20 % de la composition du noyau interne. Dans le noyau externe, il est aussi présent en quantité significative, représentant approximativement 5 %.

Le nickel dans la nature et ses formes minérales associées

Le nickel est l’un des éléments les plus courants dans la nature. On le retrouve sous de nombreuses formes, notamment sous forme de nickel métallique. Aussi appelé nickel natif, ce dernier est souvent trouvé sous forme d’alliage avec d’autres métaux dans la nature ainsi que dans les météorites de fer, les noyaux terrestres et les astéroïdes de type M. De même, les nodules polymétalliques des fonds océaniques contiennent du nickel ainsi que d’autres éléments tels que le manganèse, le cobalt, le fer et le chrome.

Par ailleurs, le nickel se trouve dans diverses compositions rocheuses. En outre, il peut remplacer le fer ou le magnésium dans divers silicates de la croûte et du manteau des roches magmatiques. Les péridotites sont un exemple de roche riche en nickel. En effet, ils contiennent habituellement plus de 3,1 kg/t de cet élément. Ainsi, il peut apparaître sous forme de silicates ou d’hydrosilicates comme garniérite ou la nouméite, deux composantes des roches détritiques ou des latérites.

De plus, ce métal se trouve souvent sous forme de minéraux. Il est généralement combiné avec du soufre dans la polydymite et la millérite insérées dans une matrice rocheuse contenant de la pyrrhotite. Il peut aussi être combiné avec de l’arsenic dans la chloanthite et la smaltite. Enfin, l’élément chimique peut apparaître sous forme d’oxydes, de sulfates, de carbonates, de phosphates, d’antimoniures ou de sulfoarséniures que l’on trouve majoritairement dans des filons excentrés des gîtes rocheux magmatiques.

Les gisements de nickel dans le monde

Communément présent dans les résidus de la préparation du smalt, le nickel est principalement extrait des complexes ignés lités provenant du manteau terrestre et des volcans mantelliques primitifs riches en magnésium de l’Archéen. Deux types de minerais peuvent être exploités lorsque leur concentration en nickel dépasse 1,3 %.

Les latérites représentent 70 % des réserves mondiales de nickel et 40 % de la production mondiale. Ils sont essentiellement destinés à la production de ferronickel.
Les sulfures de nickel sont exploités dans de nombreux gisements dans le monde pour la production du nickel pur. Ils sont soumis à un grillage à des températures comprises entre 500 et 700 degrés Celsius, puis à des procédés d’hydrométallurgie classiques.

Après sa découverte en 1864 par l’ingénieur Jules Garnier, le nickel était la principale ressource de la Nouvelle-Calédonie. Elle était d’ailleurs considérée comme le leader de l’industrie avec plus de 30 % des réserves mondiales estimées à près de 174 millions de tonnes.

La Russie, le Canada, l’Australie, Cuba et les États-Unis ont également été très présents sur ce marché à partir des années 1900. En Russie, des gisements importants sont encore exploités dans la région de Norilsk. Les mines du bassin de Sudbury au Canada représentent, quant à eux, environ 27 % de la production mondiale de nickel. En France, les Pyrénées et les Alpes sont les deux principales zones d’extraction de ce précieux métal au XIXe siècle.

L’extraction et la purification du métal

L’extraction du nickel est une opération complexe qui nécessite une expertise spécifique en raison de nombreux facteurs à prendre en compte tels que la qualité du minerai extrait et la composition de la gangue. Les experts du domaine ont développé plusieurs méthodes pour faciliter la production de cette matière première stratégique.

La vaporisation et le procédé Mond

Le processus de vaporisation des minerais sulfurés est l’une des méthodes les plus efficaces et couramment utilisées pour extraire le nickel. Il consiste à chauffer le minéral sulfuré à haute température dans un four de vaporisation où il est exposé à des gaz réducteurs pour produire des particules de nickel. L’efficacité de cette méthode dépend toutefois de divers facteurs clés tels que la nature et la composition chimique du minéral sulfuré ainsi. Elle varie également en fonction de la température, de la pression dans le four de vaporisation et de la qualité des gaz oxydants et des réducteurs utilisés.

La vaporisation des minerais sulfurés est une méthode couramment utilisée pour extraire le nickel. Cette technique consiste à chauffer le minéral à haute température dans un four de vaporisation où il est exposé à des gaz oxydants et à des réducteurs pour produire des particules de nickel. Toutefois, l’efficacité de cette méthode dépend de divers facteurs. Ils concernent la nature et la composition chimique du minéral sulfuré ou encore la température et la pression dans le four de vaporisation.

La purification demeure également une étape critique, puisque le nickel est habituellement mélangé avec d’autres minerais tels que le fer, le cuivre et le cobalt dans son état naturel. Par conséquent, il est impératif de le séparer de ces métaux pour obtenir un nickel aussi pur et concentré que possible. Le procédé Mond s’avère ainsi inévitable. Il permet la formation d’une molécule volatile, Ni(CO)₄ à une température comprise entre 60 °C et 80 °C. Celle-ci est ensuite pyrolysée à 180 °C afin d’obtenir du nickel métal purifié.

La réduction de l’oxyde de nickel

La méthode de réduction de l’oxyde de nickel (NiO) est un procédé couramment utilisé pour extraire le nickel de son état oxydé. Cette méthode nécessite l’utilisation d’un agent réducteur pour convertir le NiO en nickel métallique. Dans cette optique, diverses techniques peuvent être utilisées.

Le traitement à l’acide oxalique

Le traitement des minerais d’arséniures ou de sulfo-arséniures pour extraire le nickel a été rendu possible grâce à la découverte du chimiste Georg Brandt qui a identifié l’élément en chauffant des minerais avec du soufre et du carbonate de potasse.

Aujourd’hui, l’acide oxalique est couramment utilisé pour obtenir du nitrate purifié. Le processus commence par le traitement de l’oxyde de nickel avec de l’acide oxalique pour produire du C₄O₆. Ensuite, en chauffant ce composé au feu de forge en vase clos, la substance se décompose en dioxyde de carbone et en nickel purifié. Ce dernier est récupéré sous forme métallique dans un creuset fermé adapté.

