Titane
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Symbolique

Le titane est le 11e niveau dans la progression de la Sarbacane sportive.

Utilisations

Montre en titane.

Aspects généraux

La plus grande utilisation du titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) (95%) est faite sous sa forme de dioxyde de titane (Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.) TiO (anatase), qui est un pigment important utilisé à la fois dans les peintures domestiques et les pigments des artistes, les matières plastiques, le papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces et est considéré comme un...), les médicaments… Il a un bon pouvoir couvrant et est assez résistant au temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Les peintures à base de titane sont de très bons réflecteurs des infrarouges, et sont donc très utilisées par les astronomes.

Autrefois réputé cher à cause de sa valeur d’achat, le titane est de plus en plus considéré comme économique dans les coûts d’exploitation. La clé du succès pour sa rentabilité est d’utiliser au maximum ses propriétés et caractéristiques uniques dès la conception, plutôt que de les substituer ex abrupto à un autre métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des...). Les coûts d’installation et d’exploitation des tubes de forage en titane dans des exploitations pétrolières offshore (Offshore est un terme anglais désignant à l'origine les activités qui se déroulent au large des côtes. Il peut s'appliquer à plusieurs domaines :) sont entre 50 et 200 % plus bas qu’avec la référence acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la...). En effet, d’une part, la résistance à la corrosion évite les opérations de revêtement des tubes et permet des durées de vie (La vie est le nom donné :) trois à cinq fois supérieures à l’acier et d’autre part, la valeur élevée de sa résistance spécifique permet de réaliser des tubes fins et ultralégers. Cet exemple montre bien que le titane, initialement employé dans le domaine aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) touche de plus en plus de secteurs.

Industries aéronautiques et aérospatiales

Les domaines de l’aéronautique et de l’aérospatiale constituent la première des applications historiques du titane. Dans ce secteur on utilise totalement ses caractéristiques spécifiques.

De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...), le titane constitue 6 à 9% de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) des avions. On en trouve tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d’abord sous forme de pièces forgées, dont la plus impressionnante est le train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des...) d’atterrissage du Boeing 777 (Le Boeing 777 est un avion long-courrier bi-réacteur construit par la société Boeing (États-Unis) et dont le premier vol a eu lieu le 12 juin 1994. United Airlines fut la première compagnie...), mais aussi sous forme de boulons. Il ne faut pas oublier les éléments de moteurs, à savoir les étages basses et hautes pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) à moyennes températures : disques de compresseurs, aubes de compresseurs, carters structuraux, carter Fan, aubes Fan etc. ; la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) maximale d’utilisation étant limitée à 600 °C.

Le titane peut se former à chaud (température < 800°C). Ses caractéristiques de superplasticité (température de formage 920°C) permettent d'obtenir des formes très complexes. Il est également utilisé comme élément de structure en présence de composites carbone.

Dans le domaine de l’espace, il est utilisé pour les éléments du moteur Vulcain (Vulcain est un moteur cryogénique propulsant le premier étage du lanceur Ariane 5.) d’Ariane 5 en contact avec le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) H / O et sa combustion ; les rouets centrifuges sont ainsi soumis à des températures cryogéniques d’un côté (température H liquide) et à celles de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) de l’autre. Il sert aussi de réservoir aux gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice...) pour les satellites (Satellite peut faire référence à :) grâce à ses bonnes propriétés cryogéniques et à sa résistance à la corrosion des gaz propulseurs. Enfin, comme c’est un métal faiblement magnétique, il est embarqué sur les stations spatiales sous forme d'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises,...) du fait qu’il peut évoluer en apesanteur près des appareillages électriques sans risque de créer un arc.

Industrie chimique

Le secteur de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces...) au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de...) large correspond à la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) utilisation historique du titane.

On trouve des tubes en titane dans de nombreux condenseurs, où sa résistance à la corrosion et à l’abrasion permet des durées de vie élevées.

Il sert aussi sous forme de réacteurs dans les raffineries (résistance à HS et CO) et pour le blanchiment de la pâte à papier (résistance au Cl).

Au Japon, il est également utilisé dans les traitements des eaux en raison de sa résistance à la corrosion et aux agents biologiques.

Industrie militaire

On l’emploie comme blindage (porte-avions américains) où ses propriétés mécaniques et sa résistance à la corrosion et au feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) sont mises en avant. Aux États-Unis, on a même été jusqu’à concevoir des véhicules légers, dont la carrosserie (La carrosserie est l'enveloppe rigide d'une machine, destinée à protéger les organes situé à l'intérieur. La carrosserie d'un véhicule protège les...) en titane possède une résistance spécifique inégalable et facilite le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions de...) par hélicoptère (Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant...).

Mais la plus spectaculaire des utilisations est bien sûr la réalisation de plusieurs sous-marins nucléaires par les russes comme la classe Alfa (Le projet 705 ou Lyra (????) est une classe de sous-marins nucléaire d'attaque soviétique, connu en occident sous son code OTAN d'Alfa. Ils ont été sous-marins, les plus rapides au mode et ceux à usage militaire, pouvant...) dont la coque entière est en titane. L'avantage du titane dans ce cas est double :

  • sa grande résistance permet au sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se...) d'atteindre de plus grandes profondeurs ;
  • le titane étant amagnétique, le sous-marin échappe aux détections satellitaires qui utilisent les changements ponctuels du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se comporte comme une gigantesque dynamo.) créés par les coques en aciers. (Cette méthode est devenue obsolète à cause de l'adjonction de circuits électroniques spécialisés qui rendent imperceptible la signature magnétique d'un sous-marin).

Ainsi, le titane est considéré comme l'une des huit matières premières stratégiques indispensables en temps de guerre comme en temps de paix.

