H317 : Peut provoquer une allergie cutanée H351 : Susceptible de provoquer le cancer(indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H372 : Risque avéré d'effets graves pour les organes(indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée(indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P314 : Consulter un médecin en cas de malaise.
D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques cancérogénicité : CIRC groupe 2B D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques sensibilisation de la peau chez l'humain
Divulgation à 0,1% selon la liste de divulgation des ingrédients
L'atome de nickel possède deuxconfigurations électroniques, [Ar] 3d8 4s2 et [Ar] 3d9 4s1, qui sont très proches en énergie – le symbole [Ar] désigne les électrons du cœur qui ont la configuration de l'atome d'argon. Il existe un désaccord au sujet de la configuration devant être considérée comme étant de plus basse énergie[11]. Les manuels de chimie indiquent la configuration électronique du nickel comme étant [Ar] 4s2 3d8[12], ou bien de façon équivalente comme étant [Ar] 3d8 4s2[13],[14]. Ce choix est en accord avec larègle de Klechkowski, qui prévoit que lasous-couche 4s sera remplie avant la 3d. Il est d'ailleurs appuyé par le fait expérimental que l'état de plus basse énergie de l'atome de nickel est un niveau de la configuration 3d8 4s2, à savoir le niveau 3d8(3F) 4s23F,J = 4[15].
Cependant, chacune de ces deux configurations correspond à un ensemble d'états quantiques d'énergies différentes[15]. Les deux ensembles des énergies se recouvrent, et l'énergie moyenne des états de la configuration [Ar] 3d9 4s1 se trouve en fait inférieure à l'énergie moyenne des états de la configuration [Ar] 3d8 4s2.
Pour cette raison, les publications de recherche au sujet des calculs de la structure atomique considèrent que la configuration électronique fondamentale du nickel est [Ar] 3d9 4s1[11].
Généralités, découverte du corps simple et de l'élément
Du nickel brillant parmi les autres éléments des matériaux des segments ou mâchoires de frein.
Le nickel est fréquemment associé aucobalt dans les dépôts miniers, il est particulièrement apprécié pour les alliages qu'il forme. Longtemps confondu avec l'argent ou lecuivre, le nickel est aujourd'hui utilisé pour la confection demonnaie et en alliage dans l'industrie.
Le corps simple, métal dense blanc argenté, plusdur et plustenace que le fer, a été isolé en1751 à partir d'arséniures de nickel, dénommés de manière générique « Kupfernickel » en allemand,kopparnickel en suédois, par le chimiste suédois, le baronAxel Frederik von Cronstedt. L'opérateur, ancien élève deGeorg Brandt, maître spécialiste des arséniures et découvreur de l'élémentcobalt, étudie des résidus verts provenant d'une mine de minerai de cobalt à Helsingland. Est-ce un dernier essai au départ d'extraire ducuivre de ce minerai verdâtre, ce « Kupfernickel » considéré autrefois comme une sorte de « cuivre du diable » puisqu'il en a l'apparence verdâtre et rejeté par les mineurs chevronnés s'ils le détectaient avant l'étape du four ? Il obtient d'abord par chauffage en présence desoufre et decarbonate de potassium de l'oxyde de nickel avant de réduire ce dernier protoxyde de nickel en creuset brasqué avec ducharbon actif pour obtenir une poudre qui une fois compactée et mise en lamelle donne un échantillon de métal blanc brillant qu'il appelle trivialement « nickel », pour signifier que cela n'était selon lui nullement du cuivre ou du moins un « faux cuivre »[Note 1]. En observant la chimie différente de ce corps simple, il découvre qu'il s'agit d'un élément chimique.
Nickeline ou arséniure de nickel altérée superficiellement en arséniates de nickel verts et toxiques, par l'humidité de l'air.
L'allemandKupfernickel fait aussi référence à l'action supposée des nains, génies ou gnômes maléfiques des mines, les « nickels du cuivre », sur les veines de cuivre ou de minerais de cuivre, comme d'ailleurs sur les autres veines de minéraux intéressants, par exemple riches en métaux précieux. Selon les auteurs, les nains ou nickels cachaient, subtilisaient ou rendaient invisible la bonne matière recherchée, comme ils provoquaient malicieusement des tremblements, des bruits ou résonances inquiétantes, des failles perverses où s'infiltraient de l'eau qui ennoyait les galeries ou étaient larguées desvapeurs méphitiques. La dénomination des nains vient de leur patron ou intercesseur médiévalsaint Nicolas ou sankt Nickelaas, en latin ecclésiastiqueSanctus Nicolaus[Note 2]. AuXIIe siècle, ce saint protecteur des navigateurs, garant de l'équilibre et de la stabilité du monde naturel et des équipements de l'artifice humain, assurait, par sa dévotion et la perpétuation sous son égide des anciennes pratiques ritualisées de mineurs saxons ou germaniques, la tranquillité et la sécurité du milieu minier, comme le calme des flots marins ou fluviaux.[réf. nécessaire]
Ces appellations proviennent en partie de l'impossibilité d'extraire lecuivre de ce qu'on croyait à l'époque être apparemment du minerai de cuivre ; on croyait que le « minerai de cuivre » avait subi un mauvais sort de petits démons. En fait, l'erreur rationnelle repose sur ce que les savants naïfs confondaient les minerais de cuivre avec les minerais de nickel, élément chimique qui était tout à fait inconnu, distinct du cuivre.