Cependant, le nickel métallique obtenu contient encore de l’oxyde de cobalt qui doit être séparé. Pour ce faire, une solution saline concentrée est neutralisée avec de la potasse ainsi qu’une solution de nitrite de potasse ajoutée en excès. Elle est ensuite mise au repos en milieu acétique pendant une journée. Le nitrite double de potassium et de cobalt CoK(NO₂)₃ résultant est ensuite récupéré par filtration de la solution après un lavage avec une solution aqueuse de chlorure de potassium.

Ce corps récupéré peut être utilisé pour produire du jaune de cobalt, un pigment de peinture aquarelle. La liqueur filtrée contenant de l’ion nickel est, quant à elle, traitée avec de l’hydroxyde de potasse pour produire de l’hydroxyde de nickel ou « oxyde de nickel hydraté ».

La réduction à basse température

Des scientifiques ont créé une méthode innovante pour transformer l’oxyde de nickel en nickel métallique à basse température en laboratoire. Cette technique implique un processus continu d’injection de gaz d’hydrogène dans un tube en verre contenant de l’oxyde de nickel. Elle transforme ensuite la substance en nickel métallique sous forme de particules fines et pulvérulentes de nickel métallique.

Malheureusement, les poudres obtenues ont un haut degré de réactivité et peuvent s’enflammer spontanément au contact de l’oxygène.

La réduction au charbon

Dans le secteur industriel, on utilise la méthode de réduction de l’oxyde de nickel au charbon dans un creuset réfractaire pour extraire le nickel métallique. Bien que cette technique soit moins coûteuse, la qualité produite est souvent inférieure en termes de pureté. En effet, le produit fini contient généralement d’autres éléments tels que le cobalt, le cuivre et le fer. Cela peut entraîner des retombées négatives sur les performances industrielles où l’utilisation de nickel pur est un facteur décisif.

La récupération du sulfure de nickel

Il est également possible de récupérer le sulfure de nickel des minerais sulfurés concentrés en utilisant la pentasulfure de potassium K₅S₅, un composé soluble dans l’eau. Une fois séparé, le sulfure de nickel est brûlé et traité avec de l’acide sulfurique selon une technique ancienne créée au laboratoire de Friedrich Wöhler.

Lors de ce traitement, le soufre se transforme en gaz d’hydrogène sulfuré. Par la suite, le traitement avec de la potasse donne un oxyde de nickel hydraté Ni(OH)₂ insoluble de couleur vert pomme. Cette pratique est assez avancée et offre une possibilité supplémentaire de récupérer des métaux précieux à partir de matières premières naturelles.

L’hydrométallurgie et la pyrométallurgie

Les méthodes actuelles d’extraction du nickel sont souvent basées sur la combinaison de techniques d’hydrométallurgiques et de pyrométallurgiques. Bien qu’elles soient efficaces, leur succès dépend essentiellement des propriétés uniques de chaque minerai.

De plus, il s’agit d’une opération coûteuse qui requiert un investissement considérable. Par exemple, la construction de l’usine Koniambo en Nouvelle-Calédonie qui produit environ 60 000 tonnes de ferronickel par an à partir de latérite a coûté jusqu’à quatre milliards de dollars. En chiffres, le coût de la construction représente 70 000 dollars par tonne de nickel par an. À cet élément s’ajoute le coût de transformation du minerai en ferronickel qui avoisine les 4 000 à 6 000 dollars par tonne, alors que le prix de vente est d’approximativement 26 000 dollars par tonne.

Les propriétés physiques

Le nickel est un métal blanc argenté avec parfois des nuances de gris. Une fois poli, il affiche une surface lisse et brillante grâce à sa structure cristalline en maille cubique. Bien connu pour sa densité élevée pouvant aller jusqu’à 8,9 en fonction du processus d’écrouissage, il se décline en deux formes allotropiques distinctes :

Le Ni_α hexagonal instable
Le Ni_β cubique à faces centrées qui présente une stabilité remarquable, même sous des pressions élevées jusqu’à 70 GPa.

Par ailleurs, le nickel est un métal prisé en métallurgie pour sa résistance et sa durabilité. D’une part, il fait partie des métaux les plus résistants après le chrome et devant le fer. De plus, il possède des propriétés mécaniques similaires à celles du fer, lequel peut être laminé et étiré en fils fins. D’autre part, cet élément surpasse de loin la malléabilité et la ductilité du cobalt.

En outre, le nickel est connu pour ses propriétés hors du commun en termes de conductivité thermique et électrique. En effet, malgré sa conductivité électrique inférieure à celle du cuivre pur, elle reste impressionnante avec 24 % IACS. En ce qui concerne le corps simple de nickel, il est dilatable sous l’effet de la chaleur et à une température de fusion qui dépasse 1 452 °C. Sa température d’ébullition, quant à elle, atteint 2 730 °C. Toutefois, lorsque sa température de Curie dépasse les 355 °C, il devient non magnétique. En réalité, le champ magnétique diminue dès 250 °C.

Les propriétés chimiques du nickel

Le nickel est réputé pour sa stabilité face à l’air et à l’eau, en particulier, à basse température. Cependant, à haute température, il peut subir une oxydation qui entraîne des changements de teinte allant du jaune pâle au brun rougeâtre.

Par ailleurs, il est important de souligner que cet élément chimique peut s’enflammer dans certaines circonstances. C’est notamment le cas pour le fil fin de nickel chauffé qui s’enflamme au contact du gaz oxygène pur. Il en va de même pour la mousse de nickel, utilisée en hydrogénation et en électrochimie. En effet, ce corps poudreux est réactif et peut s’enflammer facilement à la suite d’une étincelle ou s’il est placé à proximité d’une source de chaleur. En outre, le nickel de Raney requiert des précautions de manipulation supplémentaires en raison de son caractère pyrophorique.

Il convient aussi de mentionner le nickel pulvérulent qui possède une remarquable capacité d’absorption de molécules gazeuses comme le monoxyde de carbone ou l’hydrogène. À titre d’exemple, il peut retenir plus de 8 litres de monoxyde de carbone.

Enfin, le nickel massif est plus sensible à la corrosion lente provoquée par des acides non oxydants. Il peut se dissoudre dans de l’acide sulfurique ou chlorhydrique avec production de l’hydrogène gazeux. Cette réaction est possible avec des acides dilués ou mélangés avec de l’eau, mais pas avec des acides oxydants concentrés.

À l’instar de la surface du fer, celle du nickel devient passive en contact avec de l’acide nitrique concentré.

