Zirconium Zr

Découverte

Le zircon était prisé comme pierre précieuse depuis l'Antiquité, mais l'élément nouveau qu'il renfermait ne fut reconnu qu'en 1789, lorsque le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth analysa du zircon du Sri Lanka et identifia un nouvel oxyde, la zircone.

En 1824, Jöns Jacob Berzelius obtint du zirconium métallique impur en réduisant un composé du zirconium par le potassium. Le métal capte facilement l'oxygène et l'azote, si bien que les échantillons purs restèrent hors d'atteinte pendant un siècle.

En 1925, les scientifiques néerlandais Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer produisirent du zirconium de haute pureté en décomposant de la vapeur d'iodure de zirconium sur un filament chaud, le procédé « crystal bar ». Avec l'essor du nucléaire au milieu du XXe siècle, le zirconium devint un matériau stratégique.

Origine du nom

Le nom dérive du minéral zircon, un mot que l'on fait généralement remonter au persan zargun, « couleur d'or ». Le symbole est Zr.

Principales utilisations

• Réacteurs nucléaires : les alliages de zirconium (Zircaloy) absorbent très peu de neutrons et résistent à l'eau chaude, ce qui en fait la gaine standard des crayons de combustible. Il faut d'abord en retirer le hafnium, chimiquement presque identique, car c'est un fort absorbeur de neutrons.
• Céramiques : la zircone, tenace et dure, sert aux couronnes dentaires, aux couteaux en céramique et aux pièces de prothèses articulaires ; la zircone cubique est une imitation bien connue du diamant.
• Fonderie et réfractaires : le sable de zircon résiste aux hautes températures dans les moules de fonderie et les revêtements de fours, et il rend d'un blanc opaque les émaux céramiques des carreaux et des sanitaires.
• Usines chimiques : le zirconium résiste aux acides forts et sert pour les réacteurs et les tuyauteries.

Isotopes

Le zirconium naturel comprend cinq isotopes, les zirconium 90, 91, 92, 94 et 96, le zirconium 90 représentant un peu plus de la moitié. Le zirconium 96 subit une double désintégration bêta si lente qu'il est en pratique stable. Le zirconium 89, de demi-vie d'environ 78 heures, est fixé sur des anticorps pour la recherche en imagerie TEP, et le zirconium 93 est un produit de fission à vie longue.

Lorsque le zircon cristallise, il incorpore de l'uranium mais presque pas de plomb, ce qui le rend idéal pour la datation uranium–plomb. Des grains de zircon des Jack Hills, en Australie-Occidentale, se sont formés il y a environ 4,4 milliards d'années et sont les plus anciens fragments connus de la croûte terrestre.

Dans la vie quotidienne

Le zirconium est principalement extrait de sables de plage, avec des minéraux de titane. Le métal est peu toxique et bien toléré par l'organisme, et des composés aluminium–zirconium se trouvent dans certains antitranspirants.

La poudre fine de zirconium s'enflamme toutefois facilement à l'air. À très haute température, le zirconium réagit aussi avec la vapeur d'eau en produisant de l'hydrogène ; cette réaction a contribué aux explosions d'hydrogène de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011.