Le termenickel est attesté en français écrit vers 1765[16]. L'adjectifnickélifère, déjà attesté en 1818 mais beaucoup plus commun en 1900, qualifie une matière ou un corps contenant du nickel[Note 3]. Lenickelage désigne avant le milieu duXIXe siècle l'action du verbenickeler, c'est-à-dire couvrir d'une mince couche de nickel, ainsi que le revêtement métallique de nickel protecteur, c'est-à-dire le résultat du verbe nickeler engalvanoplastie[Note 4]. L'adjectifnickelé qualifie un métal ou un alliage recouvert d'une couche de nickel[17]. En 1857, lanickelure désigne une technique particulière, à préciser, par laquelle les métaux peuvent être nickelés et de manière générale, l'art de nickeler et le travail fait par nickelage[18]. Le chimisteAdolphe Wurtz popularise en 1873 l'adjectifnickélique pour qualifier certains composés de nickel[Note 5]. L'alliage NiCr ou nickelchrome est mentionné dans leGrand Larousse encyclopédique en 1932.
Le nickel métallique existe à l'état naturel, c'est lenickel natif, qui contient souvent divers autres métaux comme impuretés. Lesmétéorites métalliques, ditesmétéorites de fer, sont constituées d'un alliage fer-nickel (comme le noyau terrestre, et c'est aussi le cas desastéroïdes detype M. Lesnodules polymétalliques des profondeurs océaniques sont à base deMn, Ni,Co,Fe,Cr, etc.
Garniérite enveloppé dans la limonite nickélifère, Montagne du Nickel, près de Riddle, comté Douglas, Oregon.Minerai de sulfures de nickel à texture de spinifex, Lunnon Shoot, Kambalda, enAustralie-Occidentale.
Le nickel se substitue facilement aufer ou aumagnésium dans divers silicates de la croûte et du manteau, en particulier ceux des roches magmatiques alcalines ou basiques, voire ultrabasiques comme lespéridots et lespyroxènes. Lespéridotites peuvent en contenir plus de 3,1 kg/t. Ainsi le nickel apparaît sous forme de silicates ou hydrosilicates, comme les variétés deserpentines comme lagarniérite ou nouméite, un silicate complexe de nickel et de magnésium de formule simplifiée (Ni,Mg)3[Si2O5](OH)4 qui peut être aussi considéré comme un composant de roches détritiques ou de latérites[Note 6]. Comme ces derniers assemblages à garniérite sont dénommés minerais saprolithiques, l'adjectif latéritique qualifie souvent les formations plus altérées, à base de limonites nickélifè̠res (Fe, Ni)O(OH).n H2O.
On le trouve sous forme combinée ausoufre dans lamillérite NiS, lapolydymite Ni3S4, la pyrrolite (Fe,Ni)S, lapentlandite (Ni,Fe)9S8 très souvent insérées dans une matrice rocheuse à base depyrrhotite. Il s'agit de chalcopyrite CuFeS2 ou de pyrrhotite nickélifère des anciens auteurs.
Combiné à l'arsenic ou sous forme d'arséniures ou d'arséniates, il est présent dans lanickéline ou niccolite NiAs de couleur rouge, de chloantite NiAs3, desmaltite, l'annabergite ou « nickel ocre » Ni3(AsO4)2. 8 H2O, d'aerugite, etc.
Le nickel est communément présent dans les résidus de la préparation dusmalt, à base de sulfoarséniures de nickel parfois dénomméspeiss. Le grillage du speiss permet d'obtenir du nickel impur, qui peut être purifié après quelques étapes réitérées d'affinage.
Le nickel, ou plutôt le silicate de magnésie et de nickel préalablement décrit, a longtemps constitué la principale richesse de laNouvelle-Calédonie, découverte par l'ingénieurJules Garnier en1864. Le minerai est exploité à partir d'une teneur supérieure à 0,5 % en masse dans lesannées 1990. Ce territoire autonome possède environ 30 % des réserves mondiales, estimées alors à plus de174 millions de tonnes.
Dans les années 1990, les autres pays producteurs sont la Russie, le Canada, l'Australie et Cuba, les États-Unis. Des gisements importants sont exploités enRussie, dans la région deNorilsk. 27 % de la production mondiale de nickel proviennent de mines situées dans lecratère d'impact d'une énorme météorite dite deSudbury il y a1,8 milliard d'années[23].
lescomplexes ignés lités, vastes ensembles magmatiques issus du manteau, exploité notamment dans l'Oural (Norilsk), le bouclier canadien (Sudbury), et la province de Gansu en Chine (Jinchuan) ;
le volcanisme mantellique primitif riche en magnésium de l'Archéen, oukomatiite, formant des gisements par exemple en Australie (Kambalda), au Québec (Raglan) ou au Brésil. Tous ces gisements associent le nickel avec le cuivre, souvent le cobalt et les éléments du groupe du platine. Certains gisements sont associés à des niveaux de shales noirs, notamment àSotkamo en Finlande.
Mais bien que 70 % desréserves de nickel soient des minerais latéritiques, ceux-ci ne correspondent qu'à 40 % de la production mondiale. Les minerais latéritiques sont essentiellement destinés à la production deferronickel, les minerais sulfureux, par l'intermédiaire demattes, étant généralement destinés à la production de nickel très pur[24]. Le grillage des sulfures s'opère au moins entre500 °C et700 °C[Note 7]. Les matières fondues subissent ensuite des procédés classiques d'hydrométallurgie.
Qu'ils soient latéritiques ou sulfureux, les minerais de nickel sont exploités dès que leur richesse dépasse 1,3 % de nickel[24]. Cette faible teneur explique la complexité et la diversité des procédés, déterminés par la nature de lagangue du minerai, ainsi que par la qualité du nickel désiré à la fin de l'extraction.
Propriétés physiques et chimiques du corps simple métal, préparation et alliages
Le nickel est un métal blanc argenté, parfois légèrement grisâtre, de densité 8,9. Il existe sous deuxvariétés allotropiques, le Niα hexagonal instable et le Niβ cubique à faces centrées, variété la plus stable.
Ce corps cristallin de maille cubique est souvent déjà brillant, il possède un bel éclat brillant par polissage. Il fait partie du groupe des métaux non-ferreux[25]. Le nickel est classé commemétal de transition, c'est un corps solide assez dur, le plus dur des métaux après lechrome, tenace,ductile,malléable, en particulier plus malléable que le cobalt. Pour le métallurgiste, les propriétés mécaniques du nickel sont voisines de celles du fer. Il se laisse laminer et étirer en fils assez fins.