Les applications du nickel

Apprécié pour ses propriétés anticorrosion et protectrices, le nickel est insoluble dans le solvant ammoniac. Il se présente ainsi comme un choix idéal pour les revêtements et les plaques de nickelage. Entre autres, en formant une couche d’oxyde passivante ou protectrice appelée NiO, il agit comme une barrière qui protège d’autres métaux de l’environnement extérieur. Cette couche est efficace pour isoler les métaux oxydables tels que le fer, l’acier, le cuivre et prévient leur corrosion.

Par ailleurs, le nickel affiche une résistance accrue face aux conditions difficiles. Il ne subit pas la corrosion dans les solutions neutres ou alcalines, l’eau de mer et les conditions atmosphériques mitigées.

De plus, même lorsqu’il est soumis à des bases chaudes, cet élément chimique ne subit pas de détérioration. Cette résistance exceptionnelle en fait un matériau très recherché pour la manipulation et/ou le transport d’alcalis concentrés. En outre, sa résistance à l’oxydation et à la corrosion lui permet de jouer un rôle important dans la fabrication de pièces de monnaie et pour le placage de métaux tels que le fer, le cuivre et le laiton. Il est également présent dans diverses combinaisons chimiques ainsi que dans une large variété d’alliages.

Facile à usiner, mouler et souder, le nickel trouve aussi son utilité dans une variété d’applications industrielles. Comme il se soude bien au fer, il est notamment possible d’obtenir des tôles plaquées de nickel sur les deux faces en laminant des feuilles d’acier prises entre deux plaques de nickel.

Propriétés et utilisations des alliages à base de nickel

Le nickel est un métal qui a une grande capacité à se combiner avec différents éléments, tels que le fer, le manganèse, le chrome, le cobalt, le cuivre, le zinc, l’aluminium et même certains non-métaux comme le silicium. Toutefois, il ne peut pas s’allier avec le plomb, l’argent, le thorium et les métaux alcalins.

En raison de sa compatibilité avec de nombreux autres éléments, il peut ainsi former une grande variété d’alliages. De plus, son utilisation renforce la résistance mécanique et la résistance à la corrosion des autres matériaux.

Entre autres, l’acier-nickel est connu pour sa haute résistance à la rupture et à l’attaque chimique. C’est la raison pour laquelle il est souvent utilisé dans des applications industrielles, comme la construction navale, la production de tubes et de tuyaux, ainsi que dans la fabrication de pièces automobiles.

Propriétés des alliages à base de nickel

La présence de nickel dans les aciers renforce leur résistance à la rupture et à la corrosion. Les aciers inoxydables austénitiques tels que le 18/8 ou le 18/10 tirent notamment leur résistance à la corrosion grâce à ce métal. De même, les alliages à base de nickel jouent un rôle crucial dans l’amélioration des propriétés des aciers et des superalliages.

Entre outre, sa capacité à favoriser la formation d’une structure martensitique lors de la trempe en fait un élément gammagène essentiel. La déformation à chaud de l’acier ou de l’alliage affecte également sa microstructure, ce qui peut avoir un impact significatif sur leur propriété.

Par ailleurs, les alliages à base de nickel sont des matériaux critiques pour les processus industriels exigeant une résistance et une fiabilité accrues à des températures élevées et aux environnements corrosifs. En effet, grâce à ses propriétés mécaniques et thermiques exceptionnelles, le nickel est largement utilisé dans de nombreuses applications. On cite notamment l’aérospatiale, l’industrie chimique, l’automobile, la biomédecine et l’énergie.

Il offre également une résistance accrue à l’usure sur une large plage de températures. Celle-ci peut aller des basses températures à des températures extrêmes allant jusqu’à plus de 1 000 °C. De plus, les alliages à base de nickel sont connus pour leur faible dilatation, ainsi que leur excellente résistance à la corrosion atmosphérique et aux réactifs chimiques. Leur remarquable combinaison de caractéristiques physico-chimiques explique d’ailleurs la hausse significative de l’utilisation de ces alliages ces dernières années.

Les alliages courants

Les alliages à base de nickel gagnent en popularité dans divers secteurs grâce à leur résistance et à leur fiabilité dans les environnements extrêmes. Ils offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion et à l’usure, ainsi qu’une grande stabilité électrique qui en font des matériaux incontournables dans l’industrie moderne.

Entre autres, le nickel est fréquemment utilisé dans la fabrication d’aciers inoxydables et réfractaires à haute teneur en chrome, de fontes de nickel comme le Ni-resist ou d’alliages de blindage magnétique. On le retrouve également dans les aimants Alnico et de Hastelloy, ainsi que dans les alliages Monel anti-corrosion. Les cupronickels sont également courants dans les pièces de monnaie ou dans le nigusil.

Dans les faits, il existe trois catégories distinctes d’alliages de nickel : les alliages fer-nickel, les alliages cuivre-nickel et les superalliages à base de nickel tels que le nichrome. Cet alliage peut résister à la corrosion sèche à haute température avec de bonnes propriétés mécaniques.

Les alliages fer-nickel

Le nickel est couramment utilisé en association avec le fer. Il permet d’obtenir des matériaux présentant des propriétés mécaniques et thermiques remarquables ainsi qu’une forte résistance à la corrosion et à l’attaque chimique, notamment à basses températures.

En outre, sa forte résistance à la corrosion en fait un matériau de choix pour les alliages populaires tels que l’invar, le constantan, le kovar, l’alumel, la platinite, le cunife, l’inconel et la platinite. D’ailleurs, les alliages fer-nickel sont connus pour leur résistance accrue à la rupture et à l’usure.

Les alliages cuivre-nickels

Les alliages cuivre-nickels comprennent notamment les maillechorts, les bronzes au nickel et les cupronickels. Ils sont largement utilisés pour leur durabilité, leur résistance à la corrosion et à l’usure, ainsi que pour leurs propriétés thermiques et mécaniques.

Le nickel est également recherché pour ses propriétés magnétiques, notamment pour la fabrication d’aimants permanents tels que l’alnico, et peut être utilisé dans des alliages à mémoire de forme comme le nitinol.

Enfin, les alliages cuivre-nickel sont réputés pour résister à la corrosion en milieu acide ou marin tout en étant faciles à forger et à souder.

