Société Chimique de France

Le bore est un élément léger de confi­gu­ra­tion électronique [He]2s²2p¹, ce qui le classe comme élément tri­va­lent capa­ble d’enga­ger trois liai­sons cova­len­tes. Assez abon­dant dans la croûte ter­res­tre, il n’existe cepen­dant pas à l’état natif de corps simple, car le plus sou­vent, on le trouve sous forme de borax, Na₂B₄O₇,5H₂O.
C’est sous cette forme que les civi­li­sa­tions ancien­nes le connais­sait, car pré­sent dans le « natron » à coté des car­bo­na­tes de sodium (cf. Carbonate de sodium, Bicarbonate de sodium), mine­rai formé par l’assè­che­ment des lacs riches en sels de sodium.

Ce n’est que vers 1808 par réduc­tion métal­li­que du borax que des chi­mis­tes tels que Louis Jacques Thénard, Louis Joseph Gay-Lussac (cf. Louis Joseph Gay-Lussac) et Sir Humphrey Davy appro­chè­rent d’une forme impure de cet élément qui ne fut réel­le­ment iden­ti­fié que 16 ans plus tard en 1824 par Jöns Jakob Berzelius et pré­paré pur que cent ans plus tard en 1908 par le chi­miste amé­ri­cain, Ezekiel Weintraub.

Par sa confi­gu­ra­tion électronique externe 2p¹ pres­que vide, puisqu’elle peut conte­nir 6 électrons, le bore est un accep­teur d’électrons. Il est ainsi très uti­lisé comme dopant de type p dans les semi-conduc­teurs à base de sili­cium, car accep­tant les électrons, il est créa­teur de « trous » et forme les semi-conduc­teurs p. Il est très dif­fi­cile à obte­nir sous forme « métal­li­que ». Par réduc­tion métal­lur­gi­que par des métaux avides d’oxy­gène comme l’alu­mi­nium (cf. Aluminium) ou le magné­sium (cf. Magnésium), on obtient tou­jours des boru­res. La bonne méthode est la réduc­tion des halo­gé­nu­res par l’hydro­gène à haute tem­pé­ra­ture :
2 BCl₃ + 3 H₂ –––– 6 HCl + 2 B

Pur, il existe sous deux formes allo­tro­pi­ques : une forme amor­phe brune et une forme métal­li­que cris­tal­li­sée noire, de struc­ture rhom­bo­édri­que. Il est alors trans­pa­rent au rayon­ne­ment infra­rouge. C’est un mau­vais conduc­teur de l’électricité, métal il a une assez bonne dureté sur l’échelle de Mohs, moins cepen­dant que celle de l’un de ses com­po­sés, le nitrure de bore BN cubi­que, qui peut riva­li­ser avec le dia­mant (cf. Nitrure de bore).

Les sour­ces de bore sont prin­ci­pa­le­ment les bora­tes, bien sûr le borax sous sa forme cris­tal­line, la tin­ka­lite, Na₂B₄O₇,5H₂O, mais aussi l’acide bori­que B(OH)₃ que l’on trouve aussi dans des émanations vol­ca­ni­ques, et d’autres miné­raux tels la colé­ma­nite, Ca₂B₆O₁₁,5H₂O, la ker­nite, Na₂B₄O₆(OH)₂,3H₂O, et l’ulexite NaCaB₅O₆(OH)₆,5H₂O.

Ce der­nier se trouve sou­vent dans des failles sous forme de fibres dis­po­sées côte à côte et pos­sé­dant la pro­priété de bonne conduc­tion lumi­neuse qui fait qu’en regar­dant à tra­vers on aper­çoit des images agran­dies et légè­re­ment flot­tan­tes comme sur un écran de télé­vi­sion d’où son nom « tele­vi­sion stone » qui n’en fait cepen­dant pas encore une fibre opti­que.

C’est la Turquie qui est actuel­le­ment le pre­mier pro­duc­teur de bora­tes, et contrôle près de 72 % de la pro­duc­tion loin devant la Russie (8 %) et les États Unis (7 %). Les prin­ci­paux gise­ments d’Emet et de Kirka en Turquie repré­sen­tent une réserve de 850 Mt sur un total des réser­ves mon­dia­les connues de 1 175 Mt.

Les uti­li­sa­tions du bore sont nom­breu­ses et variées, ce qui rend le prix du borax non négli­gea­ble et com­pris sui­vant les cours entre 290 et 580 € la tonne. Le borate de sodium est très uti­lisé en ver­re­rie pour abais­ser le point de fusion des verres boro­si­li­ca­tés et des émaux pour la déco­ra­tion des céra­mi­ques des por­ce­lai­nes et des bijoux (cf. Émaux). Une nuance par­ti­cu­lière de verre sodo-cal­ci­que et boraté est très uti­li­sée en chimie : bécher, bal­lons… sont en Pyrex, maté­riau décou­vert en 1915 et déve­loppé par Corning Glass qui a un très faible coef­fi­cient de dila­ta­tion et résiste rela­ti­ve­ment bien aux chocs ther­mi­ques
La com­mer­cia­li­sa­tion d’usten­si­les ména­gers en Pyrex par Arc inter­na­tio­nal (les cris­tal­le­ries d’Arques) est aussi très pré­sente depuis 1970.

