Avec une résistance à la traction de 1 510 mégapascals, nous savons maintenant que le tungstène est le métal naturel le plus fort sur Terre.
L’infographie d’aujourd’hui provient d’Almonty Industries, un producteur de tungstène, et elle révèle l’histoire du tungstène.
Intéressant, l’infographie montre que malgré la force du tungstène, la plupart des civilisations ont vécu sans aucune utilisation pratique du métal. C’est parce que le tungstène n’a pas été officiellement découvert avant le 18e siècle – même si, comme vous le verrez, il a été une épine dans le pied des métallurgistes pendant de nombreux siècles avant cela.
Du ciel
Comme tous les éléments dont le numéro atomique est supérieur à celui du fer, le tungstène ne peut pas être créé par fusion nucléaire dans des étoiles comme notre soleil.
Au lieu de cela, on pense que le tungstène est formé à partir des explosions d’étoiles massives. Chaque explosion de supernova a tellement d’énergie, que ces éléments nouvellement créés sont largués à des vitesses incroyables de 30 000 km/s, soit 10 % de la vitesse de la lumière – et c’est ainsi qu’ils se dispersent dans l’univers.
Les explosions de supernova ne se produisent pas souvent – en conséquence, dans chaque 1 000 000 de grammes de la croûte terrestre, il n’y a que 1,25 gramme de tungstène.
Une histoire insolite
Dans le tableau périodique, le tungstène figure sous la lettre « W ». C’est parce que deux noms pour le même métal sont en fait apparus simultanément.
« Wolfram »
WOLFRAM : dérivé des mots allemands WOLF (anglais : loup) et du mot moyen haut allemand RAM (anglais : dirt).
Au Moyen Âge, les mineurs d’étain en Allemagne se plaignaient d’un minéral (wolframite) qui accompagnait le minerai d’étain et réduisait les rendements d’étain lors de la fusion.
Avec son aspect longiligne et capillaire, la wolframite était considérée comme un « loup » qui mangeait l’étain. La wolframite a tourmenté les métallurgistes pendant plusieurs siècles, jusqu’à ce que le tungstène soit découvert et que des méthodes appropriées soient développées pour traiter le métal lourd.
« Tungstène »
TUNGSTEN : dérivé des mots suédois TUNG (anglais : lourd) et STEN (anglais : pierre) en raison de sa densité
La scheelite, l’autre minerai de tungstène important, a été découverte dans une mine de fer en Suède en 1750.
Il a suscité l’intérêt pour son incroyable densité – c’est pourquoi il a été nommé « pierre lourde ».
La découverte
Le métal a été découvert par le noble espagnol Juan José D’Elhuyar, qui a finalement synthétisé le tungstène à partir de la wolframite et de la scheelite – montrant qu’il s’agissait de deux minéraux issus du même nouvel élément.
Histoire des utilisations du tungstène
Les découvertes dans l’utilisation du tungstène peuvent être vaguement liées à quatre domaines : les produits chimiques, l’acier et les superalliages, les filaments et les carbures.
1847 : Les sels de tungstène sont utilisés pour fabriquer du coton coloré et pour rendre ignifuges les vêtements utilisés au théâtre et à d’autres fins.
1855 : Le procédé Bessemer est inventé, permettant la production massive d’acier. Au même moment, les premiers aciers au tungstène sont fabriqués en Autriche.
1895 : Thomas Edison étudie la capacité des matériaux à devenir fluorescents lorsqu’ils sont exposés aux rayons X, et découvre que le tungstate de calcium est la substance la plus efficace.
1900 : L’acier à grande vitesse, un mélange spécial d’acier et de tungstène, est exposé à l’Exposition universelle de Paris. Il conserve sa dureté à haute température, parfait pour être utilisé dans les outils et l’usinage.
1903 : Les filaments des lampes et des ampoules sont la première utilisation du tungstène qui tire parti de son point de fusion extrêmement élevé et de sa conductivité électrique. Le seul problème ? Les premières tentatives ont révélé que le tungstène était trop fragile pour être utilisé à grande échelle.
