Manganèse

Occurrence, utilisations et propriétés

Le manganèse combiné à d’autres éléments est largement distribué dans la croûte terrestre. Le manganèse est le deuxième après le fer parmi les éléments de transition pour ce qui est de son abondance dans la croûte terrestre ; il est à peu près semblable au fer pour ce qui est de ses propriétés physiques et chimiques, mais il est plus dur et plus cassant. Il est présent dans un certain nombre de gisements importants, dont les minerais les plus importants (qui sont principalement des oxydes) se composent essentiellement de dioxyde de manganèse (MnO2) sous forme de pyrolusite, de romanechite et d’ouate. Le manganèse est essentiel à la croissance des plantes et intervient dans l’assimilation des nitrates chez les plantes vertes et les algues. C’est un oligo-élément essentiel chez les animaux supérieurs, chez lesquels il participe à l’action de nombreuses enzymes. Une carence en manganèse provoque une atrophie des testicules. Un excès de cet élément chez les plantes et les animaux est toxique.

Les minerais de manganèse sont principalement produits par l’Australie, l’Afrique du Sud, la Chine, le Gabon et le Brésil. De vastes zones du plancher océanique sont couvertes de nodules de manganèse, également appelés nodules polymétalliques, des concrétions de manganèse avec un peu de fer, de silicium et d’aluminium. On estime que la quantité de manganèse contenue dans les nodules est bien supérieure à celle des réserves terrestres.

La majeure partie du manganèse produit est utilisée sous forme d’alliages de ferromanganèse et de silicomanganèse pour la fabrication de fer et d’acier. Les minerais de manganèse contenant des oxydes de fer sont d’abord réduits dans des hauts fourneaux ou des fours électriques avec du carbone pour donner du ferromanganèse, qui est à son tour utilisé dans la fabrication de l’acier. L’ajout de manganèse, qui a une plus grande affinité pour le soufre que le fer, transforme le sulfure de fer à bas point de fusion de l’acier en sulfure de manganèse à haut point de fusion. Produit sans manganèse, l’acier se brise lorsqu’il est laminé à chaud ou forgé. Les aciers contiennent généralement moins de 1 % de manganèse. L’acier au manganèse est utilisé pour des applications très difficiles ; contenant 11 à 14 % de manganèse, il offre une surface dure, résistante à l’usure et autorenouvelable sur un noyau dur et incassable. Le manganèse pur produit par électrolyse est principalement utilisé dans la préparation d’alliages non ferreux de cuivre, d’aluminium, de magnésium et de nickel et dans la production de produits chimiques de haute pureté. Pratiquement tous les alliages commerciaux d’aluminium et de magnésium contiennent du manganèse pour améliorer la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques. Les boîtes de conserve en aluminium contiennent environ 1,5 % de manganèse. (Pour des informations détaillées sur l’extraction, le raffinage et les applications du manganèse, voir le traitement du manganèse.)

Tout le manganèse naturel est l’isotope stable manganèse-55. Il existe sous quatre modifications allotropiques ; la structure cubique complexe de la phase dite alpha est la forme stable aux températures ordinaires. Le manganèse ressemble quelque peu au fer dans son activité chimique générale. Ce métal s’oxyde superficiellement à l’air et rouille à l’air humide. Il brûle à l’air ou à l’oxygène à des températures élevées, comme le fer ; il décompose l’eau lentement à froid et rapidement à chaud ; il se dissout facilement dans les acides minéraux dilués avec dégagement d’hydrogène et formation des sels correspondants au degré d’oxydation +2.

Le manganèse est assez électropositif, se dissolvant très facilement dans les acides dilués non oxydants. Bien qu’il soit relativement peu réactif vis-à-vis des non-métaux à température ambiante, il réagit avec beaucoup d’entre eux à des températures élevées. Ainsi, le manganèse brûle dans le chlore pour donner du chlorure de manganèse(II) (MnCl2), réagit avec le fluor pour donner du fluorure de manganèse(II) (MnF2) et du fluorure de manganèse(III) (MnF3), brûle dans l’azote à environ 1 200 °C (2 200 °F) pour donner du nitrure de manganèse(II) (Mn3N2), et brûle dans l’oxygène pour donner de l’oxyde de manganèse(II,III) (Mn3O4). Le manganèse se combine également directement avec le bore, le carbone, le soufre, le silicium ou le phosphore, mais pas avec l’hydrogène.