Les superalliages à base de nickel

Les superalliages à base de nickel sont des matériaux performants pour les applications industrielles qui requièrent des propriétés mécaniques exceptionnelles. Ces alliages complexes, comme le nichrome, présentent une résistance exceptionnelle à la corrosion sèche à haute température et des propriétés mécaniques supérieures. Entre autres, ils présentent une limite d’élasticité élevée et affichent une excellente résistance au fluage.

Leur développement est étroitement lié à l’évolution des moteurs d’avion depuis le milieu du XXe siècle. Les Nimonic, un type spécifique de superalliage à base de nickel, sont particulièrement adaptés pour la fabrication de turbines à gaz et de réacteurs, grâce à leur résistance aux pressions et aux températures extrêmement élevées.

Les nombreuses utilisations des alliages à base de nickel dans l’industrie et l’artisanat

Les alliages de nickel sont utilisés dans divers secteurs industriels, notamment la bijouterie, la production de composants de précision, l’optique et les revêtements électrochromes.

On le retrouve notamment dans la fabrication de jauges de déformation et dans la production d’aciers spéciaux pour les plaques blindées, les coffres-forts, les portes blindées et les chars d’assaut pour les mesures de sécurité. En outre, le nickel-chrome est une excellente résistance chauffante. Ainsi, il peut être utilisé comme matériau de soudure. Il est également à noter que les alliages de nickel trouvent aisément leur place dans la production de catalyseurs tels que le NiO/TiO₂-SiO₂.

En joaillerie, cet élément chimique est souvent combiné avec de l’or pour améliorer la résistance des bijoux et créer des couleurs uniques. En outre, le bronze au nickel est utilisé dans les éléments décoratifs et les couverts de table. Il est également présent dans les instruments de dessin industriel et les mécanismes d’horlogerie.

Dans le secteur de l’architecture, les alliages à base de nickel sont utilisés pour les bronzes décoratifs, les éléments ornementaux et les couverts de table.

Les propriétés d’oxydation et de liaison

Le nickel est un élément chimique qui se caractérise par sa faible réactivité aux acides et à l’oxygène, en comparaison avec d’autres métaux tels que le fer ou le cobalt. Ses propriétés d’oxydation et de liaison présentent une diversité remarquable et constituent un domaine de recherche important dans les sciences des matériaux.

Dans les faits, cet élément chimique présente différentes possibilités d’oxydation, mais la plus courante est la forme II qui confirme sa propriété ionique. Toutefois, il peut également atteindre des niveaux d’oxydation moins fréquents tels que -II, -I, I, III et IV. Bien que minoritaire, le niveau III est utilisé dans de nombreux complexes avec des ligands donneurs pour la liaison σ, comme les thiols et les phosphines. En chimie, les ligands jouent un rôle crucial dans la formation de complexes moléculaires. Ces espèces, qu’elles soient atomiques, ioniques ou moléculaires, sont caractérisées par leur capacité à se lier à un ou plusieurs atomes centraux.

Par ailleurs, l’alliage de nickel-sodium, l’enzyme hydrogénase et les complexes tétraédriques bien stabilisés contiennent du nickel avec un degré d’oxydation de niveau II et parfois de niveau I. Le niveau IV est, quant à lui, principalement fabriqué sous forme d’oxyde par des spécialistes en électrochimie et utilisé dans les cathodes.

En solution aqueuse, l’ion Ni(II) peut adopter des structures complexes avec des ligands tels que l’ammoniac, l’éthylène diamine ou le chlorure. Chacun d’entre eux affiche une couleur différente. Par exemple, le complexe hexaammonié [Ni(NH₃)₆]²⁺ est de couleur violet foncé, tandis que le tétrachloré [NiCl₄]²⁻ est d’un jaune-vert.

Ses principaux composés

Le nickel peut former divers composés avec différents éléments, tels que le carbone, l’oxygène, le chlore, le soufre et l’arsenic. Cette réactivité peut notamment se manifester à haute température en présence de corps oxydants. Le nickel est également arsénophile et chalcophile. Ainsi, il peut réagir avec le soufre et l’arsenic pour produire de l’hydroxyde de nickel II.

En outre, il est possible de produire du métal carburé ou de la fonte au nickel en chauffant du nickel solide avec du charbon de bois. En réduisant directement l’oxyde de nickel avec du charbon de bois, on peut former du métal nickel carburé fondu et du gaz CO.

Dans tous les cas, parmi les principaux composés du nickel, on peut citer :

Les sulfates de nickel

Les sulfates de nickel ont une structure similaire à celle du fer et présentent différents degrés d’hydratation. Ils sont souvent associés à des métaux alcalins et au cation ammonium. Le NiSO₄.(NH₄)₂SO₄ est un exemple de sulfate double de nickel qui possède une structure isomorphe semblable avec d’autres composés où le nickel(II) est remplacé par d’autres ions divalents comme le fer, le cobalt ou le magnésium.

Par ailleurs, il faut savoir que plusieurs sulfates de nickel divalents ont une couleur vert pomme, tout comme les cristaux sous forme hydratée (hexahydratée et heptahydratée). Ce phénomène s’explique par la présence de l’ion hydraté [Ni(H₂O)₆]²⁺.

En revanche, sous forme anhydre, ils ont une couleur qui tend plutôt vers le jaune ou une nuance de vert plus clair. Il est toutefois à noter que la couleur varie en fonction de l’anion, notamment de son électronégativité et de sa polarisabilité. Par exemple, le NiBr₂ est jaune tandis que le NiI₂ est noir.

En outre, en dissolvant les sulfates de nickel dans l’ammoniac, il est possible de créer une solution aux teintes bleues ou violettes. Cette coloration est due à la formation d’ions complexes de nickel ammoniacal [Ni(NH₃)_n]²⁺

Les complexes de nickel colorés

La chimie du nickel offre un terrain d’étude passionnant qui peut être exploré à travers les complexes colorés que l’élément chimique forme avec différents ligands conformes à la théorie de base de la chimie de coordination. Ces dernières présentent des caractéristiques et des structures uniques que l’on peut classer en trois catégories selon l’hybridation.