Le nickel, comme le cobalt, est plus tenace que le fer. Sa cassure est fibreuse. Métal moins fusible que le fer, mais plus fusible que le chrome, il est facile à travailler. Sa densité apparente peut varier après écrouissage, les pièces montrant une densité apparente passant de 8,3 à 8,8.
Le corps simple est dilatable par la chaleur. La conductivité électrique est 24 % IACS, c'est-à-dire moins du quart que celle ducuivre pur. Il est fusible au-dessus de1 452 °C et, très pur, bout vers2 730 °C.
Propriétés chimiques, stabilité de la surface métal et nickelage
Le nickel est stable à l'air et à l'eau. Le nickel ne s'oxyde pas facilement à l'air humide. Le nickel ne s'oxyde pas à l'air froid, l'oxydation existe à l'air très chaud, et d'autant plus importante avec la température croissante. Un fil fin de nickel chauffé brûle dans le gaz oxygène pur. La mousse de nickel, corps poudreux très divisé à haute surface spécifique, peut s'enflammer dans l'air, une fois soumise à un point chaud ou à une étincelle. Lenickel de Raney est un corpspyrophorique.
Le métal nickel pulvérulent est un super-adsorbant de molécules gazeuses, comme l'hydrogène ou lemonoxyde de carbone. Il peut retenir et libérer facilement plus de8 litres de monoxyde de carbone. Les « mousses de nickel », mises au point au cours desannées 1980, ont révolutionné lacatalyse, notamment en hydrogénation, de même que l'électrochimie.
Le nickel massif est attaqué lentement par les acides non oxydants. Le nickel est facilement dissout dans l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique avec dégagement de gaz hydrogène. La réaction de dissolution peut être conduite dans ces acides dilués ou étendus d'eau.
Nisolide + 2 H3O+aq ions hydronium en milieu non oxydant + 4 H2Oeau → [Ni(H2O)6]2+cation nickel hydraté vert + H2gaz
Mis en contact avec l'acide nitrique concentré, la surface du métal devientpassive, au même titre que la passivité du fer[Note 9]. En pratique, s'il est attaqué rapidement par l'acide nitrique dilué, le métal Ni est insoluble dans les acides oxydants concentrés. De manière générale, en condition oxydante, l'attaque est lente.
L'alliage monel ou à défaut le nickel est utilisé dans les montages ou appareillages de laboratoire faisant intervenir le gazfluor ou l'acide fluorhydrique.
Ainsi le métal en plaque ou en revêtement denickelage pour protéger des métaux oxydables résiste bien à la corrosion et à l'exposition durable à l'air humide, en formant une couche d'oxyde passivante ou protectrice NiO. Il prend souvent une teinte blanc grisâtre.
Le nickel reste le plus souvent intact en solution neutre ou alcaline, en présence d'eau de mer, ou exposé à des conditions atmosphériques clémentes.
Le nickel résiste bien à l'action des bases, même à chaud. Les conditions réductrices retardent de manière générale l'attaque. C'est pourquoi le nickel sert à la manipulation ou au transport d'alcalis concentrés.
Grâce à sa résistance à l'oxydation et à lacorrosion, il est utilisé dans les pièces de monnaie, pour le plaquage dufer, ducuivre, dulaiton, dans certaines combinaisons chimiques et dans un grand nombre d'alliages.
L'oxyde de nickel était préparé, à partir des arséniures ou sulfo-arséniures de nickel selon les techniques du laboratoire de Georg Brandt, par chauffage avec du soufre S et du carbonate de potasse K2CO3, qui donne de la potasse caustique par chauffage.
La récupération dusulfure de nickel était également possible. Les minerais sont traités par le pentasulfure de potassium K5S5, ce dernier corps étant soluble dans l'eau alors que le sulfure de nickel est insoluble.
Le sulfure de nickel, qui peut aussi être un minerai sulfuré concentré, était ensuite grillé, puis traité par l'acide sulfurique selon un procédé ancien mis au point au laboratoire deFriedrich Wöhler. le soufre part sous la forme de gazhydrogène sulfuré. Le traitement ultérieur par la potasse donnait un « oxyde de nickel hydraté » ou Ni(OH)2 vert pomme, insoluble.
Au laboratoire, l'oxyde de nickel était ensuite réduit à basse température en tube de verre sous un balayage de gazhydrogène.
Les chimistes obtenaient une poudre pulvérulente, réactive et « pyrophorique » puisqu'elle s'enflammait à l'air, une fois mis en contact avec le gazoxygène composant minoritaire de l'air. L'industrie procédait par une réduction moins coûteuse au charbon, dans un creuset réfractaire, pour obtenir un nickel impur, la poudre métal du commerce contenant les corps simple cobalt, cuivre et fer.
Pour obtenir un nickel purifié, l'oxyde de nickel était traité à l'acide oxalique, et l'oxalate de nickel 2NiO. C4O6 obtenu chauffé au feu de forge en vase clos se décomposait en corps simple Ni et endioxyde de carbone. Le nickel était réduit dans un creuset fermé adapté, le métal se plaçant au culot.
Principales filières métallurgiques pour l'extraction du nickel.
Le principal problème technique était la séparation du nickel du cobalt. Les solutions salines concentrées, préparées avec un oxyde mixte de cobalt et de nickel, étaient neutralisées par la potasse. Au mélange était ajouté en excès une solution denitrite de potasse, avant qu'il soit mis au repos en milieu acide, par exemple en milieuacide acétique, une journée. Le nitrite double de potassium et de cobalt CoK(NO2)3 avait lentement précipité, et le précipité était récupéré par filtration de la solution, après un lavage soigneux avec une solution aqueuse dechlorure de potassium. Ce corps solide récupéré permettait de fabriquer lejaune de cobalt, utilisé pour la peinture à l'aquarelle. La liqueur filtrée, contant l'ion nickel, était traité à l'hydroxyde de potasse pour précipiter un « oxyde de nickel hydraté » ouhydroxyde de nickel.
