Le point d'ébullition du tungstène est de 10 030 F et d'autres faits fous

Des balles perforantes, des tuyères de moteur de fusée et des forets pour couper la roche solide ne sont que quelques-uns des produits fabriqués à base de tungstène, l'un des éléments les plus durs et les plus résistants à la chaleur de l'univers.

Le tungstène, comme la plupart des autres éléments métalliques, ne se trouve pas dans la nature sous forme de morceau de métal brillant. Il doit être chimiquement isolé d’autres composés, en l’occurrence la wolframite minérale naturelle. C'est pourquoi le symbole du tungstène sur le tableau périodique n'est pas T mais W, qui est l'abréviation de « wolfram ». Le nom tungstène signifie en suédois « pierre lourde », une référence à l'étrange densité et au poids de l'élément. Son numéro atomique (le nombre de protons dans le noyau de son atome) est de 74 et son poids atomique (moyenne pondérée de ses isotopes naturels) est de 183,84.

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On attribue à deux chimistes (et frères) espagnols, Juan José et Fausto Elhuyar, la découverte du tungstène en 1783 lorsqu'ils ont isolé pour la première fois le métal blanc grisâtre de la wolframite.

L'une des propriétés les plus impressionnantes et les plus utiles du tungstène est son point de fusion élevé, le plus élevé de tous les éléments métalliques. Le tungstène pur fond à une température énorme de 6 192 degrés F (3 422 degrés C) et ne bout pas avant que la température n'atteigne 10 030 F (5 555 C), soit la même température que la photosphère du soleil.

Le fer, à titre de comparaison, a un point de fusion de 2 800 degrés F (1 538 degrés C) et l'or se transforme en liquide à seulement 1 947,52 degrés F (1 064,18 degrés C).

Tous les métaux ont des points de fusion relativement élevés car leurs atomes sont maintenus ensemble par des liaisons métalliques étroites, explique John Newsam, chimiste et spécialiste des matériaux que nous avons contacté par l'intermédiaire de l'American Chemical Society. Les liaisons métalliques sont si fortes parce qu’elles partagent des électrons sur un ensemble tridimensionnel d’atomes. Newsam affirme que le tungstène dure plus longtemps que les autres métaux en raison de la force et de la directionnalité inhabituelles de ses liaisons métalliques.

"Pourquoi est-ce important ?" demande Newsam. "Pensez à Edison travaillant sur des filaments pour l'ampoule à incandescence. Il avait besoin d'un matériau qui non seulement émettait de la lumière, mais ne fondrait pas sous l'effet de la chaleur."

Edison a expérimenté de nombreux matériaux de filament différents, notamment le platine, l'iridium et le bambou, mais c'est un autre inventeur américain, William Coolidge, qui est reconnu pour avoir fabriqué les filaments de tungstène utilisés dans la plupart des ampoules tout au long du 20e siècle.

Le point de fusion élevé du tungstène présente d'autres avantages, par exemple lorsqu'il est mélangé sous forme d'alliage avec des matériaux comme l'acier. Les alliages de tungstène sont plaqués sur des sections de fusées et de missiles qui doivent résister à une chaleur énorme, y compris les tuyères des moteurs qui éjectent des jets explosifs de carburant pour fusée.

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La densité des différents éléments reflète la taille des atomes qui les composent. Plus vous descendez dans le tableau périodique, plus les atomes sont gros et lourds.

"Les éléments les plus lourds, comme le tungstène, ont plus de protons et de neutrons dans le noyau et plus d'électrons en orbite autour du noyau", explique Newsam. "Cela signifie que le poids d'un atome augmente considérablement à mesure que l'on descend dans le tableau périodique."

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En termes pratiques, si vous teniez un morceau de tungstène dans une main et le même volume d’argent ou de fer dans l’autre, le tungstène semblerait beaucoup plus lourd. Plus précisément, la densité du tungstène est de 19,3 grammes par centimètre cube. En comparaison, l’argent est environ deux fois moins dense que le tungstène (10,5 g/cm3) et le fer est presque un tiers moins dense (7,9 g/cm3).

Le poids haute densité du tungstène peut constituer un avantage dans certaines applications. Il est souvent utilisé dans les balles perforantes, par exemple, pour sa densité et sa dureté. L'armée utilise également le tungstène pour fabriquer des armes dites de « bombardement cinétique » qui tirent une tige de tungstène comme un bélier aéroporté pour briser les murs et le blindage des chars.

Pendant la guerre froide, l'armée de l'air aurait expérimenté une idée appelée Projet Thor qui aurait permis de larguer un paquet de tiges de tungstène de 20 pieds (6 mètres) depuis l'orbite sur des cibles ennemies. Ces soi-disant « bâtons de Dieu » auraient eu un impact avec la force destructrice d'une arme nucléaire, mais sans les retombées nucléaires. Il s’avère que le coût du lancement des lourdes tiges dans l’espace était prohibitif.