Portant le numéro atomique 22, le titane est un élément chimique appartenant au groupe 4 du tableau périodique. Son symbole est Ti et son poids atomique est de 48 u. Ce métal de transition est présent dans plusieurs minerais, mais on en trouve surtout en grandes quantités dans le rutile et l’anatase. Le titane dit « pur » désigne un métal au ton blanc qui se distingue par son poids léger et son excellente résistance. Il possède des propriétés physiques intéressantes, en l’occurrence sa résistance à l’érosion, à la corrosion et au feu, ainsi que sa biocompatibilité. D’ailleurs, grâce à ses propriétés mécaniques, dont sa capacité à se déformer sans rompre, il est sollicité pour fabriquer des pièces fines telles que les prothèses orthopédiques. Ses applications sont multiples, notamment dans l’aéronautique, le biomédical et le secteur industriel.
En 1791, le révérend William Gregor avait analysé du sable provenant de la rivière Helford, dans la vallée de Menachan, dans la région des Cornouailles, au Royaume-Uni. Ce minéralogiste et pasteur britannique avait procédé à l’isolation du sable noir, appelé communément « ilménite ». Il avait effectué de nombreuses opérations physico-chimiques. Il y avait extrait du fer via un procédé magnétique et avait traité le résidu à l’aide de l’acide chlorhydrique. Le révérend Gregor avait pu produire un oxyde impur d’un métal inconnu. Il le nomme « oxyde ménachanite ». Ce métal inconnu était du titane, mais ce minéralogiste l’ignorait encore.
Le professeur de chimie analytique allemand, Martin Heinrich Klaproth, avait repéré le même métal en 1795. Il avait analysé les propriétés du « schörlite rouge », connu aujourd’hui sous le nom de « rutile ». C’était à ce moment-là qu’il avait su que ce minerai renferme un métal inconnu semblable à celui que le révérend Gregor avait découvert quatre ans auparavant. Le professeur Klaproth le baptisa « Titane », un nom inspiré des « Titans » de la mythologie grecque. Cependant, il ne connaissait pas encore toutes les propriétés physico-chimiques de cet élément. En 1825, Berzelius avait isolé ce métal.
La production du titane pur à 99 % n’était possible qu’environ un siècle après la découverte de Gregor. C’était Matthew Albert Hunter, chercheur au Rensselaer Polytechnic Institute situé à Troy, dans l’État de New York, qui avait effectué cet exploit en 1910. Toutefois, les premières extractions de titane par ce scientifique n’avaient fait l’objet d’aucun développement industriel. Ce n’était qu’en 1939 que Wilhelm Justin Kroll avait pu mettre au point le procédé industriel de production de ce métal. Le processus qu’il avait utilisé était la réduction du TiCi4 avec du magnésium. Ce savant luxembourgeois exerçait le métier de métallurgiste et de chimiste. Il était également consultant à l’Union Carbide Research Laboratory de Niagara Falls, basée à New York.
Cet élément chimique dispose de nombreuses propriétés physiques intéressantes, en l’occurrence sa grande tenue à la corrosion et sa biocompatibilité.
Le titane possède une masse volumique de 4,51 g.cm-3, équivalente à environ 60 % de la masse volumique de l’acier. Il résiste fortement à la corrosion dans divers environnements tels que l’organisme humain et l’eau de mer. Ses caractéristiques mécaniques sont maintenues à un niveau supérieur jusqu’à approximativement 600 °C. D’ailleurs, celles-ci demeurent excellentes jusqu’aux températures cryogéniques.
Ce métal est disponible sous plusieurs formes. On en trouve notamment des lingots, des barres, des fils, des tubes, des billettes, des brames, des tôles et des feuillards. La valeur de susceptibilité magnétique du titane varie entre 1,8 et 2,3 x 10−4 (contre 3 x 105 pour le fer). Ce matériau est ainsi intéressant pour équiper des appareils de diagnostic par IRM. Les artefacts sont limités.