Le défaut majeur de ces coques est leur prix, dû au titane ainsi qu'à la difficulté de le souder.

Secteur biomédical

On dispose actuellement d’un retour d’expérience d’une petite trentaine d’années d’utilisation dans le domaine médical. Son emploi s’est développé en raison de son caractère biocompatible. En effet, l'os adhère spontanément au titane ce qui en fait un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) privilégié pour la réalisation de prothèses. En plus de cet aspect biocompatible, le titane est mécanocompatible. Le titane a aussi fait une percée importante dans le domaine de l’odontologie où il sert d’implant dans l'os pour les supports de prothèses ainsi que pour la confection d'infrastructures prothétiques appelées chapes ou "armatures" dans le jargon du chirurgien dentiste. Le NiTi est aussi utilisé en orthodontie (L'orthodontie, encore appelée orthopédie dento-faciale (ODF) est une spécialité dentaire vouée à la correction des mauvaises positions des mâchoires (orthopédie) et des dents...) où ses propriétés super-élastiques en font un matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de choix pour la fabrication des arcs qui permettent de corriger la position des dents.

Toutefois, des études récentes mettent un bémol à la biocompatibilité du titane que l'on pensait jusque-là totale. Des études récentes font état d'une toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des...) cellulaire du titane responsable dans certains cas d'une ostéolyse aseptique conduisant à la perte de la prothèse (Une prothèse est un dispositif artificiel destiné à remplacer un membre, un organe ou une articulation.) orthopédique. En bouche (La bouche (encore dénommée cavité buccale ou cavité orale) est l'ouverture par laquelle la nourriture d'un animal entre dans son corps. Le mot gueule s'utilise aussi, mais avec un...), le titane réagit au contact de la salive (La salive est un liquide biologique sécrété par les glandes salivaires, à l'intérieur de la bouche.), en particulier quand d'autres métaux (alliages, amalgames) coexistent. En outre une part faible de la population (4%) y serait allergique.

Il faut enfin signaler l’apparition d’outillage en titane pour la chirurgie (La chirurgie est une technique médicale consistant en une intervention physique sur les tissus, notamment par incision et suture. Un médecin spécialisé dans cette...), comme les forets creux refroidis à l’eau. À l’inverse de l’acier, tout débris d’outil en titane pouvant rester dans le corps n’occasionnera pas d’infection postopératoire, du fait de sa biocompatibilité.

Enfin, le titane rentre dans la composition des bobines supraconductrices des appareils IRM en association avec un autre métal de transition : le niobium.

Industrie énergétique

Le titane est également utilisé, notamment aux États-Unis, dans les circuits secondaires de réacteurs nucléaires afin de minimiser le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d’arrêts de tranches qui sont extrêmement coûteux. Il faut aussi noter son utilisation dans la géothermie (La géothermie, du grec géo (la terre) et thermie (la chaleur), est la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à...) sous forme de canalisations et de carters et dans les échangeurs de chaleurs (tubes droits ou en U), toujours pour sa tenue à la corrosion et sa résistance à l’érosion. Enfin grâce à sa résistance spécifique élevée, on en utilise dans les turbines génératrices de vapeur () sous forme d’aubes ; dans ce cas, on réduit fortement les arrêts de centrale dus aux ruptures (Ruptures est le second album de la série de science-fiction Orbital constituée de diptyques, dessiné par Serge Pellé et écrit...) d’aubes.

Industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de...)

Un nouveau secteur d’application semble bien être la construction automobile. C’est surtout les marques allemandes, japonaises et américaines qui introduisent des pièces de titane dans les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de...) de tourisme (Le tourisme est le fait de quitter son domicile, pour des raisons personnelles, pour une durée supérieure à 24 heures. Ce qui implique la consommation d'une nuitée auprès d'un hôtelier et éventuellement la...). Ce qui est recherché est l’allègement des structures visant à réduire à la fois les émanations du moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) et le bruit ; on trouve ainsi des soupapes, des ressorts et des bielles en titane. Le cas des ressorts est typique d’une bonne utilisation des propriétés du titane : comme son module de Young est deux fois plus faible que celui de l’acier, il faut deux fois moins de spires ; comme il est deux fois moins dense que l’acier, le ressort est quatre fois plus léger, et il faut deux fois moins de place pour le loger dans la suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de...). Si on ajoute à cela qu’il a une durée de vie quasi illimitée, même sur les routes à haut degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de salinité, on comprend l’intérêt de l’industrie automobile.

Autres utilisations

  • Le tétrachlorure de titane est utilisé pour iriser le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de...), et comme il fume beaucoup au contact de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il...) comme écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte...) de fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement...).
  • Son côté inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.) et sa couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) 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 (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits,...).
  • Il est utilisé en architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) comme matériau de recouvrement (Un recouvrement d'un ensemble X est un ensemble P de sous-ensembles non vides de X tel que l'union de ces sous-ensembles soit égal à X. Autrement dit P est un recouvrement de X si et seulement si tout élément x de X se...). Ses propriétés de résistance à la corrosion mais surtout sa faculté, par anodisation thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques,...), 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).
  • Il a servi pour la coque des PowerBook G4 Titanium d' Apple (Apple, Inc. (Apple Computer, Inc. jusqu'en janvier 2007 ; apple signifie « pomme » en anglais) (NASDAQ : AAPL) est une société...) Inc..
  • Il est utilisé pour fabriquer des cadres de bicyclettes haut de gamme.
  • Il est utilisé en pyrotechnie, soit en mélange sous forme de copeaux avec la poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille...) 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 (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne parfois :...) avec une forte détonation (Une détonation est une onde de combustion extrêmement violente, qui se propage à une vitesse supersonique.).
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