Titane

En tant que métal, le titane est reconnu pour son rapport résistance/poids élevé. C'est un métal solide à faible densité qui est assez ductile (surtout dans un environnement sans oxygène), brillant et de couleur blanc métallique. Son point de fusion relativement élevé (plus de 1 650 °C ou 3 000 °F) le rend utile comme métal réfractaire. Il est paramagnétique et a une conductivité électrique et thermique assez faible par rapport à d'autres métaux. Le titane devient supraconducteur lorsqu'il est refroidi en dessous de sa température critique de 0,49 K. Les grades commercialement purs (99,2 % purs) de titane ont une résistance ultime à la traction d'environ 434 MPa (63 000 psi), égale à celle des alliages d'acier courants de faible qualité, mais sont moins denses. Le titane est 60 % plus dense que l'aluminium, mais plus de deux fois plus solide que l'alliage d'aluminium 6061-T6 le plus couramment utilisé. Certains alliages de titane (par exemple, le Beta C) atteignent des résistances à la traction de plus de 1 400 MPa (200 000 psi). Cependant, le titane perd de la résistance lorsqu'il est chauffé au-dessus de 430 °C (806 °F). Le titane n'est pas aussi dur que certains grades d'acier trempé ; il est non magnétique et un mauvais conducteur de chaleur et d'électricité. L'usinage nécessite des précautions, car le matériau peut gripper à moins d'utiliser des outils tranchants et des méthodes de refroidissement appropriées. Comme les structures en acier, celles en titane ont une limite de fatigue qui garantit la longévité dans certaines applications. Le métal est un allotrope dimorphique d'une forme α hexagonale qui se transforme en une forme β cubique centrée sur le corps (réseau) à 882 °C (1 620 °F). La chaleur spécifique de la forme α augmente considérablement lorsqu'elle est chauffée jusqu'à cette température de transition, puis diminue et reste relativement constante pour la forme β, quelle que soit la température.

Le titane est le neuvième élément le plus abondant dans la croûte terrestre (0,63% en masse) et le septième métal le plus abondant. Il est présent sous forme d'oxydes dans la plupart des roches ignées, dans les sédiments qui en sont dérivés, dans les êtres vivants et dans les masses d'eau naturelles. Sur les 801 types de roches ignées analysées par l'United States Geological Survey, 784 contenaient du titane. Sa proportion dans les sols est d'environ 0,5 à 1,5%. Les minéraux courants contenant du titane sont l'anatase, la brookite, l'ilménite, la pérovskite, le rutile et la titanite (sphène). L'akaogiite est un minéral extrêmement rare composé de dioxyde de titane. Parmi ces minéraux, seuls le rutile et l'ilménite ont une importance économique, mais même eux sont difficiles à trouver en fortes concentrations. Environ 6,0 et 0,7 millions de tonnes de ces minéraux ont été extraites en 2011, respectivement. Des dépôts significatifs d'ilménite contenant du titane existent en Australie occidentale, au Canada, en Chine, en Inde, au Mozambique, en Nouvelle-Zélande, en Norvège, en Sierra Leone, en Afrique du Sud et en Ukraine. Environ 186 000 tonnes de métal éponge de titane ont été produites en 2011, principalement en Chine (60 000 t), au Japon (56 000 t), en Russie (40 000 t), aux États-Unis (32 000 t) et au Kazakhstan (20 700 t). Les réserves totales de titane sont estimées dépasser 600 millions de tonnes. La concentration de titane est d'environ 4 picomolaire dans l'océan. À 100 °C, la concentration de titane dans l'eau est estimée être inférieure à 10 M à pH 7. L'identité des espèces de titane en solution aqueuse reste inconnue en raison de sa faible solubilité et du manque de méthodes spectroscopiques sensibles, bien que seul l'état d'oxydation 4+ soit stable dans l'air. Aucune preuve n'existe pour un rôle biologique, bien que certains organismes rares soient connus pour accumuler de fortes concentrations de titane. Le titane est contenu dans les météorites, et il a été détecté dans le Soleil et dans les étoiles de type M (les plus froides) avec une température de surface de 3 200 °C (5 790 °F). Les roches rapportées de la Lune lors de la mission Apollo 17 sont composées de 12,1 % de TiO2. On le trouve également dans les cendres de charbon, les plantes et même le corps humain. Le titane natif (pur métallique) est très rare.

Le tétrachlorure de titane est utilisé pour iriser le verre, et comme écran de fumée car il fume beaucoup au contact de l'air . Il est utilisé en céramique dans la préparation de certains émaux. Son côté inerte et sa couleur agréable en font un métal courant pour les bijoux de piercing ; la coloration du titane par anodisation est actuellement largement utilisée en bijouterie artisanale ; Il est parfois utilisé comme catalyseur. Il est utilisé en architecture comme matériau de recouvrement. Ses propriétés de résistance à la corrosion mais surtout sa faculté, par anodisation thermique, à se couvrir d’une couche d’oxyde extrêmement résistante, pouvant prendre toutes les couleurs de l’arc-en-ciel, en font un matériau de choix (exemple du musée Guggenheim à Bilbao ou de la sculpture The Shoal à Londres). Il est utilisé pour fabriquer des cadres de bicyclettes haut de gamme, et plus généralement dans l'industrie pour sa solidité, sa légèreté, et son inertie (dans les véhicules de compétition, notamment, ou toute autre utilisation pour laquelle son prix n'est pas rédhibitoire). Il est utilisé en pyrotechnie, soit en mélange sous forme de copeaux avec la poudre noire pour produire des étincelles blanches, soit en complément de perchlorates pour provoquer de fortes explosions : par exemple un « marron d'air titanium » n'est autre qu'une bombe de feu d'artifice qui produit un éclair blanc avec une forte détonation. Échangeurs de chaleur pour la production d'énergie (centrales conventionnelles et nucléaires) Utilisation dans la fabrication d'armures de type médiéval pour la pratique du combat réel dit béhourd, les caractéristiques du titane donnant un gain de résistance et de légèreté considérable face à des armures classiques en acier (armure complète en titane : environ 15 kg, contre 30 pour l'acier).