Le coefficient de dilatation de cet élément est de 8,5 × 10−6 K−1 en moyenne. C’est la moitié de celui de l’aluminium, mais il se rapproche de celui de l’acier. Son module d’élasticité longitudinal, appelé aussi « module de Young » est compris entre 100 000 et 110 000 MPa. Il est largement bas par rapport à celui de l’acier inoxydable (220 000 MPa). Cette caractéristique rend ce métal plus avantageux, notamment pour sa biocompatibilité (capable de ne pas dégrader et de ne pas contaminer le milieu biologique dans lequel il se trouve).
Le titane pur permet une transformation allotropique de type martensitique autour de 882 °C.
Si la température est inférieure à 882 °C, l’élément aura une structure cristallographique hexagonale pseudo-compacte, nommée Ti α (groupe d’espace numéro 194 P63/mmc).
a = 0,295 nm, c = 0,468 nm, c/a = 1,587
Si la température dépasse les 882 °C, l’élément aura une structure cristallographique cubique centrée, appelée Ti β.
a = 0,332 nm
On appelle « transus β » la température de transition α → β. La température exacte de transformation varie selon les éléments substitutifs et interstitiels présents. Elle dépend donc du taux de pureté du métal.
Dans la nature, le titane est présent sous forme de cinq isotopes, à savoir le 46Ti, le 47Ti, le 48Ti, le 49Ti et le 50Ti. Le 48Ti s’avère l’isotope le plus abondant (73,8 %). Le 44Ti est le plus stable, car il peut exister jusqu’à 63 ans (demi-vie).
À l’instar de nombreux métaux de transition, le titane peut être disponible sous plusieurs états d’oxydation. Il est notamment possible de trouver quatre différents oxydes, en l’occurrence :
Le monoxyde de titane peut être obtenu à partir du titane métallique ou du dioxyde de titane soumis à une température de 1 500 °C.
Ce métal possède de multiples propriétés mécaniques intéressantes. Voyons-les ci-après.
Les pièces en titane, qui subissent des chocs de particules en suspension, résistent fortement à l’érosion grâce à leur couche d’oxyde solide et adhérente. De plus, cette couche a l’avantage de se régénérer. En revanche, l’érosion de ce métal dans l’eau de mer s’amplifie, car le débit est plus élevé ou la granulométrie est plus faible.
Dans les conditions normales de température, le titane est mécaniquement résistant. Cet élément possède une meilleure ductilité. Il présente une résistance spécifique supérieure à celle de l’acier ou de l’aluminium. Face à la température, sa résistance décroît avec un replat entre -25 °C et 400 °C. Dans les conditions de températures cryogéniques, lorsque la température se situe à moins de -50 °C, ce métal gagne en résistance. En revanche, sa ductilité diminue significativement.
Le titane garantit une excellente résistance au feu, en particulier au feu d’hydrocarbures. En effet, une étude a montré qu’un tube en titane de 2 mm d’épaisseur peut résister à une pression de 10 atm combinée avec un feu d’hydrocarbures à 600 °C. D’ailleurs, durant cette expérience, ce tube n’a subi aucun dommage et n’a risqué ni déformation ni explosion. C’est la couche d’oxyde de titane qui permet d’atteindre cette grande résistance au feu. Celle-ci empêche l’hydrogène de pénétrer dans le matériau. De plus, ce type de métal dispose d’une faible conductivité thermique, le protégeant des hautes températures.
Au même titre que l’or ou le platine, le titane fait partie des métaux les plus biocompatibles. Il résiste fortement aux fluides corporels. Outre cela, l’élasticité (100 000 à 110 000 MPa) facilite le remodelage osseux. L’os est ainsi obligé de travailler, un procédé qui permet de prévenir l’ostéoporose péri-implantaire et le stress shielding. Tous ces avantages font du titane un excellent biomatériau. Il convient de préciser tout de même qu’une élasticité trop élevée peut avoir un effet néfaste sur la fonction d’un biomatériau. Ce dernier pourrait subir une déformation intempestive.
Pour protéger le titane des risques de grippage, aucune solution ne satisfait jusqu’à présent les scientifiques. Ces derniers ont notamment testé l’oxydation, la boruration, la nitruration et la carburation du titane. Ils ont été confrontés à des problèmes technologiques en termes d’adhérence et de réalisation. De plus, lorsque la surface de ce métal reçoit des traitements, sa nature et sa structure changent. Ainsi, il convient de réaliser cette opération en toute vigilance. Une analyse approfondie de l’influence de ces traitements devrait être effectuée avant de les utiliser. En général, ces produits réduisent plus ou moins la résistance du métal, mais augmentent la fatigue de ce dernier.