Tout d’abord, les complexes de nickel dsp² en plan-carré montrent un comportement diamagnétique et sont généralement rouges, bruns ou jaunes. Parmi eux, le complexe [Ni(CN)₄]^2- est couramment utilisé en raison de son stérisme et de sa stabilité chimique. Cependant, il est extrêmement toxique et nécessite des précautions de manipulation. Ensuite, les complexes sp³ tétraédriques sont des complexes paramagnétiques bleus ou verts. Le [Ni(Cl)₄]^2- est un exemple de ce type de complexe de nickel. Il s’agit d’un complexe de nickel tétrachlorure d’ions avec une charge globale de 2- et une géométrie moléculaire octaédrique. Enfin, les complexes sp³d² octaédriques que l’on observe facilement dans les composés [Ni(H₂O)₆]²⁺ ou [Ni(NH₃)₆]²⁺.

Par ailleurs, contrairement aux ions et aux complexes de cobalt et de fer, les complexes de Ni(II) ont une faible capacité à se transformer en complexes de Ni(III) par oxydation. Néanmoins, ils peuvent être réduits en Ni(I) ou même en Ni(0). Par exemple, le complexe cyanuré [Ni(CN)₄]^2- peut être réduit en [Ni(CN)₃]^2- ou en [Ni(CN)₄]^4-.

Les clathrates

Les clathrates sont des complexes formés de molécules de cyanure de nickel et d’ammoniaque se liant ensemble pour former une structure cristalline particulière.

D’une part, les molécules d’ammoniaque sont responsables de la formation de la structure cristalline en créant des liaisons avec les atomes de nickel. D’autre part, les molécules de cyanure se combinent aux molécules d’ammoniaque et s’organisent autour d’elles pour créer des cages. Ces dernières peuvent capturer des molécules plus petites, comme celles présentes dans l’air environnant des clathrates.

Cette découverte pourrait avoir des implications importantes pour la fabrication de nouveaux matériaux et pour la capture de gaz dans l’atmosphère.

Il est possible de produire de la « fonte au nickel » ou du « métal carburé » en chauffant du nickel solide cristallin avec du charbon de bois, ce qui forme du nickel carburé (Ni_1-xC_x) avec x fraction de plusieurs pourcents. L’oxyde de nickel peut être réduit directement dans un creuset brasqué au feu de forge avec du charbon de bois, formant du métal nickel carburé fondu (NiC) et du monoxyde de carbone. À haute température, le nickel réagit avec les corps oxydants (gaz oxygène) et les halogènes (chlore). Enfin, le nickel est chalcophile et arsénophile, réagissant facilement avec le soufre et l’arsenic. On peut également obtenir un précipité d’hydroxyde de nickel II.

Les oxydes de nickel et oxydes mixtes

Les oxydes de nickel sont des composés inorganiques qui possèdent des propriétés physiques et chimiques intéressantes. Ils peuvent être utilisés dans de nombreux domaines, tels que l’industrie de l’acier, la catalyse ou encore dans la fabrication de batteries.

Nous retrouvons différents types d’oxydes de nickel, allant du monoxyde de nickel au dioxyde de nickel, en passant par les oxydes mixtes. Chacun de ces composés a des propriétés chimiques et physiques spécifiques, mais ils ont tous en commun la présence de l’élément nickel.

Oxyhydroxydes de nickel

Les oxyhydroxydes de nickel sont des composés importants du nickel. Ils jouent un rôle clé dans différents processus. Dans cette catégorie, on retrouve trois composés.

Tout d’abord, les oxyhydroxydes de NiOOH que l’on utilise le plus souvent comme matériau de cathode pour les batteries rechargeables.
Ensuite, les oxyhydroxydes de Ni(III) qui sont des composés chimiques contenant du nickel à l’état d’oxydation +3 lié à des groupes hydroxydes (OH-). Ils sont généralement de couleur vert foncé à noire et ont des propriétés magnétiques. Ces oxyhydroxydes ont des applications dans la catalyse, la production de batteries et le magnétisme.
Enfin, les oxyhydroxydes de Ni(IV) qui sont des composés chimiques contenant du nickel et de l’oxygène ainsi que des groupes hydroxyle (OH-). Ils ont une valence de +4 pour le nickel et s’utilisent habituellement dans la production d’hydrogène et la réduction de CO₂.

Hydroxydes de nickel

Les hydroxydes de nickel présentent des propriétés utiles pour différents usages dans l’industrie des batteries ou des catalyseurs. Ces composés se déclinent en trois formes :

Le Ni(OH)₂ qui se présente sous la forme de poudre ou de cristaux verts insolubles dans l’eau. Il est utilisé dans les piles électriques rechargeables, notamment dans les batteries nickel-cadmium et nickel-métal hydrure.
L’hydroxyde de nickel hydraté qui se présente sous la forme d’un solide cristallin de couleur verte.
L’hydroxyde de nickel III qui se présente comme un excellent catalyseur pour certaines réactions chimiques.

Les fluorures de nickel

Les fluorures de nickel sont des composés chimiques contenant du nickel et des atomes de fluor. Ils sont largement utilisés dans l’industrie pour diverses applications, y compris la production d’alliages solides, de catalyseurs, de batteries et d’autres produits chimiques. Cependant, leur toxicité élevée rend leur manipulation et leur utilisation extrêmement délicates.

Le fluorure de nickel NiF₂est l’un des composés les plus courants de cette famille, tandis que l’hexafluoronickélate(IV) de potassium est moins commun à cause de son instabilité.

Chlorures de nickel

Les chlorures de nickel sont des composés chimiques formés de nickel et de chlorure. Leur forme et leur couleur peuvent varier en fonction des conditions de formation.

Le chlorure de nickel divalent, de formule NiCl₂, est l’une des formes les plus courantes. L’hexahydrate de chlorure de nickel, de formule NiCl₂. 6 H₂O, peut être trouvé sous forme de cristaux vert émeraude. D’autres arrangements avec des ligands ammoniacaux sont également possibles.

Bromures de nickel

Les bromures de nickel peuvent se présenter sous différentes formes, telles que le NiBr₂, le NiBr₂. 3 H₂O ou encore le bromure de nickel(II) hexammonié. Ces composés ont des propriétés physiques et chimiques uniques qui les rendent utiles dans plusieurs applications industrielles.

Sulfures de nickel

Les sulfures de nickel sont des composés chimiques d’une grande importance dans l’industrie minière et la production de métaux. Ils se forment naturellement dans les dépôts minéraux et sont extraits pour leur valeur commerciale en tant que source de nickel. Ils se déclinent sous différentes formes. On retrouve tout d’abord le sulfure de nickel noir, également connu sous le nom de sulfure de nickel(II) ou sulfure de nickel monoclinique. Ensuite, il y a le sous-sulfure de nickel ou heazlewoodite qui est un autre composé important dans l’industrie minière du nickel. Enfin, le sulfure de fer et de nickel, aussi connu sous l’appellation pentlandite, est un minéral associé à des gisements de nickel.