1909 : William Coolidge et son équipe de General Electric les États-Unis réussissent à découvrir un processus qui crée des filaments de tungstène ductiles par un traitement thermique et un travail mécanique appropriés.
1911 : Le procédé Coolidge est commercialisé et, en peu de temps, les ampoules en tungstène se répandent dans le monde entier équipées de fils de tungstène ductiles.
1913 : Une pénurie de diamants industriels en Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale conduit les chercheurs à chercher une alternative aux filières diamantées, utilisées pour le tréfilage.
1914 : « Certains experts militaires alliés pensaient qu’en six mois l’Allemagne serait épuisée en munitions. Les Alliés découvrirent bientôt que l’Allemagne augmentait sa fabrication de munitions et avait dépassé pendant un certain temps la production des Alliés. Ce changement était en partie dû à son utilisation d’acier rapide et d’outils de coupe en tungstène. À l’amère stupéfaction des Britanniques, on découvrit plus tard que le tungstène ainsi utilisé provenait en grande partie de leurs mines de Cornouailles. » – Tiré du livre de K.C. Li de 1947 « TUNGSTEN »
1923 : Une société allemande d’ampoules électriques dépose un brevet pour le carbure de tungstène, ou métal dur. Il est fabriqué en « cimentant » des grains de monocarbure de tungstène (WC) très durs dans une matrice de liant de métal de cobalt résistant par frittage en phase liquide.
Le résultat a changé l’histoire du tungstène : un matériau qui combine haute résistance, ténacité et haute dureté. En fait, le carbure de tungstène est si dur que le seul matériau naturel qui peut le rayer est le diamant. (Le carbure est l’utilisation la plus importante du tungstène aujourd’hui.)
Années 30 : De nouvelles applications sont apparues pour les composés de tungstène dans l’industrie pétrolière pour l’hydrotraitement des pétroles bruts.
1940 : Le développement de superalliages à base de fer, de nickel et de cobalt commence, afin de combler le besoin d’un matériau capable de résister aux températures incroyables des moteurs à réaction.
1942 : Pendant la Seconde Guerre mondiale, les Allemands sont les premiers à utiliser le noyau de carbure de tungstène dans les projectiles perforants à haute vitesse. Les chars britanniques ont pratiquement « fondu » lorsqu’ils ont été touchés par ces projectiles au carbure de tungstène.
1945 : Les ventes annuelles de lampes à incandescence sont de 795 millions par an aux États-Unis.
Années 1950 : A cette époque, le tungstène est ajouté dans les superalliages pour améliorer leurs performances.
1960s : De nouveaux catalyseurs naissent contenant des composés de tungstène pour traiter les gaz d’échappement dans l’industrie pétrolière.
1964 : Les améliorations de l’efficacité et de la production des lampes à incandescence réduisent le coût de la fourniture d’une quantité donnée de lumière par un facteur de trente, par rapport au coût à l’introduction du système d’éclairage d’Edison.
2000 : A ce stade, environ 20 milliards de mètres de fil de lampe sont tirés chaque année, une longueur qui correspond à environ 50 fois la distance terre-lune. L’éclairage consomme 4 % et 5 % de la production totale de tungstène.
Le tungstène aujourd’hui
Aujourd’hui, le carbure de tungstène est extrêmement répandu, et ses applications comprennent la découpe des métaux, l’usinage du bois, des plastiques, des composites et des céramiques tendres, le formage sans copeaux (à chaud et à froid), l’exploitation minière, la construction, le forage de roches, les pièces de structure, les pièces d’usure et les composants militaires.
Les alliages d’acier au tungstène sont également utilisés le dans la production de tuyères de moteurs de fusées, qui doivent avoir de bonnes propriétés de résistance à la chaleur. Les superalliages contenant du tungstène sont utilisés dans les aubes de turbine et les pièces et revêtements résistants à l’usure.
Cependant, au même moment, le règne de l’ampoule à incandescence a pris fin après 132 ans, alors qu’elles commencent à être éliminées progressivement aux États-Unis et au Canada.
