Manganèse - Définition

Caractéristiques notables

Le manganèse est un métal de transition gris-blanc qui ressemble au fer. C'est un métal dur et fragile, il fond sans difficulté, mais il est facilement oxydé. Le manganèse n'est ferromagnétique qu'après un traitement spécifique. Le métal et ses ions les plus communs sont paramagnétiques.

Les états d'oxydation les plus communs sont +2, +3, +4, +6 et +7, bien que tous les états entre +1 et +7 soient observés. Le Mn²⁺ est souvent en compétition avec le Mg²⁺ dans les systèmes biologiques. Les composés de manganèse où celui-ci est en état +7 sont de puissants agents oxydants (par exemple le permanganate de potassium KMnO₄, à la couleur violet sombre bien connue, ou l'heptoxyde de dimanganèse Mn₂O₇, aux propriétés oxydantes spectaculaires).

Origine

Les minerais les plus abondants sont la pyrolusite MnO₂, la psilomelane [(Ba,H₂O)₂Mn₅O₁₀] et la rhodochrosite (MnCO₃).

Le manganèse apparaît également dans ce que l'on appelle des nodules polymétalliques sur le fond de l'océan. Ces nodules comprennent du fer, du nickel, du cobalt, du cuivre et du manganèse à raison de 1,5 à 50 %.

Histoire

Le manganèse est connu depuis la préhistoire. Des peintures de plus de 17 000 ans utilisent le dioxyde de manganèse comme pigment. Les Égyptiens et les Romains utilisaient des composés de manganèse dans la fabrication du verre, pour colorer ou décolorer celui-ci. On a trouvé du manganèse dans les minerais de fer utilisés par les Spartiates. Certaines personnes pensent que l'exceptionnelle dureté de l'acier sparte provenait de la production accidentelle d'un alliage fer-manganèse.

Au XVII^e siècle, le chimiste allemand Johann Rudolf Glauber réussit à produire le permanganate. Dans la première moitié du XVIII^e, l'oxyde de manganèse était utilisé pour la fabrication du chlore.

Le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele fut le premier à reconnaître que le manganèse était un élément, et son collègue Johan Gottlieb Gahn, isola le manganèse pur par réduction du dioxyde de manganèse avec du carbone.

Vers le début du XIX^e siècle, des scientifiques commencèrent à étudier l'utilisation du manganèse dans la fabrication de l'acier, et obtinrent des brevets. En 1816, on remarqua qu'ajouter du manganèse au fer le durcissait sans le rendre plus cassant.

L'Afrique du Sud possède environ 80 % des réserves mondiales estimées, et l'Ukraine 10 %.

Santé

Le manganèse est un oligo-élément nécessaire à l'homme pour survivre mais devient toxique lorsque la consommation est trop importante.

Les besoins journaliers pour un adulte sont de 2 à 3 mg. La limite de sécurité définie par l’Afssa est de 4,2 à 10 mg par jour. Un excès de manganèse se traduit par des troubles du système nerveux.

Il est utilisé par le cerveau et le système respiratoire. Il s'agit d'un élément essentiel dans la synthèse d'enzymes importantes dans la lutte contre le stress oxydant.

Il entre également dans la fabrication de la vitamine B1 (thiamine) et de la vitamine E.

On la trouve principalement dans le seigle, le riz complet, le soja, l'avocat, les haricots verts, les épinards, les noix, l'huile d'olive, le jaune d'œuf, les huîtres, le thé et les herbes de Provence.

Le manganèse agit comme cofacteur de plusieurs enzymes qui facilitent une douzaine de différents processus métaboliques. Il participe également à la prévention des dommages causés par les radicaux libres.

Utilisations

Manganèse

Près de 90 % de la production de manganèse est utilisée pour la préparation d'alliages, principalement d'aciers, comme :

• Acier : rails et notamment aiguillages, outillage, roulements, coffres-forts, socs de charrue. L'acier au manganèse en contient jusqu'à 14 %. Il possède une résistance élevée contre la corrosion et est amagnétique. On utilise également ce type d'acier pour les barreaux et pour les portes de prisons : en le limant, on provoque un durcissement du métal.
• Aluminium : la manganèse augmente la résistance des alliages d'aluminium et les propriétés frottantes (tribologie) de l'alliage contre les aciers. Il est peu soluble dans l'aluminium.
• Piles électriques : On utilise du dioxyde de manganèse dans la pile de Leclanché dite pile saline. L'électrode centrale (positive) de cette pile est garnie de dioxyde de manganèse (MnO₂) qui joue le rôle de dépolarisant.
• Engrais : Le manganèse est un oligo-élément très important pour beaucoup de plantes, en particulier dans la culture des légumes et des agrumes. Pour compenser un manque de manganèse, on ajoute aux engrais du sulfate de manganèse (MnSO₄) ou de l'acétate de manganèse {Mn(CH₃COO)₂}.
• Biologie : il s'agit d'un oligo-élément indispensable à l'efficacité de la vitamine B1. Il intervient aussi dans certaines métalloprotéines telles que la superoxyde dismutase.
• Coloration du verre : par addition de dioxyde de manganèse (MnO₂), on obtient une couleur violette, brune ou noire. La couleur dépend du mode de préparation et de la composition du verre. La teinte du verre est due à des ions métalliques et à des métaux à l’état colloïdal. La couleur violette spécifique de l'améthyste est également due à la présence de traces de composés de manganèse.
• Pigment noir : Une couleur brun foncé ou noire dans des céramiques (entre autres dans des pierres et dans des dalles) est due à l'addition de dioxyde de manganèse généralement en combinaison avec d'autres oxydes métalliques tels que ceux du fer et du chrome. Les briqueteries sont de grandes consommatrices de dioxyde de manganèse. On colore également certains types de briques avec du dioxyde de manganèse, ainsi que les tuiles pour leur rendre une couleur noire.
• Bronze : l'addition de manganèse - à raison de 5 à 15 % - augmente la résistance à la corrosion; par exemple pour des hélices, des gouvernails qui doivent résister à l'eau de mer.