Ses ions

À l’instar du vanadium, les ions nickel se retrouvent emprisonnés dans des structures supramoléculaires de type porphyrine comme les fractions lourdes de pétrole brut. Ils sont solubles dans l’eau pour former des solutions nickelées. De plus, les ions nickel peuvent se lier avec des ligands tels que les amines ou les thiols pour former des complexes de coordination stables.

Comme ils peuvent se transformer entre les états Ni²⁺ et Ni^3+,ils participent également à des réactions d’oxydo-réduction. Enfin, il est à noter que le nickel est présent dans de nombreux minéraux. Sa présence peut être détectée par des méthodes telles que la spectrométrie de masse ou la fluorescence des rayons X.

Ses utilisations

Le nickel est un métal utilisé pour la fabrication d’alliages métalliques, la bijouterie, l’industrie, la catalyse, la biochimie et bien d’autres domaines encore. Sa capacité de recyclage en fin de vie en fait un élément souvent privilégié dans différentes utilisations.

Les alliages

Le nickel est fréquemment utilisé dans la fabrication d’alliages métalliques. Les aciers inoxydables sont le plus souvent composés de 68 % de nickel. Il permet aussi de créer des alliages non ferreux à hauteur de 10 %, en fonderie à 3 % et des accumulateurs à 4 %. Trois catégories d’alliages peuvent être distinguées : les alliages fer-nickel, les alliages cuivre-nickel et les superalliages.

En bijouterie

Associé à l’or, le nickel est utilisé pour obtenir une meilleure résistance mécanique ainsi que des couleurs originales. Du cuivre, du nickel et de l’or donnent de l’or jaune ou rosé, tandis que l’or et le nickel donnent de l’or blanc.

L’industrie et la production d’énergie

Le nickel est un métal précieux avec de nombreuses utilisations industrielles et énergétiques. Il intervient notamment dans la fabrication des aimants, des écrans magnétiques, des contacteurs électriques et des bougies de moteurs à combustion et à explosion, et des accumulateurs alcalins. Grâce à sa conductivité électrique élevée, il trouve également sa place dans les fils et câbles électriques.

En biochimie

En biochimie, les billes de nickel agarose sont utilisées comme matrice ou résine pour effectuer la chromatographie d’affinité des protéines ou leur purification après marquage. Ils garantissent une meilleure concentration et purification des protéines.

Les accumulateurs

Que ce soit pour les véhicules électriques, les appareils électroniques portables ou encore les installations de stockage d’énergie renouvelable, les batteries rechargeables sont désormais incontournables. Et dans ces équipements, le nickel joue un rôle primordial.

En effet, cet élément chimique fait partie des composants clés de nombreux accumulateurs alcalins comme les batteries fer-nickel, nickel-cadmium, nickel-métal hydrure et nickel-zinc. Il est aussi présent dans les cathodes des piles alcalines nickel-dioxyde de manganèse que l’on retrouve dans les appareils électroniques grand public.

La catalyse et la photochimie

En plus de son rôle d’élément d’alliage, le nickel est un important catalyseur dans les réactions d’hydrogénation. Entre autres, ces derniers trouvent une application dans la production d’huiles et de graisses saturées pour la fabrication notamment de la margarine et de certains savons.

Les sels de nickel de Raney ou de nickel de Sabatier-Senderens ont également des propriétés catalytiques qui se révèlent vraiment utiles dans l’hydrogénation de composés organiques. Ils trouvent aussi leur utilité dans la réduction de composés chimiques et la production de biodiesel. Les sels de nickel, tels que l’hydroxycarbonate, le chlorure, le sulfate ou encore l’hypophosphite, sont, quant à eux, utilisés dans différents secteurs industriels, comme l’électronique et la galvanoplastie.

En chimie radicalaire, les complexes de Ni(II) tels que les dialkylthiocarbamates, les thiobisphénolates ou encore les phosphites trouvent des applications en tant que piégeurs de radicaux libres et désactivateurs d’hydroxy-peroxydes. Certains complexes de Ni(II), tels que les thiophénolates alkyl-aminés, peuvent jouer un rôle stabilisant vis-à-vis de la lumière. Ils sont utilisés dans le stockage de l’énergie, pouvant être ensuite libérés par la chaleur, la fluorescence ou la phosphorescence.

Enfin, le nickel peut être utilisé comme cocatalyseur dans certaines enzymes où il est présent en tant que centre catalytique.

Les différents usages du nickel dans la vie courante

Si le nickel joue un rôle dans de nombreux secteurs industriels, il s’agit aussi d’un métal indispensable dans notre vie quotidienne. Que ce soit pour lutter contre la corrosion ou pour la fabrication de différents objets électroniques ou d’analyse, le nickel est un matériau incontournable.

Le nickelage pour lutter contre la corrosion

La corrosion est un phénomène qui affecte de nombreux métaux, notamment le fer. Pour prévenir ce phénomène, le nickelage se présente comme une solution à privilégier. Ce processus éprouvé implique un dépôt électrolytique de nickel sur la surface de l’objet. Cette dernière forme une fine couche de protection contre la corrosion et lui donne une finition brillante.

Les pièces de monnaie

Le nickel est un choix populaire pour la production de pièces de monnaie en raison de sa malléabilité et de sa résistance à l’usure. En effet, la qualité de ce matériau en fait un choix idéal pour les pièces qui doivent résister à une utilisation régulière et à l’usure constante. C’est d’ailleurs pour cette raison que les pièces de monnaie américaines, canadiennes et européennes (telles que les pièces d’un et de deux euros) sont toutes fabriquées avec du nickel.

Les spatules et les creusets pour l’analyse

Les spatules et les creusets sont des éléments indispensables pour l’analyse en laboratoire. À cette fin, le nickel est privilégié pour leur fabrication en raison de sa résistance à la corrosion et aux températures élevées. De plus, grâce à sa robustesse et à sa durabilité, ce métal est idéal pour une utilisation dans des processus chimiques et métallurgiques exigeants.