Tous les procédés d'extraction actuels combinent encore des techniques d'hydrométallurgie et depyrométallurgie, dont l'optimisation dépend fortement de la nature du minerai traité. L'activité est éminemmentcapitalistique : une usine produisant 60 000 t/an deferronickel à partir delatérite, coûte environ quatre milliards de dollars (Koniambo,Nouvelle-Calédonie), soit un investissement de 70 000 dollars par tonne de nickel produite annuellement. Or en 2010, la tonne de nickel commercialisée sous la forme de ferronickel est cotée 26 000 dollars. Le coût de transformation du minerai en ferronickel se situe à la même époque entre 4 000 et 6 000 dollars pour une usine performante : l'amortissement du capital explique la différence entre prix de vente et coût de production[24].
Le nickel peut être moulu, fondu, mis en forme par moulage. Il est aussi facilement usinable et soudable. Le nickel se soude bien au fer. Autrefois, par laminage de tôles, issues d'un montage composé d'une lame d'acier prise entre deux plaques de nickel, étaient obtenues des tôles plaquées de nickel sur les deux faces.
Les alliages de Ni les plus courants sont avec les métaux Fe, Mn, Cr, Co, Cu, Zn, Al, etc., et les non-métaux comme le Si[Note 10]. Le nickel renforce notamment la résistance de l'acier à la rupture et à l'attaque chimique.
Le nickel est présent dans un grand nombre d'alliages, desaciers inoxydables etréfractaires à fortes teneurs en chrome et nickel aux fontes de nickel tels que leNi-resist, des alliages deblindage magnétique, type alliage fer-nickel ou ferro-nickels très durs, sinimax Ni0,43Fe0,54Si0,03 etpermalloy auxaimantsAlnico, des alliages résistants à la corrosion typehastelloy (par exemple hastelloy C résistant à la corrosion ou hastelloy D à grande résistance mécanique Ni0,84Cu0,03Fe0,02Si0,075Mn0,02Co0,015, parfois au molybdène) ou des nickel-chrome ou chrome-nickel à l'alliage Monel à grande résistance à l'attaque chimique, principalement à base de Ni et Cu, par exemple Ni0,65Cu0,27Fe0,02Si0,03Mn0,03 ou aux diverscupronickels, par exemple pour les pièces de monnaie ou encore lenigusil.
Le nickel est pour le physicien métallurgiste unélément gammagène, c'est-à-dire qui stabilise la phase cubique à faces centrées, et, du coup, favorise l'obtention d'unestructure martensitique sur des pièces à grosses sections, en améliorant le résultat de latrempe.
Acier au nickel, plus résistant à la rupture, à la corrosion, aux milieux de basses températures, voire à l'attaque chimique en milieu oxydant.
Pour les aciers faiblement alliés, par exemple à base de fer associé à 1,85 % de Ni, 0,8 % de Cr, 0,7 % de Mn, 0,4 % de C, 0,25 % de Mo, le nickel accroît la résistance mécanique, améliore indéniablement les propriétés à basses températures et la résistance à la corrosion. Pour un acier inoxydable austénitique classique, comme le 18/8 (Fe avec 18 % de Cr et 8 % de Ni) ou le 18/10, les métallurgistes s'accordent sur la caractéristique de « surface inoxydable » apportée par le chrome et la résistance mécanique à l'étirement et la résistance à la corrosion, apportées par le nickel. Au niveau des surfaces, il se forme un film d'oxydes protecteurs qui peut annihiler en grande partie les conditions favorables d'oxydation.A contrario, en condition réductrice, et par exemple avec la dissémination de l'ionchlorure responsable de piqûres et de crevasses, la destruction de la couche d'oxydes peut être très rapide sous diverses contraintes, libérant les possibilités d'attaques plus profondes.
La microstructure des aciers spéciaux et super-alliages, observables en partie par lessous-grains et grains, est tributaire de la déformation à chaud de l'acier ou de l'alliage.
Les propriétés thermiques et électriques justifient les alliages dénommés :invar à 64 % de Fe et 36 % de Ni,constantan (résistance de précision) de formule Cu0,54Ni0,44Mn0,01Fe0,005ZnεSnέ,kovar, platinite,alumel,nimonic NiCrTiCoAl à environ 75 % Ni,cunife,inconel ou incoloy DS, NiCrSi à l'origine desalliages intermétalliques, etc. Lecoefficient de dilatation thermique de l'alliage Fe0,53Ni0,29Co0,28 est proche de celui du verre soufflé, il était utilisé comme conducteur dans les ampoules d'éclairage.
Les propriétés magnétiques sont recherchées, par exemple lemu-métal qui tire sa dénomination de saperméabilité magnétique, l'Alnico des aimants permanents.
Lenickel-chrome est unalliage anti-corrosion et à résistance électrique élevée. L'alliage karma Ni0,74Cr0,20Cu0,03Fe0,03 est un alliage spécifique dejauge de déformation.
Les techniques électrochimiques nous ont laissé d'autres alliages de Ni, comme leszincs alliés. Les procédés de vaporisation thermique (formant des dépôts limités à des couches fines) ou de métallurgie des poudres (en masse plus compacte) permettent de réaliser des alliages WNi, servant de cibles de pulvérisation pour revêtements électrochrome. Les alliages NiTi, comme l'alliagenitinol, sont parmi les premiers reconnusà mémoire de forme. L'alliage nickel-phosphore NiP peut constituer un matériau en réseau ultra-léger tridimensionnel de tubes creux de masse volumique avoisinant0,9mg/cm3[28].
