Titanium

La vinification dans les cuves en titanie

Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.
C’est un métal de transition léger, résistant, d’un aspect blanc métallique, qui résiste à la corrosion. Le titane est principalement utilisé dans les alliages légers et résistants, et son oxyde est utilisé comme pigment blanc. On trouve cet élément dans de nombreux minerais mais ses principales sources sont le rutile et l’ilménite. Il appartient au groupe des titanes avec le zirconium (Zr), le hafnium (Hf) et le rutherfordium (Rf).

Les propriétés industriellement intéressantes du titane sont sa résistance à la corrosion, souvent associée à la résistance à l’érosion et au feu, la biocompatibilité, mais aussi ses propriétés mécaniques (résistance, ductilité, fatigue, etc.)

Caractéristiques physiques remarquables du titane:

  • Sa masse volumique est environ 60 % de celle de l’acier.
  • Sa tenue à la corrosion est exceptionnelle dans de nombreux milieux tels que l’eau de mer ou l’organisme humain.
  • Ses caractéristiques mécaniques restent élevées jusqu’à une température d’environ 600 °C et restent excellentes jusqu’aux températures cryogéniques.
  • Sa valeur de susceptibilité magnétique (1,8 à 2,3×10-4) est très inférieure à celle du fer (3×105). C’est donc un matériau avantageux en cas de diagnostic par IRM : diminution des artefacts.
  • Son coefficient de dilatation, légèrement inférieur à celui de l’acier, est moitié moins que celui de l’aluminium. On prendra pour valeur moyenne un coefficient de dilatation de 8,5×10-6 K-1.
  • Son module de Young ou module d’élasticité longitudinal se situe entre 100 000 MPa et 110 000 MPa. Cette valeur assez faible comparée à l’acier inox (220 000 MPa) en fait un matériau particulièrement intéressant pour sa biocompatibilité.

Le titane peut se trouver sous plusieurs états d’oxydation comme de nombreux métaux de transition. Il possède donc plusieurs oxydes correspondant à ces degrés d’oxydation:

  • Monoxyde de titane TiO – Ti(II)
  • Trioxyde de dititane Ti2O3 – Ti(III)
  • Dioxyde de titane TiO2 – Ti (IV)
  • Trioxyde de titane TiO3 – Ti(VI)

Le titane est l’un des métaux les plus bio-compatibles, avec l’or et le platine, c’est-à-dire qu’il résiste totalement aux fluides corporels.

De plus, il possède une haute résistance mécanique et un module d’élasticité très bas (100 000 MPa à 110 000 MPa), plus proche de celui des structures osseuses (20 000 MPa8) que l’acier inox (220 000 MPa).
Le titane est un métal extrêmement oxydable. Dans la série des potentiels électrochimiques standards, il se place au voisinage de l’aluminium, entre le magnésium et le zinc. Il n’est donc pas un métal noble, son domaine de stabilité thermodynamique ne présente, en effet, aucune partie commune avec le domaine de stabilité thermodynamique de l’eau et est situé fortement au-dessous de ce dernier. L’une des causes de la résistance à la corrosion du titane est le développement d’une couche protectrice passivante de quelques fractions de micromètre, constituée majoritairement d’oxyde TiO2, mais il est reconnu qu’elle peut contenir d’autres variétés. Cette couche est intègre et très adhérente. En cas de rayure de la surface, l’oxyde se reforme spontanément en présence d’air ou d’eau. Il y a donc inaltérabilité du titane dans l’air, l’eau et l’eau de mer. De plus, cette couche est stable sur une large gamme de pH, de potentiel et de température.

Des conditions très réductrices, ou des environnements très oxydants, ou encore la présence d’ions fluor (agent complexant), diminuent le caractère protecteur de cette couche d’oxyde ; les réactifs d’attaque pour relever les micrographies sont le plus souvent à base d’acide fluorhydrique. Lors d’une réaction par cet acide, il y a formation de cation titane (II) et (III). La réactivité des solutions acides peut néanmoins être réduite par l’adjonction d’agents oxydants et/ou d’ions lourds métalliques. L’acide chromique ou nitrique et les sels de fer, nickel, cuivre ou chrome sont alors d’excellents agents inhibiteurs. Cela explique pourquoi le titane peut être utilisé dans des procédés industriels et des environnements où les matériaux conventionnels se corroderaient.

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