cuivre (chimie)

1

Présentation

cuivre (chimie), élément chimique métallique de couleur rouge-brun, de symbole Cu et de numéro atomique 29. C'est un élément de transition.

On a découvert des objets en cuivre datant du VII^e millénaire avant notre ère. Ainsi, le cuivre et ses alliages — en particulier le bronze — furent probablement les premiers métaux employés dans la fabrication d'objets. Des objets en cuivre ont en effet été retrouvés parmi les ruines de nombreuses civilisations anciennes, dont celles de l'Égypte, de l'Asie Mineure, de la Chine, de l'Europe du Sud-Est, de Chypre et de Crète. Le cuivre était connu des Indiens d'Amérique, et des minerais ont été découverts sur ce continent par les explorateurs européens (). De nos jours, c'est l'un des métaux industriels les plus utilisés.

2

État naturel

Moyennement abondant dans la croûte terrestre, le cuivre est inégalement réparti à la surface du globe et la plupart des gisements sont situés dans l'hémisphère Sud. Le cuivre existe à l'état natif ou combiné à d'autres corps, comme le soufre. Il existe environ 165 variétés de minerais de cuivre classés en deux types, les minerais sulfurés, les plus répandus, et les minerais oxydés.

On trouve du cuivre dans les laves basaltiques, le dépôt le plus important étant situé au Chili, dans les Andes, sous forme de porphyre de cuivre. Les principales sources de cuivre sont la chalcopyrite et la bornite, sulfures doubles de cuivre et de fer. D'autres minéraux importants, la chalcosite et la covellite, sont des sulfures de cuivre que l'on trouve dans les États de l'Arizona et du Nevada, aux États-Unis, ainsi qu'en Cornouailles, en Angleterre. L'énargite, arséniate sulfureux de cuivre, est présente dans différentes parties des États-Unis. L'azurite, carbonate naturel de cuivre, existe en France et en Australie ; la malachite, autre carbonate naturel de cuivre, se trouve dans les monts Oural. Le cuivre existe également dans la tétraédrite, sulfure d'antimoine, de cuivre et d'autres métaux, ainsi que dans la chrysocolle, silicate hydraté de cuivre. À Cuba, on trouve l'oxyde de cuivre appelé cuprite.

3

Préparation et production

C'est depuis l'Antiquité que l'on extrait le cuivre. La majorité des minerais exploités contiennent également d'autres métaux, comme le plomb, le nickel ou le fer. Les minerais sulfurés ou oxydés ne sont pas réduits directement, car leur teneur en cuivre est faible : de 0,5 à 6 p. 100.

La métallurgie du cuivre dépend de la composition du minerai. Le cuivre natif est broyé, lavé et moulé en barre. Les oxydes et les carbonates sont réduits par le carbone.

Les minerais sulfurés, contenant entre 1 p. 100 et 12 p. 100 de cuivre, sont d'abord broyés puis enrichis par flottation. Les concentrés subissent ensuite un grillage oxydant dans un four ; on obtient alors le cuivre métallique brut, ou cuivre blister, d'une pureté d'environ 98 p. 100. Le métal est ensuite purifié par affinage électrolytique pendant 14 jours (voir Électrochimie) ; on peut alors obtenir une pureté dépassant 99,95 p. 100.

La production de cuivre est restée très faible jusqu'au début du siècle. En 1995, la production mondiale de cuivre s'élevait à environ 10 millions de tonnes. Le Chili et les États-Unis sont les principaux producteurs. Ensuite viennent le Japon, la Chine et l'Allemagne. La Pologne est le premier producteur de cuivre européen.

4

Propriétés et utilisations

Le cuivre pur est très malléable et ductile. C'est un excellent conducteur d'électricité d'une conductivité égale à 95 p. 100 de celle de l'argent. Le cuivre présente également une importante conductibilité calorifique. Il n'est attaqué que par les acides oxydants, tels que l'acide sulfurique à chaud et l'acide nitrique et présente donc une résistance convenable à la corrosion.

La masse atomique du cuivre est égale à 63,546 ; il fond vers 1 080 °C, bout vers 2 565 °C et sa densité est de 8,9.

On utilise surtout le cuivre pour sa conductivité électrique, la plus importante de tous les métaux industriels. Ainsi, on l'emploie pour fabriquer des dispositifs électriques, tels que les câbles, les fils ou les appareillages électriques. Le cuivre étant en outre très ductile, on peut l'étirer en fils de diamètres variés.

Du fait de sa grande conductibilité thermique, le cuivre sert à fabriquer des ustensiles de cuisine, des chaudières, des échangeurs de chaleur. On l'utilise également dans les toitures, les canalisations d'eau et de gaz en raison de sa résistance à la corrosion. Il a aussi été employé pendant longtemps pour recouvrir le dessous des navires en bois afin d'éviter leur encrassement.

Des objets d'ornement sont fabriqués en cuivre. Le cuivre est facilement déposé par galvanoplastie, seul ou allié à d'autres métaux (voir Électrodéposition). De grandes quantités de cuivre sont utilisées à cette fin, en particulier pour obtenir des galvanotypes destinés à l'imprimerie.

En raison de son coût inférieur, l'aluminium a remplacé le cuivre dans certaines applications, en particulier dans la production des fils et des câbles.