Les cuves pour le transport de produits corrosifs

Le nickel est un matériau précieux dans la production de réservoirs pour le transport de produits corrosifs tels que la soude caustique. Ce métal garantit une protection accrue contre les contaminations et les altérations des produits transportés. Il est ainsi utilisé dans les industries chimiques et pétrochimiques où les réservoirs en nickel peuvent préserver la qualité des produits stockés en toute sécurité.

Le recyclage

En Europe, environ 80 % des produits contenant du nickel arrivant en fin de vie sont collectés et recyclés, contre 50 % au niveau mondial.

La production de nickel et l’économie mondiale

Le nickel est un métal précieux qui trouve une application clé dans une variété d’industries, de l’électronique à l’informatique, en passant par l’aéronautique. Toutefois, les réserves sont limitées et de nombreuses études confirment aujourd’hui les risques de pénurie de ce métal stratégique.

À titre d’illustration, une étude menée par les experts du cabinet McKinsey, CRU et BRGM sur la disponibilité de ce matériau met en lumière les différentes problématiques qui auront un impact majeur sur l’avenir des métaux stratégiques moyennement rares. Parmi eux, on cite le cobalt, le tungstène et bien sûr le nickel. L’étain est un autre métal en risque de pénurie, en raison de la sous-estimation de la demande et de l’épuisement des mines faciles à exploiter.

Dans tous les cas, les conditions techniques et économiques actuelles, les risques géopolitiques, ainsi que le faible nombre d’acteurs dans la chaîne d’approvisionnement affectent l’exploitation de nouvelles matières premières en amont du développement des filières.

Cette étude souligne ainsi l’enjeu de la production de métaux stratégiques pour l’industrie mondiale et encourage la recherche de solutions alternatives et durables.

La production mondiale de nickel par pays

Le nickel est un métal stratégique important pour l’industrie automobile, aéronautique, électronique et de la construction. Sa production mondiale est concentrée dans quelques pays, avec une forte demande en Asie. La production de nickel minier est donc un enjeu majeur pour de nombreux pays.

Selon une étude réalisée par GlobalData, la production de nickel dans le monde a connu une baisse de 7,4 % en 2020, avec un total de 2 195 000 tonnes produites. Les données de l’Institut d’études géologiques des États-Unis révèlent une baisse d’environ 4 % de la production mondiale la même année, avec un total de 500 kt. Cette diminution de la production peut s’expliquer par différents facteurs, tels que la pandémie de la Covid-19 ou encore les restrictions environnementales.

Toutefois, les experts prévoient que la croissance du secteur du nickel sera stimulée par l’augmentation de la demande pour les alliages d’acier inoxydable et pour le marché des voitures électriques. Les dernières données publiées mettent également en évidence les cinq principaux producteurs de nickel dans le monde. En tête de liste se trouve l’Indonésie, avec une production de 760 kt, suivie des Philippines avec une production de 320 kt. La Russie occupe la troisième place avec une production de 280 kt, tandis que la France (Nouvelle-Calédonie) enregistre une production de 200 kt, se classant ainsi en quatrième position. L’Australie clôture ce classement avec une production de 170 kt.

Il convient de souligner que ce classement a considérablement changé depuis 2014. À cette époque, les principaux producteurs de nickel étaient classés comme suit :

Classement	Producteur	Production par tonne
1	Philippines	440 000
2	Russie	260 000
3	Indonésie	244 000
4	Canada	233 000
5	Australie	220 000
6	Nouvelle-Calédonie (France)	165 000
7	Brésil	126 000
8	Chine	100 000
9	Colombie	75 000
10	Cuba	66 000
11	Afrique du Sud	54 700
12	Madagascar	37 800
13	Macédoine^*	21 100
14	Botswana	19 600
15	Grèce	19 400

En ce qui concerne le nickel raffiné, la Russie est en tête des producteurs, représentant 20,7 % de la production mondiale. Le Japon, le Canada et l’Australie le suivent de près avec respectivement 13,5 %, 12,1 % et 9,6 %. L’ensemble composé de la France métropolitaine et de la Nouvelle-Calédonie se classe à la septième place avec une part de production de 4,2 %.

La production mondiale de nickel par entreprise

Le marché international du nickel est largement contrôlé par cinq industries minières majeures qui représentent près de 50 % de la production totale.

Norilsk, basée en Russie, est le leader incontesté du marché avec une production annuelle de 283 000 tonnes. Elle est suivie par Vale, l’entreprise minière brésilienne, qui produit environ 155 000 tonnes par an. BHP Billiton, le patron de WMC, trône à la troisième place avec une production annuelle d’approximativement 93 000 tonnes. Suivent enfin Glencore et Jinchuan Group International Resources Co. Ltd., respectivement quatrième et cinquième plus grands producteurs de nickel au monde.

L’histoire du nickel

Depuis des millénaires, le nickel est présent dans notre quotidien sous diverses formes. Utilisé à l’origine pour colorer le verre ou pour la confection de pièces de monnaie, ce métal a su se faire une place centrale dans une myriade de domaines grâce à ses propriétés mécaniques et physico-chimiques remarquables. De la création de nouvelles techniques de nickelage à la mise au point d’alliages de nickel pour améliorer la résistance des aciers et des fers, retour sur l’histoire du nickel et son évolution au fil des siècles.

L’utilisation ancienne et la découverte de nouvelles propriétés

Depuis 3500 av. J.-C., le nickel est utilisé dans différentes cultures à travers le monde. Entre autres, des bronzes découverts en Syrie contiennent jusqu’à 2 % de nickel, tandis que des manuscrits chinois indiquent que le cuivre blanc était utilisé en Chine entre le XVIIIe et le XVe siècle av. J.-C. Cependant, à cette époque, le minerai de nickel était souvent confondu avec celui d’argent, ce qui retardait la compréhension de son utilisation effective.

Par ailleurs, il y a environ 2 100 ans, dans la région de Bactria en Asie Mineure, les premières pièces de monnaie en cupronickel ont été produites. Elles étaient composées de près de 20 % de nickel, leur conférant une couleur blanc argenté. Ensuite, pendant le règne d’Euthydemus II, d’Agathocles et de Pantaléon, les pièces de cupronickel ont commencé à être frappées vers l’an 190 avant J.-C.

La fusion de la Mond Nickel Company et de l’International Nickel Company

En 1900, la Mond Nickel Company a connu une croissance spectaculaire grâce à l’exploitation d’un gisement de pyrrhotines nickélifères au Canada.