Chimie du nickel, corps composés et complexes à base de nickel
Il existe lesdegrés d'oxydation -II, -I, I, III, IV. Le degré d'oxydation III, caractérisé par de nombreux complexes avec desligands donneurs pour laliaison σ, comme les familles desthiols et desphosphines, est minoritaire, tout comme ledegré I, présent dans les alliages avec le sodium, les complexes tétraédriques bien stabilisés, et les enzymes à fonction d'hydrogénation (hydrogénases) et le IV, surtout communément préparé sous forme d'oxyde par lesélectrochimistes spécialisés dans lescathodes. Plus rares encore sont les degrés d'oxydation -II, -I.
La chimie colorée de l'ion Ni(II) en solutions aqueuses. De gauche à droite, complexe hexaammonié [Ni(NH3)6]2+,éthylène diaminé [Ni(NH2CH2CH2NH2)]2+, tétrachloré [NiCl4]2− et cations hexahydratés [Ni(H2O)6]2+.
Les sels de nickel sont souvent isomorphes de ceux du fer. Il existe une vaste gamme de sels doubles, diversement hydratés, avec les métaux alcalins et le cationammonium. Ainsi NiSO4.(NH4)2SO4. 6 H2O… Ils sont très souvent isomorphes des sels doubles où le nickel(II) est remplacé par l'ion fer, cobalt, magnésium, etc., ions métalliques divalents.
Un grand nombre de sel de nickel divalent, une fois dissous dans l'eau, a la couleur vert-pomme de l'ion hydraté [Ni(H2O)6]2+, tout comme les cristaux hydratés de différents sels de nickel. Anhydres, ils sont plutôt jaune ou à nuance de vert plus faible. La couleur dépend toutefois de l'anion, à la fois de son électronégativité et de sa polarisabilité, ainsi NiBr2 est jaune alors que NiI2 est noir. Dissous dans l'ammoniaque, la coloration des solutions est bleue ou violette, grâce aux ions complexes du nickel ammoniacal [Ni(NH3)n]2+.
La chimie du nickel est marquée par les complexes colorés de Ni(II) avec des configurations électroniques suivant la théorie des ligands ou champ de coordination. Leurs structures peuvent être selon l'hybridation :
dsp2 en plan-carré, à comportementdiamagnétique et le plus souvent rouge, brun, jaune, par exemple [Ni(CN)4]2− ;
sp3 tétraédrique,paramagnétique, le plus souvent bleu ou vert, par exemple [Ni(Cl)4]2− ;
sp3d2 octaédrique, par exemple [Ni(H2O)6]2+ ou [Ni(NH3)6]2+.
Les complexes de Ni(II) sont difficilement oxydables en complexes de Ni(III), au contraire des ions et complexes de cobalt et de fer[Note 14]. Les complexes de Ni(II) peuvent être facilement réduits en Ni(I) voire en Ni(0). Ainsi le complexe cyanuré [Ni(CN)4]2− peut être réduit en [Ni(CN)3]2−, voire en [Ni(CN)4]4−.
Le cyanure de nickel qui cristallise dans un mélange ammoniac-benzène laisse un cyanure de nickel ammino-benzénique. Tout se passe comme si les molécules de benzène, sans être liées, étaient captées dans les mailles du réseau cristallin formé. Ces complexes sont nommés « clathrates ».
L'ion nickel, comme l'ion vanadium, se retrouve aussi piégé dans les structuressupramoléculaires de typeporphyrine, par exemple au sein des fractions lourdes depétrole brut.
Il est possible de fabriquer de la « fonte au nickel » ou du « métal carburé ».
Nisolide cristal + Ccharbon de bois après chauffage → Ni1-xCx« fonte au nickel » avecx fraction de plusieurs pourcents
L'oxyde de nickel était réduit directement dans un creuset brasqué au feu de forge.
NiOsolide cristal + Ccharbon de bois après chauffage → NiC« métal nickel carburé fondu » + COgaz
Le nickel réagit à chaud avec les corps oxydants, comme le gazoxygène ou leshalogènes, comme lechlore.
Le nickel colore la perle deborax en jaune pâle à froid, en rouge orange à chaud.
L'analyse quantitative peut utiliser ladiméthylglyoxime, ou « réactif deTschugaeff » : le cation nickel divalent réagit avec la diméthylglyoxime pour donner un composé électriquement neutre,chélate rouge ou écarlate, le bis(diméthylglyoxime) de nickel[Note 20]. Ce complexe important, en analyse qualitative et quantitative du nickel, précipite dans des solutions légèrement ammoniacales.
Le nickel extrait est utilisé pour produire desaciers inoxydables (à hauteur de 68 % du tonnage) des alliages non ferreux (10 %),nickelage électrolytique (9 %), alliages d'acier (7 %), en fonderie (3 %) et enfin pour d'autres usages dont les accumulateurs (4 %)[29]. Environ 27 % de toute la production de nickel est utilisée pour l'ingénierie, 10 % pour la construction, 14 % pour les produits tubulaires, 20 % pour les produits métalliques, 14 % pour le transport, 11 % pour les produits électroniques et 5 % pour d'autres usages[29].
Dans l'Union européenne, environ 80 % des produits contenant du nickel arrivés en fin de vie sont collectés et recyclés[30]. Au niveau mondial, ce sont plus de 50 % du nickel en fin de vie qui sont recyclés[31].
Pour certains usages, le nickel pourrait être remplacé par d'autres éléments, notamment par leplatine et lepalladium pour l'hydrogénation, ou par lecobalt pour les alliages magnétiques ou inoxydables. Le nickel est utilisé principalement en raison de son faible coût d'extraction et de traitement par rapport aux autres solutions techniquement envisageables.
