Rhénium

Le rhénium, élément atomique n°75 de symbole Re : son histoire, ses propriétés, ses isotopes, sa production et ses applications.

En 1908, le chimiste japonais Masataka Ogawa aurait peut-être identifié l’élément atomique 75. En effet, il a découvert dans un minéral de thorianite de nouvelles propriétés. Il a attribué ces propriétés à un élément qu’il nomme nipponium et qui correspondait à l’élément 43. Cependant, ses travaux ont dû être abandonnés, car la communauté scientifique n’a pas pu renouveler sa découverte.

En 1914, des expériences de spectroscopie utilisant des rayons X menées par Henry Moseley confirment l’existence d’un élément se trouvant en position 75.

En 1925, Tacke et Noddack et Berg refont les expériences du physicien britannique avec du minerai de colombite et ils identifient le rhénium (Z=75) et le masurium (Z=43). Ces deux éléments disposent des mêmes propriétés chimiques que le manganèse. Cependant, ils ont échoué à reproduire l’expérience sur le masurium. Par conséquent, la découverte de l’élément 43 ne fut officialisée qu’en 1937 après les travaux menés par Carlo Perrier et Emilio Segrè.

En 1928, les Noddack (Noddack et Tacke se sont mariés en 1926) réussissent à isoler un gramme de rhénium à partir de 660 kg de molybdénite.

La reprise de l’extraction du rhénium à partir de 1950

En raison de la complexité et les exigences coûteuses du processus d’isolation du rhénium, sa production fut arrêtée jusqu’en 1950. À partir de cette année, la demande en rhénium a connu une forte hausse. En effet, il est utilisé avec le molybdène et le tungstène pour former des alliages de haute résistance, très demandés dans l’industrie.

Isotopes du métal rhénium

Le rhénium dispose de trente-cinq isotopes connus, dont les nombres de masse varient entre 160 et 194. Le ¹⁸⁵Re est le seul isotope stable, ce qui fait du Re un élément monoisotopique. Il possède également 21 isomères nucléaires. Similairement au vanadium, au lutécium, à l’europium, au rubidium, au lanthane et à l’indium, il coexiste avec ¹⁸⁷Re. Ce dernier est un isotope naturel avec une demi-vie de 41,2 milliards d’années (trois fois plus que l’âge de l’univers). Par conséquent, l’élément 75 n’est pas mononucléidique. Par ailleurs, comme dans le cas du tellure et de l’indium, ce radioisotope est le plus répandu des isotopes (62,6 % contre 37,4 %).

La masse atomique standard du rhénium est de 186,207.

La production du rhénium

Le rhénium est un métal de couleur gris à teinte argentée extrait de la molybdénite, sous la forme d’heptoxyde (Re₂O₇) dans le porphyre cuprifère. Ensuite, le Re₂O₇ est transformé en NH₄ReO₄ (perrhénate d’ammonium). En présence d’hydrogène, ce dernier est changé en rhénium métallique. Il est également possible d’obtenir du Re en recyclant les matériaux qui contiennent l’élément 75.

On produit en moyenne cinquante tonnes de rhénium par an dans le monde. En 2021, la majorité de la production mondiale était de :

• 15 % pour les États-Unis ;
• 16 % pour la Pologne ;
• 49 % pour le Chili.

Le prix du rhénium connaît une baisse depuis quelques années. En 2021, un kilogramme de rhénium, sous forme de pastilles pures à 99,99 %, était vendu à moins de 1000 USD.

Les diverses applications du rhénium

Le rhénium est un métal résistant très utilisé dans la fabrication de superalliages et il est largement utilisé dans l’aéronautique. Environ les trois quarts de la production de ce métal est employé pour la fabrication de turbines, notamment dans les moteurs à réaction. En 2008, dans son initiative sur les matières premières, la Commission européenne a souligné l’importance des superalliages au rhénium dans la fabrication des aéronefs modernes. En effet, le haut point de fusion du Re contribue à augmenter la résistance des matériaux à une température élevée.

Dans l’industrie pétrochimique, ce métal sert de catalyseur. On l’utilise ainsi pour produire de l’essence en recourant à la technique de reformage catalytique. Cette opération provoque des réactions chimiques servant à transformer des fractions pétrolières (naphtas lourds) en bases liquides à haut indice d’octane.

Le rhénium est un matériau capable de rendre le filament d’un four électrique beaucoup plus résistant à la chaleur. Il est également utile dans la conception de thermocouples.

L’élément 75 sert de joint dans les CED ou Cellules à Enclumes de Diamant. Surpassant l’acier inoxydable et les alliages du cuivre avec le béryllium (CuBe), le Re est privilégié pour sa forte résistance. En effet, la pièce en rhénium est placée entre deux diamants et supporte les pressions hydrostatiques élevées générées par les CED. Le ¹⁸⁶Re ainsi que le ¹⁸⁸Re sont deux isotopes radioactifs qui entrent dans la composition d’un traitement du cancer de foie. Ces isotopes sont des émetteurs bêta largement utilisés en thérapie par radionucléide. Le principal intérêt de la radiothérapie métabolique par rhénium chez un patient souffrant de métastases osseuses est de diminuer la douleur ressentie.