Fer
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2008-07-05T00:32:28Z
Zorrobot
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{{voir homonymes}}
{{Élément/Fer}}
Le '''fer''' est un [[élément chimique]], de [[liste des éléments par symbole|symbole]] '''Fe''' et de [[numéro atomique]] '''26'''.
Le noyau de l'atome de fer 56 est l'[[isotope]] le plus stable de tous les éléments chimiques, car il possède l'énergie de liaison par nucléon la plus élevée.
Le fer est le dernier élément pouvant être produit par les réactions de [[Nucléosynthèse stellaire|fusion]] au cœur des étoiles (si celles-ci pèsent au moins 5 [[Masse solaire|masses solaires]]) et donc l'élément le plus lourd dont la formation ne nécessite pas un évènement cataclysmique comme une [[supernova]].
== Histoire et étymologie ==
Le nom du fer vient du latin classique ''{{lang|la|ferrum}}'': fer ; objet en fer ; épée ; chaînes.
Les premières preuves de l'utilisation du fer remontent à environ 4000 av. J.-C., chez les [[Égyptiens]] et [[Sumériens]]. Quelques objets comme des pointes de lances, des dagues et des ornements étaient forgés de fer provenant de météorites....
== Propriétés ==
=== Propriétés physiques ===
C'est un [[métal]] qui, en fonction de la température, se présente sous plusieurs formes [[allotropie|allotropique]]s. Dans les [[conditions normales de pression et de température]], c'est un solide [[cristal]]lin de structure [[cubique centré]] (fer α ou [[ferrite (acier)|ferrite]]) ; à partir de 912 °C, il devient [[cubique à faces centrées]] (fer γ ou [[austénite]]). Au-delà de {{formatnum:1394}} °C, il redevient [[cubique centré]] (fer δ).
Le fer est [[ferromagnétisme|ferromagnétique]] : les [[moment magnétique|moments magnétiques]] des atomes s'alignent sous l'influence d'un champ magnétique extérieur et conservent leur nouvelle orientation après la disparition de ce champ.
Des courants de convection riches en fer liquide dans la couche externe du noyau terrestre (noyau externe) sont supposés être à l'origine du [[champ magnétique terrestre]].
=== Propriétés chimiques ===
Laissé à l'[[air]] libre en présence d'humidité, il se [[corrosion|corrode]] en formant de la [[rouille (oxyde)|rouille]] Fe{{ind|2}}O{{ind|3}}. La rouille étant un matériau poreux, la réaction d'oxydation peut se propager jusqu'au cœur du métal, contrairement, par exemple, à l'aluminium, qui forme une couche fine d'oxyde imperméable.
En solution, il présente deux valences principales :
* Fe{{exp|2+}} (le fer ''ferreux'') qui présente une faible couleur verte ;
* Fe{{exp|3+}} (le fer ''ferrique'') qui possède une couleur rouille caractéristique. Fe{{exp|3+}} peut être réduit par du cuivre métallique, par exemple, réaction à l'origine du procédé de gravure des circuits imprimés par le perchlorure de fer, FeCl{{ind|3}}.
L'[[hémoglobine]] du [[sang]], qui permet aux [[globule rouge|globules rouges]] de transporter le [[dioxygène]], contient du fer.
== Gisements ==
Dans la nature, les [[minerai]]s de fer exploitables sont essentiellement des [[oxyde]]s : notamment l'[[hématite]] Fe{{ind|2}}O{{ind|3}}, la [[magnétite]] Fe{{ind|3}}O{{ind|4}} et la [[limonite]] HFeO{{ind|2}}.
L'oxyde magnétique ou ''magnétite'' Fe{{ind|3}}O{{ind|4}} est connu depuis l'Antiquité grecque. Il tire son nom du mont Magnetos (le grand mont), une montagne grecque particulièrement riche en ce [[minéral]].
== Métallurgie ==
===Extraction===
Le fer s'obtient industriellement en réduisant par le [[monoxyde de carbone]] (CO) provenant du carbone, les [[oxyde]]s contenus dans le minerai ; ceci peut être réalisé :
Depuis l'[[Âge du fer]] et jusqu'au {{XIXe siècle}} dans certaines régions du monde : par réduction du minerai avec du [[charbon de bois]] dans un [[bas fourneau]] ou bas-foyer : on obtient, sans passer par une phase liquide, une masse hétérogène de fer et d'acier appelée "loupe", "massiot" ou "éponge de fer". Cette masse de métal brute se forme en incorporant plus ou moins de scories (déchet minéral de la réduction) et de porosités. Afin de rendre le métal propre à l'élaboration d'objets, la "loupe" peut être brisée et triée par type de teneur en carbone ou plus simplement être directement compactée à la forge. Ce travail, dit d'épuration, varie en fonction des régions et des cultures techniques. Globalement, son principe consiste à évacuer la scorie et à souder les différentes parties de la masse de métal. On parle de cinglage pour l'étape consistant à marteler le métal à chaud pour évacuer la scorie et de corroyage pour désigner la fin de l'opération d'épuration, consistant à réaliser plusieurs passes à la forge en repliant et en soudant le métal sur lui-même.