Qu’en est-il des propriétés chimiques de cet élément ? Est-ce qu’il résiste à la corrosion (classique ou spécifique) ? Explications.
Étant extrêmement oxydable, le titane est classé proche de l’aluminium, du magnésium et du zinc dans la série des potentiels électrochimiques standards. Il ne peut pas donc être considéré comme un métal noble. Son domaine de stabilité thermodynamique n’a rien de commun avec celui de l’eau. Il est d’ailleurs largement inférieur à celui de l’eau.
Ce métal de transition affiche une forte résistance à la corrosion grâce au développement d’une couche protectrice passive. Cette dernière est épaisse de quelques fractions de micromètre. Elle est composée en grande partie d’oxyde TiO2. Elle est appréciée pour sa grande adhérence et sa compacité.
Si la surface subit une rayure, l’oxyde se régénère spontanément dans un environnement où il y a de l’eau ou de l’air. Ainsi, le titane est inaltérable dans l’air, l’eau douce et l’eau de mer. Par ailleurs, la couche d’oxyde demeure stable sur un large panel de potentiel, de pH et de température.
Cependant, le caractère protecteur de cette couche baisse dans les circonstances suivantes :
La plupart du temps, les chimistes utilisent les réactifs d’attaque à base d’acide fluorhydrique pour relever les micrographies. Pendant une réaction par cet acide, des cations titane (II) et (III) se forment. Néanmoins, il est possible de réduire la réactivité des solutions acides en ajoutant des agents oxydants et/ou des ions lourds métalliques. En effet, l’acide chromique ou nitrique et les sels de fer, de cuivre, de nickel ou de chrome constituent de bons agents inhibiteurs.
L’adjonction d’éléments d’addition permet de réduire l’activité anodique du titane et de changer les équilibres électrochimiques. Ce procédé vise notamment à augmenter sa résistance à la corrosion. D’ailleurs, des éléments spécifiques peuvent y être ajoutés en fonction des desiderata de modifications. Parmi les adjuvants classiques, les plus sollicités sont :
Il est bon de souligner que ces trois méthodes peuvent être effectuées simultanément.
Le titane réagit peu aux modes spécifiques de corrosion, en particulier à la corrosion caverneuse et à la corrosion par piqûre. Il est à préciser que ces phénomènes sont seulement constatés en cas d’usage dans un domaine voisin d’une limite pratique de résistance à la corrosion classique. Ainsi, les risques de corrosion sous contrainte se manifestent dans les cas ci-après :
Les deux structures allotropiques du titane réagissent différemment à ce type de corrosion. En effet, le Ti α est particulièrement sensible, contrairement au Ti β.
Nous allons expliquer ci-après quelles sont les méthodes de purification de ce métal.
Conçu en 1925 par Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer, ce procédé est utilisé pour la première fois pour isoler le zirconium. Il est basé sur la formation réversible d’iodure volatile, qui est convertie à nouveau en métal pur.
Le titane à purifier doit être chauffé sous vide dans un creuset à 800 °C en présence d’iode. Puis, cette méthode entraîne la formation d’un iodure de titane (TiI4) et la volatilisation du métal. Sous la pression atmosphérique, le TiI4 dissout à 150 °C et bout à 377 °C. Sous une pression plus réduite, ses températures d’ébullition sont moins élevées.
Par convection, le tétraiodure gazeux s’évapore. Puis, au contact d’un filament de tungstène chauffé à blanc (1 400 °C), il est décomposé. Au cours du dépôt du métal, la conductivité électrique du filament augmente progressivement.
Ti + 2I2 → TiI4
Par adjonction du magnésium, cette méthode provoque la réduction de l’oxyde de titane pour obtenir du titane pur. Elle se passe en quelques étapes importantes :
Il est à noter que le procédé Kroll n’a pas vraiment évolué dans son principe physico-chimique depuis sa première utilisation industrielle en 1945. Néanmoins, une hausse du rendement est observée.