En octobre 1929, la compagnie Mond Nickel a été intégrée à l’International Nickel Company après que Robert Mond, fils aîné de Ludwig, ait donné son approbation pour l’exploitation du gisement situé à Sudbury, dans le Nord de l’Ontario, au Canada. Cette décision a été prise dans le but d’étendre les activités de la société et d’augmenter sa production du métal. La fusion de ces deux entreprises a ainsi permis à la compagnie d’améliorer sa position sur le marché mondial de l’extraction de métaux et de renforcer sa position dans l’industrie du nickel.

Le développement d’alliages de nickel

L’ajout de nickel à l’acier a révolutionné l’industrie métallurgique en améliorant considérablement les performances mécaniques et physiques des alliages. Grâce à des méthodes de production sophistiquées, l’incorporation de cet élément se fait désormais de manière plus précise et efficace, offrant ainsi des propriétés exceptionnelles à ces métaux. Par exemple, l’acier contenant 3 % de nickel est utilisé dans la fabrication des roues de wagons à grande capacité de charge, capables de supporter jusqu’à 160 kg/m². Les navires de guerre utilisent également des alliages de nickel pour un blindage optimal.

Le développement de nouvelles techniques

Le procédé de nickelage a vu le jour en 1834 grâce aux travaux du célèbre chimiste britannique Michael Faraday. Cette technique était initialement utilisée pour améliorer la résistance à l’oxydation des surfaces d’autres matériaux. Cependant, elle n’a réellement connu un essor important qu’à la Belle Époque grâce aux recherches menées par Louis Becquerel, Eugène Roseleur, George Adams et Josef Pfannhauser. Ces derniers ont élaboré un procédé à base de sulfate double de nickel et d’ammonium permettant la production de pièces nickelées.

Au fil des années, le nickelage est également devenu un procédé de galvanoplastie de plus en plus répandu. Les bains d’électrolyse contiennent souvent des quantités importantes de sulfate double de nickel et d’ammonium avec une densité de courant située entre 0,3 et 0,6 A/dm²

Enfin, au début des années 1920, les alliages de nickel ont commencé à être très demandés pour la fabrication d’ustensiles de cuisine. En conséquence, le procédé de nickelage est devenu un processus courant.

Les restrictions d’usage pendant la Seconde Guerre mondiale

La Seconde Guerre mondiale a eu un impact notable sur l’utilisation du nickel dans divers secteurs industriels. Leur incorporation dans les aciers des blindages étant cruciale durant la guerre, les belligérants ont limité son utilisation dans la production de pièces de monnaie.

Par ailleurs, bien que les restrictions aient été levées après la guerre, l’utilisation de nickel dans la bijouterie est aujourd’hui soumise à des réglementations strictes pour préserver la santé des utilisateurs. En effet, la teneur en nickel dans les bijoux est régulièrement contrôlée et ajustée suivant les normes en vigueur.

Toxicité du nickel

En très faible quantité et sous des formes assimilables par l’organisme, le nickel est considéré comme un oligo-élément pour les animaux et également indispensable à la croissance des plantes. Cependant, il peut être toxique pour l’Homme et l’environnement.

Effets sur la santé humaine

Bien que le corps simple de nickel sous forme massive et compacte ne soit pas considéré comme toxique, un contact prolongé et répété avec la peau et les muqueuses (nasale et buccale) peut entraîner des démangeaisons, des irritations et, dans certains cas, des réactions allergiques. D’ailleurs, le nickel est considéré comme le métal le plus allergène, avec plus de 12 % de la population mondiale qui y est allergique. Cette allergie se manifeste souvent par une dermatite de contact.

L’ingestion de sels de nickel dissous dans l’eau, quant à elle, peut provoquer des symptômes tels que des nausées, des vomissements et des diarrhées. De plus, il est connu que certains composés à base de nickel, comme le nickel tétracarbonyle, sont extrêmement dangereux et toxiques. Ce composé en particulier est considéré comme étant un carcinogène majeur. Le nickel tétracarbonyle est également présent dans les fumées et les vapeurs. Il représente ainsi un danger pour les personnes exposées à ces émissions.

En outre, le Centre international de recherche sur le cancer classe le nickel comme potentiellement cancérigène pour l’Homme. Selon les résultats de ses études, une exposition prolongée au nickel peut augmenter le risque de développer un cancer du poumon.

Contamination environnementale

Une concentration importante de nickel d’origine naturelle peut avoir des effets toxiques sur l’environnement. Les sols qui subissent notamment une contamination massive par le nickel deviennent impropres à la végétation, à l’exception de certaines espèces qui possèdent une résistance élevée.

Il faut également savoir que le monde est confronté à une émission annuelle de 24 000 à 87 000 tonnes de nickel dans l’atmosphère, en plus des 26 000 tonnes émises par les volcans ou l’érosion éolienne.

En matière de pollution de l’air en France, la combustion de pétrole et de charbon ainsi que l’industrie métallurgique sont responsables d’émissions estimées à 218 tonnes par an. Dans la région de la Seine-Normandie, l’Agence de l’eau a observé une présence d’environ une centaine de tonnes de nickel dans les cours d’eau, en grande partie due au ruissellement agricole. Outre cette source, la fabrication de pièces en euros, contenant des alliages de cuivre et de nickel, peut également causer une pollution au nickel.

Écotoxicité

La toxicité du nickel sur l’environnement est un sujet peu étudié. Cependant, on sait que le nickel a une forte affinité avec les ligands organiques contenant des thiols (SH-). La présence de tels ligands, de la matière organique dissoute (COD) et de la matière en suspension (MES) réduit sa toxicité.

Dans tous les cas, le nickel est dangereux pour l’environnement et la santé. Ses effets varient selon le milieu et la façon dont l’exposition a lieu. Des études ont montré que les mollusques aquatiques, notamment les escargots d’eau douce, bioconcentrent le nickel. Ainsi, l’absorption est bien plus risquée. En revanche, l’eau contenant du nickel est moins toxique pour les escargots que le sédiment ou leur nourriture.

En ce qui concerne les huîtres, elles sont vulnérables à partir de 349 μg/L de sulfate de nickel et les moules peuvent résister jusqu’à 891 μg/L. D’ailleurs, il faut savoir que les moules d’eau douce, comme la moule zébrée, accumulent une quantité non négligeable de nickel dans leur coquille.

Connexion

Panier (0)

Caractéristiques du nickel