C'est avec le développement des moulins et de la force hydraulique, que la lignée technique du haut-fourneau a pu se développer et s'est globalement imposée sur celle du bas-fourneau. La principale différence dans ce procédé est la réduction des oxydes de fer à une température supérieur au point de fusion du fer. Le métal est produit en phase liquide, formant la fonte. Dans ce cas, les déchets minéraux, appelés laitiers, sont séparés du métal.
C'est en ajoutant de la silice au minerai à gangue calcaire ou du calcaire au minerai à gangue siliceuse que l'on est passé au haut fourneau : ce fondant permet la formation de [[Laitier (sidérurgie)|laitier]], et permet au fer d'absorber du [[carbone]] pour faire de la [[Fonte (métallurgie)|fonte]] bien liquide, car sa température de fusion est plus basse que le fer. Pendant longtemps les haut fourneaux ont fonctionné au [[charbon de bois]]. Le [[coke (charbon)|coke]] plus dur a permis de faire des hauts fourneaux beaucoup plus hauts mais produisant une [[Fonte (métallurgie)|fonte]] moins pure .
Pour obtenir un métal forgeable, il faut affiner la fonte. Cette étape consiste à décarburer la fonte pour obtenir un alliage plus faible en carbone: fer ou acier. Là encore, les techniques d'élaboration du métal en haut-fourneau varient en fonction des régions, des cultures techniques et des produits qu'on veut obtenir.
Actuellement : les oxydes de fer (minerais) sont réduits par le monoxyde de carbone obtenu par la réaction du coke et de l'air dans un [[haut fourneau]]. On obtient de la [[Fonte (métallurgie)|fonte]] liquide et du laitier liquide.
La fonte est transformée en acier au convertisseur. Dans cette cuve, on souffle de l'[[Dioxygène|oxygène]] sur la fonte pour en éliminer le [[carbone]].
=== Acier et fonte ===
[[Image:Erzberg3.jpg|thumb|right|250px|Le fer est recyclable, mais son extraction n'est pas dénuée d'impact environnemental, ni énergétique (Mine de [[Erzberg]], [[Styrie (Land)|Styrie]])]]
[[Image:LightningVolt Iron Ore Pellets.jpg|thumb|right|250px|Dépôt de minerai de fer d'une usine [[Sidérurgie|sidérurgique]] ]]
L'[[acier]] et la [[Fonte (métallurgie)|fonte]] sont des alliages de fer contenant une faible proportion de carbone en masse, mais une proportion bien plus importante en nombre d'atomes (55,845 ÷ 12 = 4,65 fois plus) :
* la fonte contient de 2.1 % à 6,67 % de carbone ;
* l'acier contient de 0,025 % à 2.1 % de carbone ;
* en-dessous de 0,025 % de carbone, on parle de fers industriels (ou fer alpha).
Diverses additions permettent d'obtenir des aciers spéciaux :
* [[manganèse]] pour améliorer la résistance à l'usure ;
* [[tungstène]] pour la dureté à haute température ;
* [[silicium]] pour améliorer l'[[Déformation élastique|élasticité]] (utilisé pour les [[ressort]]s).
Les [[acier inoxydable|aciers inoxydables]] sont des alliages contenant de fortes proportions de [[chrome]]. On peut aussi y ajouter du [[nickel]] et parfois du [[molybdène]] ou du [[vanadium]]. Par exemple, les couverts possèdent une inscription « 18/8 » ou « 18/10 », cela signifie qu'ils contiennent 18 % de chrome et 8 ou 10 % de nickel.
===Autres alliages===
Il existe d'autres alliages moins connus :
* les [[intermétallique]]s Fe-Al ;
* les [[Fe-Cr-Al]].