Le procédé de Hunter se déroule presque de la même façon que le procédé Kroll. La seule différence est que l’on utilise du sodium pour « réduire » le tétrachlorure de titane. Cette méthode est aujourd’hui rarement employée en raison de son coût relativement élevé.
Malgré cela, elle figure parmi les procédés les plus fiables afin d’extraire et de purifier le titane. Certains fabricants y recourent quand ils veulent extraire une grande quantité de titane ou lorsque ce métal est lié à un grand nombre d’autres éléments.
À l’issue du procédé de purification (de Hunter ou de Kroll), le produit fini obtenu possède une structure poreuse ressemblant à une époque. C’est pour cette raison qu’il est appelé « éponge de titane ».
L’éponge de titane est écrasée en petits copeaux qui seront ensuite homogénéisés à l’aide d’un mélangeur, sous gaz neutre ou sous aspiration violente. Cette méthode permet d’éviter l’inflammation des particules fines de titane, susceptible de provoquer la formation d’oxynitrure de titane.
Par la suite, le lot homogène de titane est compressé à froid à l’aide de la matrice d’une presse. Il est transformé en un cylindre dense, connu sous le nom de « compact ». Grâce à la densité relative de ce compact, toute manipulation est possible pour créer une électrode primaire :
Il est ainsi possible d’utiliser diverses techniques de fusion afin d’obtenir un lingot de titane pur à 99,9 %. Ce sont :
Cette dernière technique consiste à fusionner les électrodes de titane par refusion à l’arc sous vide. Ainsi, un arc électrique de faible tension (30 à 40 V) et de haute intensité (20 000 à 40 000 A) se forme entre le bas de l’électrode de titane et un creuset en cuivre refroidi à l’eau. Plus précisément, le bas de l’électrode est chauffé pour dépasser la température du liquidus. Pendant ce temps, le métal fond et des gouttelettes tombent dans un puits liquide placé dans une gaine métallique, appelé « peau du lingot ». Il convient de refondre le lingot maintes fois en fonction de la pureté attendue.
Un fabricant peut créer un lingot de titane pur à partir d’une matière fondue composée :
Il peut obtenir des lingots d’alliage de titane en ajoutant à la matière titane des éléments d’addition tels que l’aluminium et le vanadium. Le plus souvent, on utilise l’alliage TiAl6V4 qui représente plus de la moitié de l’usage d’alliages de titane dans le monde.
Selon les procédés de fusion employés et les attentes en termes d’homogénéité des produits obtenus, un lingot peut être refondu deux ou trois fois. En général, les lingots sont convertis par forgeage à chaud et par usinage afin de fabriquer des demi-produits sous forme de brame, de billette ou de bloom.
Ensuite, un fabricant peut recourir au laminage, au forgeage, à l’extrusion, à l’usinage ou à une autre technique de transformation pour affiner les produits finis. Ces derniers peuvent prendre la forme d’une feuille, d’une bobine, d’une plaque, d’une barre, d’un câble, etc. Les fabricants recourent généralement au lingot de fusion associé à du scrap de quantité variable pour produire des pièces de fonderie.
Le titane métallique est rare et cher. Toutefois, le dioxyde de titane est accessible à des prix moins élevés. Il est suffisamment abondant. On en trouve notamment sous forme de pigment blanc utilisé dans la production des plastiques et des peintures. Cette poudre de TiO2 est connue pour son inertie. Elle est particulièrement opaque et résistante à la lumière naturelle. Il est à noter que le dioxyde de titane pur affiche un indice de réfraction élevé, soit 2,70 à λ = 590 nm. D’ailleurs, il possède une dispersion optique supérieure à celle du diamant.
Le titane sous forme métallique est grandement inflammable. Les sels de titane sont considérés comme un produit non dangereux. Les composés chlorés tels que le TiCl3 et le TiCl4 peuvent être corrodés. Le titane ne joue aucun rôle biologique. Cependant, il peut se déposer dans les tissus vivants en présence du silicium.
Le titane n’est pas considéré comme une substance rare sur la Terre. Il est classé au neuvième rang des éléments les plus abondants dans la croûte terrestre. Il tient d’ailleurs la cinquième place parmi les métaux les plus abondants. Sa teneur moyenne dans la croûte terrestre s’établit à 0,63 %.