Le nickel entre dans la composition de plusieurs familles d'alliages métalliques. En dehors desaciers inoxydables (qui n'appartiennent pas à la famille des alliages de nickel mais à celle des aciers), les alliages de nickel peuvent être classés en trois catégories :
les alliagesfer-nickel : ils sont utilisés pour leurs propriétés physiques, parfois étonnantes. Par exemple, l'invar, alliage fer-nickel contenant 36 % de nickel (FeNi36), est quasiment non dilatable en dessous de200 °C. Il y est utilisé encryogénie (cuve des navires méthaniers), en physique des lasers (éléments de structure) ou dans les écrans de téléviseurs cathodiques (shadow mask). Les propriétés physiques des alliages fer-nickel mises à profit sont les propriétésmagnétiques (mu-métal, alliages à forteperméabilité magnétique, alliages à baspoint de Curie, alliagesmagnétostrictifs), élastiques (alliages à très faible coefficient thermoélastique), ainsi que leurs extraordinaires propriétés dedilatation (alliages non dilatables ou à dilatation contrôlée) ;
les alliagescuivre-nickel (cupro-nickels) : ils présentent une très bonne résistance à lacorrosion en milieu acide ou marin, ainsi qu'une bonne aptitude à la mise en forme et au soudage ;
lessuperalliages : c'est ainsi qu'on appelle une famille d'alliages de composition complexe, à base de nickel (ou decobalt), comme lenichrome, présentant une excellente résistance à lacorrosion sèche à haute température et de très bonnes propriétés mécaniques (limite d'élasticité élevée, résistance aufluage). Ce sont des matériaux de choix pour lesturboréacteurs (aéronautique) et certaines chaudières. Le développement de ces alliages a accompagné celui des moteurs d'avion depuis le milieu duXXe siècle. La série desNimonic, résistante aux fortes pressions et aux hautes températures, sert en particulier à fabriquer desturbines à gaz et des réacteurs.
Le nickel est souvent présent dans les aciers spéciaux. Les aciers au Ni et Cr servent à fabriquer des plaques blindées, des coffres-forts et portes blindées, des chars d'assaut, etc. Lenickel-chrome est utilisé comme résistance chauffante Ni60 à 80 %Cr10 à 25 %FeεMnέ, mais aussi en particulier pour les soins dentaires et comme matériau de soudure[32].
Catalyseur NiO/TiO2-SiO2.
Enbijouterie, on associe le nickel à l’or afin d'obtenir une meilleure tenue mécanique ainsi que des couleurs originales. Ainsi, ducuivre, du nickel et de l’or donnent de l’or jaune ou rosé. L’or et le nickel donnent de l’or blanc. Les « bronzes au nickel » se retrouvent dans les profilés pour architecture ou élément de décoration et dans les couverts des services de table, en petite bijouterie avec les alliagesalpacca, mais aussi dans les instruments de dessin industriels (compas,pointe sèche…), les mécanismes d'horlogerie comme les ressorts, les pièces de précision de l'instrumentation scientifique et technique, divers composants demécanique de précision et d'optique.
Ni de Raney, poudre grise, sur une coupelle, dans une « chambre à gants » dûment inertée.Surface de Ni Raney en microscopie électronique.
En dehors de son rôle d'élément d'alliage et de partie d'accumulateurs, le nickel est également utilisé comme catalyseur d'hydrogénation. Les catalyseurs à base de nickel sont utilisés pour hydrogéner lescorps gras insaturés, pour fabriquer de lamargarine ou certainssavons par exemple.
Lenickel de Raney ou le nickel de Sabatier-Senderens catalysent l'hydrogénation. La « mousse de nickel » joue ce rôle.
En chimieradicalaire, les complexes de Ni(II) tels que les dialkylthiocarbamates, les thiobisphénolates et autres phosphites, sont des désactivateurs d'hydroxy-peroxydes et des piégeurs efficaces de radicaux libres. Ils peuvent stopper une réaction radicalaire, suffisamment lente.
Ni est un ion actif dans certainesenzymes qui utilisent du nickel comme centre catalytique.
Colonne chromatographique en billes de Ni-agarose.
Les billes de nickel agarose sont employées comme matrice ou résine pour effectuer lachromatographie d'affinité des protéines ou pour leur purification aprèsmarquage enbiochimie.
Le nickelage est le plus souvent un revêtement anti-corrosion, obtenu par placage électrolytique à l'aide de sels hydrosolubles. Il est très utile sur le fer, métal plus sensible à la corrosion.
Un débouché « historique » du nickel sont les pièces de monnaie, où les qualités de malléabilité et de résistance du produit, à faible usure, sont particulièrement appréciées. Ainsi, on trouve du nickel dans les pièces américaines, canadiennes et dans les pièces d'un et de deuxeuros. Les pièces de nickel pur ou à revêtement de nickel sont blanches, les pièces en cupronickel sont jaunes.
Le nickel sert à fabriquer des aimants, des écrans magnétiques. Il sert à fabriquer des contacteurs électriques et des électrodes, des bougies de moteurs à combustion et explosion. Il est utilisé comme résistance chauffante (grille-pain, radiateur ou encore sèche-cheveux) grâce à son coefficient de conductibilité thermique très faible, ou comme revêtement sur lescasques F1 dessapeurs pompiers.
Le nickel sert à fabriquer des spatules, des creusets et divers instruments pour analyse. Des cuves de nickel sont employées pour le transport sur les navires de soude caustique, concentrée ou très pure. Il sert au raffinage et au stockage des solvants chlorés ou de divers composés, comme lephénol. Sa surface propre évite aussi toute contamination ou décoloration de ces matières. Le nickel pur est utilisé pour certains types de cordes de guitare électrique.
Le président indonésienJoko Widodo a réussi à développer une importante activité locale de transformation du nickel. En 2020, l'Indonésie a mis en place un embargo sur l'exportation de minerai brut de nickel, avec pour objectif d'inciter les entreprises étrangères à investir dans des capacités de transformation locale. Les investissements n'ont alors pas tardé à affluer. La Chine a été extrêmement active pour sécuriser son approvisionnement en métaux. Le groupe français Eramet exploite depuis 2020 à Weda Bay la plus grande mine de nickel au monde en partenariat avec le numéro un mondial du nickel, le chinoisTsingshan. En 2022, l'Indonésie a vu son PIB croître de plus de 5 %[37].
