Manganèse

Situé au milieu de la première série des métaux de transition, le manganèse un élément relativement abondant et abondamment utilisé pour renforcer les propriétés mécaniques des congénères de cette série, sans oublier sa paternité de nombreux oxydes… aux très anciennes applications.

Le manganèse est un élément chimique de numéro atomique 25 et de poids atomique 54,9. Il appartient à la série des métaux de transition dont les propriétés sont régies par la structure électronique de la couche 3d. Sa configuration électronique [Ar] 3d5 4s2 en fait le voisin immédiat du fer (Z=26) et c’est un élément assez stable et relativement abondant dans la croûte terrestre.

Les minerais sources du manganèse sont la pyrolusite qui est du dioxyde de manganèse MnO2, l’hydrate mixte de baryum et de manganèse ((Ba,H2O)2M n5O10) ou encore un carbonate, la rhodochrosite (MnCO3), à la flamboyante couleur lorsqu’elle contient des impuretés. Le manganèse apparait comme le 12e élément le plus abondant et, après le fer, l’aluminium et le cuivre, comme le 4e métal le plus utilisé.

Les réserves mondiales estimées sont de 7 Gt et la production mondiale de minerais est de l’ordre de 22 Mt/an, venant principalement d’Afrique du sud, d’Australie, d’Ukraine et de Chine.

Le manganèse est connu depuis la préhistoire, les peintures du paléolithique de teintes rouges et noires ont été faites sur la roche avec des pigments d’oxyde de fer et d’oxyde de manganèse MnO2. On a trouvé des verres égyptiens ou romains colorés par des compositions comportant du manganèse. Au XVIIe siècle, un chimiste allemand Johan R. Glauber produit du permanganate, mais c’est le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele qui, par ses travaux publiés dans le Traité chimique de l’air et du feu, permet à Johan Gottlieb Gahn d’isoler le manganèse en 1774 par réduction du dioxyde de manganèse par le carbone.

On trouve aussi le manganèse dans les nodules polymétalliques trouvés dans le fond des mers, des océans et même de lacs. Ils sont connus depuis les années 1870, mais c’est dans l’Océan Pacifique Nord que sont situées les meilleures zones exploitables. Ce sont des concrétions formées de couches d’oxydes métalliques autour d’un noyau : de nombreux éléments participent à leur formation en particulier le fer et le manganèse. Les plus intéressants comportent une majorité de manganèse et de nickel. La formation de ces nodules a encore quelques côtés mystérieux : on pense à des précipitations chimiques et biochimiques (via des bactéries) qui concentrent les sels dissous dans la mer en particules d’oxydes concentriques.

Périodiquement, les journaux s’enflamment au sujet de leur exploitation industrielle. D’après l’IFREMER, le coût et la complexité technologique de leur collecte est économiquement peu crédible sauf si le cours des matières premières s’envolait durablement vers des sommets !

La métallurgie du manganèse passe par celle des ferromanganèses. La réduction des oxydes s’effectue dans des hauts fourneaux de taille et de formes particulières, où l’on réduit par le coke des minerais de manganèse et de manganèse ferrifères.

Elle a débuté en France dans les années 1875 avec des usines situées à Marseille (Saint-Louis), puis à Terrenoire, à Montluçon, au Boucau … Les productions les plus importantes sont néanmoins jusqu’en 2003 situées à Outreau près de Boulogne à la suite du transfert du haut-fourneau de Saint-Louis en 1906 et à Boulogne même de 1960 à 2003.

Jusqu’en 1969, la France était l’un des principaux producteurs de ferromanganèse avec près de 60 kt/a, et une capacité de 90 kt/an, mais elle s’est arrêtée en 2004.

L’utilisation du manganèse est à 90 % métallurgique. D’abord pour les aciers avec des teneurs comprises entre 5 et 13 %. C’est au début du XIXe siècle que furent déposés les premiers brevets sur l’utilisation du manganèse dans les aciers (cf. Fer) qui leur apportait plus de dureté sans les rendre cassants. Ces alliages sont dévolus aux rails, appareils, outillages, roulements, outils et instruments agricoles…

Petit détail curieux, on dit que les barreaux de prison sont faits avec un alliage d’acier au manganèse qui se durcit par échauffement lorsqu’on le lime ! Le manganèse est aussi un additif dans les alliages d’aluminium (AlMn1Cu, AlMn1Mg1) où il améliore la soudabilité et le brasage tout en donnant une meilleure tenue à la corrosion et une bonne aptitude à la déformation (cf. Aluminium). Le manganèse est aussi utilisé dans les bronzes (cf. Cuivre) : entre 5 et 15 %, il améliore la tenue à la corrosion notamment la corrosion saline. C’est pourquoi certaines hélices et gouvernails de bateaux sont de ces nuances.

Les sels de manganèse sont aussi des catalyseurs en chimie organométallique : ainsi, le chlorure de manganèse MnCl2 catalyse l’acylation des organomagnésiens de façon chimiosélective. Les autres utilisations du manganèse dans les verres, les couleurs, les céramiques, les émaux et glaçures, sont l’apanage des oxydes (cf. « Oxydes de manganèse » à venir).

Par ailleurs, le manganèse est un oligoélément nécessaire à l’homme. Les besoins sont de l’ordre de 2 à 3 mg/jour : il agit comme co-facteur de nombreux enzymes et intervient de ce fait dans beaucoup de processus métaboliques, notamment celui des hydrates de carbone et la synthèse de certains polysaccharides. Essentiel dans la lutte contre le stress oxydant et la synthèse des vitamines E et B1 (thiamine), il ne faut cependant pas qu’il y ait excès de manganèse qui se manifesterait par des troubles du système nerveux. Une enquête menée au Canada semble montrer que le manganèse contenu dans l’eau potable au dessus de 150µg/L nuit au développement intellectuel des jeunes enfants. La norme française qui donne comme limite 50µg/L nous préserve de ces soucis…

Les plantes et les légumes ont aussi besoin de manganèse. Une carence conduit à une diminution de la concentration en chlorophylle, nuisant de ce fait au développement par photosynthèse. C’est pourquoi les engrais comportent du sulfate de manganèse, MnSO4, ou de l’acétate, M n(CH3COO)2 (cf. Acétates). On trouve par conséquent du manganèse dans différents aliments : le quinoa, le riz complet, l’avocat, les haricots verts, les épinards, l’huile d’olive, les huîtres, etc.

Pensée du jour
« Frère du fer, ami du nickel, copain du cobalt, partout à l’aise le manganèse. »

Sources

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