En métal­lur­gie, le borax est uti­lisé comme flux de sou­dure pour éviter l’oxy­da­tion du métal : il dis­sout les oxydes et impu­re­tés et pro­tège de l’oxy­gène de l’air le métal chauffé. En chimie ana­ly­ti­que, la perle de borax est obte­nue en plon­geant un fil de pla­tine dans la solu­tion du sel métal­li­que à ana­ly­ser, puis dans la poudre de borax que l’on fond au cha­lu­meau, la cou­leur de la perle donne un ren­sei­gne­ment sur le sel métal­li­que.

Le bore a une sec­tion de cap­ture des neu­trons assez élevée qui est exploi­tée dans les réac­teurs nucléai­res comme modé­ra­teur neu­tro­ni­que sous forme d’acide bori­que diluée dans l’eau. Les réser­ves de sécu­rité d’eau d’injec­tion en cas d’inci­dent sont for­te­ment bora­tées. Lors de la catas­tro­phe de Fukushima, de nom­breux spé­cia­lis­tes du nucléaire comme EDF et des pro­duc­teurs comme Rio Tinto ont envoyé plu­sieurs cen­tai­nes de tonnes d’acide bori­que au Japon.

Les bora­tes et l’acide bori­que sont aussi des retar­da­teurs de flamme et des igni­fu­ges (cf. PBDE et autres retar­da­teurs de flamme). Ils sont uti­li­sés pour revê­tir la ouate de cel­lu­lose ou les fibres de lin qui sont des iso­lants écologiques. Aux États Unis, où la cons­truc­tion en bois est très répan­due, les éléments de cons­truc­tion sont cou­ram­ment impré­gnés de bore.

De nom­breux com­po­sés comme les bora­nes B_nH_2n qui furent des pos­si­bles car­bu­rants pour les fusées, les boru­res comme TiB₂ uti­lisé comme revê­te­ment du gra­phite à haute tem­pé­ra­ture dans des atmo­sphè­res oxy­dan­tes ou cor­ro­si­ves, B₄C aux pro­prié­tés de dureté et méca­ni­ques remar­qua­bles ainsi que le nitrure de bore BN répon­dent à des niches indus­triel­les. Le dibo­rane, B₂H₆, sous sa forme sol­vate, (THF)BH₃, est un réac­tif très employé en syn­thèse orga­ni­que pour la fonc­tion­na­li­sa­tion des olé­fi­nes, ce qui valut à Herbert C. Brown, son décou­vreur de par­ta­ger le Prix Nobel de Chimie 1979 avec Georg Wittig :
(THF)BH₃ + 3 CH₂=CHR –––– B(CH₂CH₂R)₃ + THF
Le boro­hy­drure de sodium, NaBH₄, est un pos­si­ble can­di­dat comme source d’hydro­gène pour les piles à hydro­gène : le sys­tème DBFC (Direct Borohydride Fuel Cell) est cons­ti­tué, comme les autres piles, d’une cathode et d’une anode sépa­rées par une mem­brane de type Nafion, mais il n’exige pas de cata­ly­seur coû­teux pour les réac­tions mises en jeu :
Cathode : 2 O₂ + 4H₂O + 8 e^– –––– 8 OH^– (E = 0,4 V)
Anode : NaBH₄ + 8 OH^– –––– NaBO₂ + 6 H₂O + 8 e^– (E = - 1,24 V)
d’où ΔV = 1,64 V. Le pro­blème réside dans la pré­sence d’eau, puis­que par réac­tion para­site il réagit avec le boro­hy­drure de sodium avec déga­ge­ment d’hydro­gène.
NaBH₄ + 2 H₂O –––– NaBO₂ + 4H₂
Des recher­ches impor­tan­tes res­tent encore à faire pour que le bore devienne le pétrole du XXIe siècle.

Pensée du jour
« Du borax aux bora­nes en pas­sant par les boru­res, le bore nous mène de bords en bords  »

Sources

• http://fr.wikipedia.org/wiki/Bore
• www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/mine/bore/cadbore.htm
• www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/le-bore-petrole-du-xxie-siecle-5830
• www.periodni.com/fr/b.html
• www.greenfacts.org/fr/bore/index.htm
• Concise Encyclopedia of Advanced Ceramic Materials, R. J. Brook, Ed., Pergamon, Oxford 1991 (ISBN 0-08-034720-78)
• http://en.wikipedia.org/wiki/Boron
• www.developing8.org/2008/08/24/sg-turkeys-boron-potency-expected-to-be-discussed-in-d8-1st-working-group-on-mines-cooperation/
• www.periodicvideos.com/videos/005.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Diborane
• http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_borohydride_fuel_cell

Pour en savoir plus

• Carbonate de sodium
• Bicarbonate de sodium
• Louis Joseph Gay-Lussac
• Aluminium
• Magnésium
• Nitrure de bore
• Émaux
• PBDE et autres retardateurs de flamme