Ce métal est présent dans le Soleil, les météorites et les étoiles, ainsi que dans le charbon, le corps humain et les plantes. Ses raies sont fortement notables pour les étoiles de type M. Lors de la mission spatiale « Apollo 17 », des roches ont été importées de la Lune et celles-ci sont constituées à 12,1 % de TiO2.
Par ailleurs, la majorité de minéraux, de sols et de roches renferme de petites quantités de titane. En effet, 87 minéraux ou roches contiennent au moins 1 % de titane. En revanche, il existe peu de minerais riches en titane, en l’occurrence :
Le titane présent sur la Terre est majoritairement sous forme d’anatase ou de titanomagnétite. Le problème est que l’exploitation de ces deux minerais n’est pas économiquement intéressante si l’on se sert des technologies modernes. Seuls le rutile, l’ilménite et le leucoxène sont faciles à exploiter et à traiter. Ils permettent donc de réaliser de grands bénéfices.
Les principaux gisements de titane se trouvent en Australie, en Amérique du Nord, en Scandinavie, à Madagascar, en Russie, en Malaisie, en Chine, en Inde et en Afrique du Sud. La réserve mondiale totale de ce métal serait de deux milliards de tonnes. Cela inclut la réserve qui ne peut être exploitée économiquement et/ou technologiquement. En 2005, les réserves prouvées d’ilménite et de rutile riche en dioxyde de titaneutilisable et exploitable s’élevaient à 600 millions de tonnes (chiffre de l’U.S. Geological Survey). Elles étaient réparties comme suit :
Les 9 % restants sont dispersés dans divers autres pays.
Les producteurs de titane à haute pureté sont peu nombreux. De plus, ils se concentrent dans les régions où la demande intérieure est forte. Ce métal constitue un matériau stratégique pour certains secteurs, dont le militaire, l’aéronautique et la filière d’énergie. Ainsi, les pays industrialisés possèdent leur propre industrie de production de titane. Récemment, la Chine et l’Inde commencent aussi à produire du titane pour soutenir leurs plans pluriannuels de développement de l’industrie de défense. Les capacités réelles de production de chaque pays restent floues du fait que les produits finis sont destinés à répondre aux besoins stratégiques intérieurs.
Grâce au développement de l’industrie dans le monde libéral, les producteurs occidentaux avaient l’opportunité d’augmenter leur offre jusqu’à ce que ceux des pays de l’ex-URSS viennent les concurrencer. Jusqu’en 1990, les prix du titane sur le marché dépendent des coûts de production des pays occidentaux (États-Unis, Japon et Europe de l’ouest). Ils étaient également basés sur le positionnement par spécialisation de produits de ces producteurs, conduisant à un certain lobbying. En 2021, la production mondiale totale de titane métallique est estimée à plus de 20 milliards de dollars américains.
L’émergence des fournisseurs russes, ukrainiens et chinois a apporté un grand changement sur le marché. Les États-Unis et le Japon dominent le marché. Ainsi, les nouveaux producteurs sont contraints de proposer des prix plus bas pour avoir des parts de marché. Cette baisse de prix est possible en raison des coûts de production plus maîtrisés. Dans ce contexte de concurrence féroce, l’offre se diversifie. Il est bon de noter que la France figure parmi les grands importateurs de titane dans le monde.
En 2022, la Chine est considérée comme le premier producteur de matériaux en titane (lingot, plaque, bobine, tube…). Elle a assuré presque la moitié de la production mondiale. La hausse de la demande de produits aérospatiaux et chimiques a entraîné une augmentation des prix du titane. Il convient aussi de souligner l’usage de dérivés de ce métal dans la fabrication des solutions d’énergies alternatives. Cela pourrait faire grimper davantage les prix qui sont aujourd’hui basés sur le marché chinois. En août 2022, à titre indicatif, les lingots de titane de niveau 1 coûtaient en moyenne 87 à 90 ¥/kg. Même si le titane chinois domine le marché, sa qualité ne convient pas à l’industrie aéronautique.