===Industrie de l'extraction de minerais de fer===
Les principaux producteurs de minerais de fer dans le monde sont, en 2008<ref>Bernstein Resaerch, in ''Les Echos'' du 5 février 2008, page 35</ref> :
*[[BHP Billiton]] et [[Rio Tinto]] (39,6% du marché mondial estimé en 2008, en cas de fusion)
*Vale (ex-[[CVRD]]) (Brésil) (35,7%)
*[[Rio Tinto]] (24% seul)
*[[BHP Billiton]] (16% seul)
*[[Fortescue]] (5,4%)
*[[Kumba]] (5,2%)
*Autres (LKAB, SNIM, CVG Ferrominera, Hierro Peru, Kudremukh, CAP) (13,7%)
En 2007, la Chine produit un tiers de l'acier mondial et attire 50 % des exportations du minerai de fer<ref name="Faujas">Alain Faujas, « Le minerai de fer augmentera d'au moins 65 % en 2008 », dans ''[[Le Monde]]'' du 20-02-2008, mis en ligne le 19-02-2008, {{Lire en ligne|lien=http://www.lemonde.fr/economie/article/2008/02/19/le-minerai-de-fer-augmentera-d-au-moins-65-en-2008_1013170_3234.html#ens_id=1007909}}</ref>.
== Utilisation ==
Le fer est largement utilisé sous forme d'acier dans la construction métallique.
Le fer métallique et ses oxydes sont utilisés depuis des décennies pour fixer des informations analogiques ou numériques sur des supports appropriés ([[bande magnétique|bandes magnétiques]], cassettes audio et vidéo, [[disquette]]s).
L'usage de ces matériaux est cependant désormais supplanté par des composés possédant une meilleure [[permittivité]], par exemple dans les disques durs.
Le fer est également employé dans le [[Fil de fer barbelé|fil de fer]].
===Dans l'alimentation ===
{{article détaillé|Teneur en fer des aliments}}
Le fer est un des [[sels minéraux]] qu'on retrouve dans [[teneur en fer des aliments|les aliments]].
Le fer est essentiel au transport de l'[[oxygène]] et à la formation des [[globules rouges]] dans le [[sang]]. Il joue aussi un rôle dans la fabrication de nouvelles [[Cellule (biologie)|cellule]]s, d'[[hormone]]s et de [[neurotransmetteur]]s. Le fer contenu dans les végétaux (fer dit "non héminique") est moins bien absorbé par l'organisme que celui contenu dans les aliments d'origine animale (fer "héminique"). Toutefois, l'absorption du fer des végétaux est favorisée si on le consomme avec certains [[nutriment]]s, comme la [[vitamine C]]. {{référence_nécessaire|En revanche son absorption est inhibée par la consommation de thé et/ou de café.}}
==Symbolique==
* Le fer symbolise la [[solidité]] (ex. : ''Le pot de terre et le pot de fer'', la fable de [[Jean de La Fontaine]]).
* Dans la mythologie le fer symbolise la corruption ou la déchéance, par opposition à l'or, métal plus noble. Le mythe des races, d'[[Hésiode]], où le dernier et le pire de tous les âges est l'âge de fer, constitue une des illustration de cette valeur symbolique du fer dans les récits mythologiques.
* Les [[noces]] de fer symbolisent les 41 ans de [[mariage]] dans le folklore français.
==Notes et références==
<references />
== Voir aussi ==
{{Commons|Iron|Fer}}
{{Wiktionnaire|fer}}
* [[Fer à cheval]]
* [[Fer-de-lance]]
* [[âge du fer]]
* [[teneur en fer dans les aliments]]
* [[sidérurgie]]
===Lien externe===
* Dossier sur le fer : [http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier565-1.php?p=1&z=26 Le fer tombe le masque, dossier Futura-sciences]
{{ElementsChimiques}}
{{portail chimie}}
{{Lien AdQ|af}}
{{Lien AdQ|eo}}
{{Lien BA|ru}}
[[Catégorie:Élément chimique]]
[[Catégorie:Métal de transition]]
[[Catégorie:Minéral alimentaire]]
{{Lien BA|cs}}
{{Lien BA|eo}}
[[af:Yster]]
[[als:Eisen]]
[[ar:حديد]]
[[ast:Fierro]]
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[[be:Жалеза]]
[[be-x-old:Жалеза]]
[[bg:Желязо]]
[[bn:লোহা]]
[[br:Houarn]]
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[[cs:Železo]]
[[cv:Тимĕр]]
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[[gan:鐵]]
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[[he:ברזל]]
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[[ia:Ferro]]
[[id:Besi]]
[[io:Fero]]
[[is:Járn]]
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[[nl:IJzer (element)]]
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[[pl:Żelazo]]
[[pt:Ferro]]
[[qu:Chuki]]
[[ro:Fier]]
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[[scn:Ferru]]
[[sco:Airn]]
[[sh:Željezo]]
[[simple:Iron]]
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[[zh:铁]]
[[zh-min-nan:Fe (goân-sò͘)]]
[[zh-yue:鐵]]