Les premières pièces connues de cupronickel blanc-argent, contenant environ 20 % de nickel, ont été frappées enBactriane pendant le règne d'EuthydemusII, d'Agathocles et de Pantaleon, aux environs de190av. J.-C.[46]
Laniccolite, minerai de nickel, était très appréciée pour sa capacité à colorer leverre en vert.
Lenickelage est mis au point par le chimiste anglaisMichael Faraday en 1834. La grande résistance à l'oxydation de la couche nickelée justifie l'emploi de cette technique.
Un des convertisseurs typePierce-Smith de la fonderie de Coniston, ville aujourd'hui insérée dans leGrand Sudbury. Il produisait après mai 1913 unematte à 14 % Cu et 41 % Ni coulée en lingots et transportée vers l'usine de raffinage de laMond company(en) en Grande-Bretagne, àClydach, près deSwansea[47].
AuxÉtats-Unis,nickel ounick, dans le langage populaire désigna d'abord le cent Indien de cupro-nickel, introduit en1859. En1865, la désignation se transféra à la pièce de trois cents et l'année suivante à la pièce de cinq cents diteShield (Armoiries). La première pièce de monnaie de nickel pur estsuisse et date de1881[48].
Enbijouterie, le nickel était auparavant utilisé pur. Le journalL'Avenir des Colonies et de la Marine du offrait ainsi à ses abonnés la possibilité d'acquérir« un assortiment varié de bijoux en nickel pur de laNouvelle-Calédonie, du meilleur goût et du modèle le plus nouveau »[49].
Vers 1880, les pièces de monnaie de 5, 10 et 25 centimes de la République française sont soit en cuivre pur, soit en cupronickel Cu75 %Ni25 %. Le cupronickel est un alliage monétaire allemand à laBelle Époque. Les alliages CuNiZn sont des alliages monétaires, utilisés notamment par le Chili, la Belgique et la France. Nommés « maillechorts » en France ou « German silver » (argent des Allemands), ils servent également fabriquer des couverts de tables brillants.
Le traitement électrochimique s'est aussi développé à la Belle Époque. Les chimistes ou métallurgistes Becquerel, Roseleur, Adams et Pfannhauser mettent au point un traitement à base de sulfate double de nickel et d'ammonium. Ce sont les premières pièces nickelées, aujourd'hui communes dans les appareils usuels. Le nickelage s'impose comme un procédé de galvanoplastie à la mode. Le fourreau des sabres et les objets apparents de la sellerie sont nickelés. Le recouvrement de nickel concerne les objets en laiton ou en fer facilement oxydables, de façon à les utiliser de manière plus durable. Cet effet de longue durée d'usage, allié à une surface propre et brillante, est recherchée autant sur les instruments de chirurgie que sur les galvanos d'imprimerie en cuivre. Les bains de nickelage utilise par exemple 80 g de sulfate double de nickel et d'ammonium pour un litre d'eau, imposant le dépôt par une densité de courant de 0,3 A/dm2 à 0,6 A/dm2.
Vers 1916, un bain électrochimique a base de chlorure de nickel, sulfate de nickel et acide borique est testé par Watts, qui emploie des adjuvants.
Dans les années 1920, la confection d'ustensiles de cuisine en employant des alliages de nickel et/ou les procédés de nickelage est commune.
L'incorporation du nickel dans les aciers des blindages, lors de laSeconde Guerre mondiale, a entraîné chez les belligérants la restriction de son usage dans les pièces de monnaie. Mais les nations ou puissances militaires prévoyantes avaient en toute conscience envisagé cette récupération aprèsthésaurisation.
En très faible quantité et sous des formes assimilables par l'organisme, le nickel est considéré comme un oligo-élément pour les animaux, également indispensable à la croissance des plantes.
Si le corps simple métal nickel sous forme compacte et massive n'est en principe pastoxique, un contact prolongé avec la peau et les muqueuses peut provoquer des démangeaisons, des prurits et parfois des allergies. L'ingestion de sels solubles dilués dans l'eau provoque nausées, vomissements, diarrhées.
Certains composés de nickel sont des corps dangereux ou très toxiques, par exemple letétracarbonyle de nickel, cancérigène reconnu[réf. souhaitée], présent dans les vapeurs ou fumées. Même la poussière de nickel ou les diverses poudres de nickel finement divisés, utilisé en catalyse, sont également reconnues cancérigènes[réf. nécessaire], ils provoquent d'abord par contact et à faibles doses chroniques des dermites et des allergies cutanées.
La présence importante de nickel d'origine naturelle est toxique : c'est le cas sur les solsultramafiques. Les sols contaminés massivement par le nickel deviennent stériles et la végétation rare, mises à part quelques rares espèces végétales à grande résistance. Il existe ainsi des plantes hyper-accumulatrices, comme l'Alyssum murale, qui peut récupérer à la terre souillée 120 kg/ha[50].
Elle esta priori plus élevée dans les régions industrielles minières respectivement concernées par l'extraction et le travail de ce métal.
En 2018 en France, le « Voletpérinatal » duprogramme national debiosurveillance a publié une évaluation de l'imprégnation desfemmes enceintes dont pour le nickel (et douze autres métaux ou métalloïdes ainsi que quelques polluants organiques).
Le dosage du nickel a été fait dans les urines de990 femmes enceintes au moment de leur arrivée à la maternité. Elles faisaient toutes partie de la « Cohorte Elfe », un pannel ne comprenant que des femmes ayant accouché en France en 2011 horsCorse etTOM)[51].