Le titane est utilisé dans plusieurs secteurs, notamment le militaire, l’aérospatiale, l’aéronautique, le sport, la médecine et l’industrie.
La forme de titane la plus fréquemment utilisée est le dioxyde de titane (TiO2). En effet, en 2017, 95 % du minerai de titane mondial, notamment l’anatase, était traité pour produire du dioxyde de titane. Ce pigment constitue un composant important des peintures pour les murs des bâtiments, les matières plastiques, les produits médicamenteux, le papier, etc.
Notons que la peinture à base de dioxyde de titane est résistante à de hautes températures et aux agressions corrosives des milieux marins. Elle est également un excellent réflecteur des rayons infrarouges. C’est pourquoi ce type de peinture est grandement employé par les astronomes.
Certains dispositifs de dépollution se servent de l’une des formes du dioxyde de titane comme un photocatalyseur de réactions chimiques. En raison de son caractère inerte, ce composé substitue aussi à la céruse, qui est bannie à cause de sa toxicité. Il entre donc dans les compositions de certains médicaments, cosmétiques et produits alimentaires.
Il convient toutefois de préciser que, depuis 2021, l’Autorité européenne de sécurité des aliments considère le TiO2 comme dangereux en tant qu’additif alimentaire. Cela est dû au fait que ce composé agit comme catalyseur dans des réactions chimiques.
Le dioxyde de titane sous forme nanoparticulaire joue le rôle de filtre ultraviolet dans certaines crèmes solaires. Grâce à son opacité, il possède un pouvoir couvrant exceptionnel. Il résiste au temps et à la décoloration en cas d’exposition au soleil. Il rend plus claires et brillantes les substances chimiques brunes ou grises qui sont utilisées pour fabriquer des articles ménagers en plastique.
Le titane sous forme de métal s’impose aujourd’hui comme une alternative économique qui permet de limiter les coûts d’exploitation. Il est particulièrement rentable lorsque les concepteurs considèrent seulement les propriétés et les caractéristiques spécifiques de ce matériau. En revanche, ce choix est à éviter si les fabricants veulent s’en servir pour remplacer un autre métal. Dans ces, il n’est pas du tout rentable.
À titre d’exemple, dans des exploitations pétrolières offshore, les coûts de fabrication et d’installation des tubes de forage en titane sont deux fois moins chers que ceux des tubes en acier. De plus, grâce à la résistance à la corrosion du titane, les coûts liés aux opérations de revêtement des tubes sont plus réduits. Ce matériau est d’ailleurs trois à cinq fois plus durable que l’acier. La valeur de sa résistance spécifique élevée est idéale pour garantir la finesse et la légèreté des tubes.
L’aéronautique figure parmi les domaines d’application du titane les plus anciens. Cet élément y est vraiment sollicité pour ses caractéristiques spécifiques. À notre ère, il représente 6 à 9 % de la masse des avions. Il sert surtout à fabriquer des pièces forgées et des pièces coulées. Dans l’aéronautique, les moules en céramique des pièces coulées de titane sont fabriqués via une technique de cire perdue :
En revanche, les moules en sable comprimé sont utilisés pour réaliser de grosses pièces telles que les canons et les pompes. Ainsi, la coulée s’effectue par centrifugation ou par gravité. Certains fabricants recourent d’ailleurs à des techniques d’impression 3D au départ de poudre de titane.
Le titane est également utilisé pour réaliser des boulons, des écrous et des éléments de moteurs (aubes de compresseurs, disques de compresseurs, aubes Fan, carter Fan, carters structuraux…). Dans ces cas, la température maximale d’utilisation est fixée à 600 °C. Le titane peut se former à 800 °C. Sa superplasticité qui se forme à 920 °C offre la possibilité d’avoir des formes encore plus sophistiquées. Par ailleurs, le titane est employé en tant qu’élément de structure lorsque des composites au carbone sont présents.
Le titane constituait l’un des composants de fabrication d’éléments du moteur Vulcain d’Ariane 5. Il était mélangé au composé H2 / O2 et à sa combustion. Ainsi, d’un côté, les rouets centrifuges subissent des températures cryogéniques et de l’autre, des températures de la combustion.
Ce métal de transition est également le matériau constituant du réservoir aux gaz de propulsion pour les satellites. Il est notamment sollicité pour ses propriétés cryogéniques élevées et sa grande tenue à la corrosion. Par ailleurs, il est utilisé pour réaliser des outils embarqués dans les stations spatiales en raison de son caractère amagnétique. En apesanteur, les pièces en titane peuvent être placées à proximité des équipements électroniques et électriques sans risque de produire ni arc ni perturbation électromagnétique.
Outre cela, cet élément est employé pour mettre au point les ailettes des lanceurs réutilisables Falcon 9 de SpaceX. Grâce à sa résistance thermique élevée, il prolonge la durée de vie de ces ailettes qui sont en activité maintes fois, sans nécessiter d’entretien difficile.
Il est bon de noter que la quantité de titane importée par l’Union européenne est de 70 000 tonnes par an. Les deux tiers sont destinés à l’industrie aéronautique et spatiale. En effet, la Russie était le premier fournisseur de titane de l’aéronautique mondiale à travers la société VSMPO-AVISMA. Cette dernière détient plus du quart du marché mondial. Elle approvisionne, via des contrats à long terme, de grands groupes industriels tels qu’Airbus et Safran.
Le titane est particulièrement sollicité dans le secteur de la chimie. Il existe par exemple des tubes fabriqués à partir de ce matériau dans plusieurs condenseurs. Résistant à l’abrasion ou à la corrosion, ce type de métal procure une meilleure durabilité à ces dispositifs.
Cet élément est aussi aperçu sous forme de réacteurs dans les raffineries, grâce à sa bonne résilience à CO2 et à H2S. En raison de sa résistance au Cl, il est d’ailleurs utilisé dans le processus de blanchiment des pâtes chimiques destinées à la confection de papier. Au Japon, sa résistance aux agents biologiques et à la corrosion fait de lui un excellent composant pour le traitement des eaux.
Le titane sert à mettre au point le blindage pour des véhicules, des navires ou des cockpits d’avions de chasse. Il est choisi pour ses propriétés mécaniques, son caractère non corrosif et sa résistance au feu. Aux États-Unis, ce matériau sert même à construire la carrosserie de certains véhicules militaires légers.
En Russie, le titane constitue un matériau de construction de nombreux sous-marins nucléaires. C’est l’une des utilisations les plus incroyables de ce métal. Il existe notamment le sous-marin « classe Alfa », dont la coque est fabriquée entièrement à partir de ce matériau très résistant. Il peut ainsi accéder à de plus grandes profondeurs.
Grâce au caractère amagnétique du titane, le sous-marin ne peut pas être détecté par les dispositifs d’observation satellitaires. Ces derniers emploient les changements ponctuels du champ magnétique terrestre produits par les coques en acier. Il est cependant à noter que ce procédé n’est plus d’actualité. Aujourd’hui, des circuits électroniques spécialisés sont ajoutés dans les structures des sous-marins, les rendant imperceptibles.
Dans le secteur militaire, le titane compte parmi les matériaux indispensables durant les guerres. L’inconvénient principal des coques en titane est leur coût élevé, car ce métal est difficile à souder.
L’utilisation du titane dans le domaine médical est reconnue depuis plus de cinquante ans. En effet, les premiers implants dentaires réalisés à partir de ce matériau furent posés par le professeur Per-Ingvar Branemark en 1964.
En raison de sa biocompatibilité, ce métal est de plus en plus sollicité. Il sert notamment à fabriquer des prothèses, car l’os y adhère de manière spontanée. De plus, il est mécanocompatible. Cependant, de nos jours, les chercheurs étudient encore le véritable intérêt de l’employer dans les branches de l’ostéosynthèse et de la chirurgie.
Dans le domaine de l’odontologie, le titane permet de réaliser d’implant dans l’os pour les supports de prothèses et la fabrication d’armatures ou de chapes prothétiques. En endodontie, le composé NiTi est employé sous forme de minuscules limes super-élastiques. Ces dernières servent à arranger les canaux dentaires pour les dévitalisations.
En orthodontie, grâce à son élasticité et à sa capacité de mémoire de forme, le titane constitue le matériau privilégié pour créer des arcs servant à rectifier la position des dents. Ce métal entre aussi dans la construction des bobines supraconductrices des dispositifs de diagnostic à IRM. Dans ce cas, il est mélangé au niobium.