Ledosage urinaire de ces990 femmes a donné unemoyenne géométrique de 1,38 μg de nickel par litre d'urine[51] (1,89 μg/g decréatinine)[51]. Ces taux sont tels (voire légèrement moindres) que ceux précédemment décrits en France et à l’étranger chez les femmes enceintes ou chez les femmes adultes. Ici l'imprégnation par le nickel augmentait« avec letabagisme et la consommation dethé ». Un lien avec lebilan martial pourrait éventuellement expliquer cette association avec le thé, mais faute de données« sur le statut ferrique des femmes enceintes au sein de la cohorte Elfe ceci reste une hypothèse »[51].
Le nickel est le plusallergisant de tous les métaux. Plus de 12 % de la population y est allergique, dont une majorité de femmes[55]. La réaction la plus fréquente est unedermatite de contact provoquée par un bracelet de montre, des bijoux fantaisie, des accessoires vestimentaires (boucles, boutons, fermetures éclair, etc.).
Malgré cette toxicité, le nickel est resté partie intégrante de la construction des pièces en euros.
Ses effetsécotoxiques sont peu étudiés, bien que ce métal présente une forte affinité pour lesligands organiques comportant une fonction thiol (SH-)[57], ce qui explique que sa toxicité est diminuée en présence de ligands[59]. Elle l'est aussi en présence decarbone organique dissous (COD)[59] et dematières en suspension (MES)[59]
Son écotoxicité est aussi modulée par le pH du milieu, la présence d'autres métaux ou polluants (qui peuvent avoir des effets synergiques ou non) et selon le mode et la voie d'exposition (nourriture, eau, sédiment), dont chez lesmollusques aquatiques[59] qui le bioconcentrent (de 1 à quelques dizaines de mg/kg)[57]. Chez lesescargots aquatiques d'eau douceHyalella azteca etLymnaea stagnalis, le nickel se montre le moins toxique pour l'animal quand il n'est présent que dans l'eau. Il est plus toxique pour l'escargot dans le sédiment et le plus toxique quand il est présent comme contaminant à la fois dans les trois compartiments (eau, sédiment et nourriture).
↑Ces petits êtres de la croyance populaire nordique sont parfois appelés « lutins » par diverses traditions paysannes qui prétendaient les apercevoir en surface, par exemple avec les traces de champignons recycleurs ou autres phénomènes (climatiques…) supposés émanés du sol. En ce sens vague, ils sont très proches deskobolds à l'origine de la dénomination ducobalt. Les jargons des mineurs germaniques semblent toutefois ne pas confondre « nickels » et « cobalts », à moins de les définir catégoriquement en « esprits malins ou petits génies malfaisant, hantant les mines et corrompant à qui-mieux̠-mieux les minerais ». Même dans le folklore, chaque conte fait allusion à un être défini, le « nickel du cuivre » de tel lieu minier précis.
↑Ce verbe se conjugue à l'instar du verbe appeler, ainsi je nickelle…
↑L'adjectif désigne ensuite communément ce qui a rapport au nickel.
↑Un nom générique ancien de ces silicates hydratés naturel de Ni, Mg et Ca estnickelgymnite ougymnite nickélifère. Autrefois les dénominationsnouméite etgarniérite désignaient respectivement les variétés riches ou pauvres en Ni.
↑Dans lesannées 1980, les alliages les plus importants étaient avec l'acier, le cuivre et l'aluminium.
↑En dépit de leur réactivité décroissante, Fe, Co et Ni sont assez semblables d'un point de vue chimique. Le nickel, le palladium et le platine appartiennent au « groupe du nickel », le Pd et le Pt sont nettement moins réactifs que le nickel. Les trois métaux principaux du groupe sont des catalyseurs importants et forment un grand nombre decomplexes de coordination.
↑La réaction réversible, pivot duprocédé Mond qui permet de récupérer et/ou purifier le nickel, est la suivante :
Nisolide cristal + 4 COgaz oxyde de carbone, réactif entre60 °C et80 °C → Ni(CO)4gaz qui se décompose vers180 °C.
↑Le nickeldivalent est commun et stable, ce qui explique le nombre élevé des composés de Ni(II). L'ion cobalt Co3+ libre est très oxydant, sauf dans certains complexes stables. L'ion ferrique Fe3+ est un oxydant courant, plus modéré.
↑[FeII(CN)6]4− peut être oxydé facilement en [FeIII(CN)6]3−.
↑« Nickel » dans la base de données de produits chimiquesReptox de laCSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
↑Huheey J.E., Keiter E.A. et Keiter A.L.,Chimie inorganique, De Boeck 1996(ISBN2-8041-2112-7),p. 24.
↑a etbNIST Atomic Spectrum Database. Pour lire les niveaux de l'atome de nickel, taper « Ni I » à la boîte « Spectrum » et cliquer sur « Retrieve data ».
↑Cet adjectif est dans leDictionnaire universel rédigé parLouis-Nicolas Bescherelle, en 1845. Le verbe nickeler est cité en 1853 dans leDictionnaire des arts et manufactures rédigé sous l'autorité de l'ingénieur et fondeurLaboulaye dès 1847.
↑Le terme nickelure est présent dans leJournal officiel, en 1875. Plus tard, à laBelle Époque, apparaissent le verbe « nickeliser » et le substantif « nickelisage ».
↑Christine Courtis,Après 1878 : les souvenirs du capitaine Kanappe, Nouméa, Publications de la Société d'études historiques de la Nouvelle-Calédonie,, 122 p.,p. 32.
↑European Chemical Industry Ecology and ToxicologyCentre (ECETOC),Le nickel et ses composés : revue de la toxicologie et de l'épidémiologie avec une référence particulière à la cancérogenèse. Rapport technique 33. = Traduit de l'anglais., Chimie et écologie. Paris,(lire en ligne)
↑abc etdCuster, K. W., Hammerschmidt, C. R. et Burton, G. A. (2016),Nickel toxicity to benthic organisms: The role of dissolved organic carbon, suspended solids, and route of exposure, Environmental Pollution, 208, 309-317 (résumé).
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