Il convient de préciser l’existence du matériel en titane dans le secteur de la chirurgie, en l’occurrence, les forets creux refroidis à l’eau. Contrairement à l’acier, un débris de ce métal ne causera aucune infection postopératoire s’il se trouve dans l’organisme. Cela est possible en raison de son aspect biocompatible.
Aux États-Unis, le titane est employé dans les circuits secondaires de réacteurs nucléaires pour réduire les arrêts de tranches coûteux. Cet élément sert également à fabriquer les canalisations et les carters dans la géothermie, ainsi que des tubes droits ou en forme de U dans les échangeurs de chaleur. Il est ainsi choisi pour sa résistance à l’érosion et sa grande tenue à la corrosion.
En raison de sa résistance spécifique mécanique supérieure, ce métal est présent sous forme d’aubes dans les turbines génératrices de vapeur. Ainsi, les risques de rupture d’aubes sont minimisés et les arrêts de centrale sont significativement limités.
Les constructeurs automobiles allemands, américains et japonais intègrent des pièces en titane dans leurs voitures de tourisme. Dans ce cas, ce métal rend plus légères les structures, en vue de réduire la nuisance sonore et les émanations du moteur. Dans ce secteur, il sert notamment à construire des ressorts, des soupapes et des bielles.
Les ressorts en titane profitent grandement des propriétés mécaniques de cet élément. En effet, le module de Young du titane est deux fois inférieur à celui de l’acier. Donc, il nécessite deux fois moins de spires. Grâce à sa faible densité (deux fois inférieure à celle de l’acier), le ressort jouit d’une grande légèreté. De plus, il est quatre fois moins encombrant que l’acier dans la suspension. Outre cela, sa durée de vie est presque illimitée et sa résistance à la salinité est un atout inégalé.
Le titane constitue un métal de transition doté d’une couche 3D électrostatiquement moins écrantée. Il joue ainsi le rôle d’un dopant pour la création du milieu amplificateur de lasers accordables tels que le laser titane-saphir. Les amplificateurs optiques « saphir dopé titane » présentent une courbe de gain particulièrement élargi. On obtient une forte accordabilité en fréquence. Depuis 1981, ce matériau est aussi employé dans un autre domaine de l’optique, notamment la fabrication des montures de lunettes. Il est à la fois flexible, léger, résistant et biocompatible.
Dans le cyclisme, des fabricants de vélos privilégient le titane pour fabriquer des cadres de qualité premium. Ce matériau possède une légèreté comparable à celle du carbone et une résistance supérieure à celle de l’acier. Il est également utilisé pour construire des guidons de trottinette freestyle (résistants aux chocs et légers). En alpinisme, il sert à réaliser des mousquetons. Dans ce contexte, c’est surtout sa résilience aux températures cryogéniques qui intéresse les fabricants.
En architecture, le titane joue le rôle de matériau de recouvrement en raison de son aspect esthétique et de sa faculté à se couvrir d’une couche d’oxyde résistante. Par exemple, il a été sollicité pour construire la sculpture « The Shoal » à Londres, au Royaume-Uni et le musée Guggenheim à Bilbao, en Espagne.
En pyrotechnie, le titane sous forme de copeaux est mélangé avec de la poudre noire pour créer des étincelles blanches. Il peut aussi être combiné aux perchlorates, générant ainsi de fortes explosions.
Ce métal léger et résilient est utilisé dans la fabrication d’armures médiévales. Comparées aux armures classiques en acier (30 kg), celles en titane (15 kg seulement) sont plus efficaces et plus confortables.
En joaillerie, il est sollicité pour fabriquer des bijoux de piercing et des bijoux artisanaux. Son caractère inerte et sa belle couleur (obtenue par anodisation) sont particulièrement appréciés dans ce secteur.
De nombreuses autres applications sont possibles, pour ne citer que :
Enfin, il est bon de noter que les couples peuvent célébrer leurs noces de titane au 72e anniversaire de leur mariage. Par ailleurs, cet élément chimique résistant représente le onzième niveau dans la progression de la sarbacane sportive.
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