Le cuivre.

Le cuivre est l’élément chimique de numéro atomique 29, de symbole Cu. Le corps simple cuivre est un métal.


Le cuivre est un élément du groupe 11, de la période 4, un élément du bloc d métal de transition chalcophile.

Dans le tableau périodique des éléments, le cuivre est de la même famille que l’argent et l’or, parce que tous possèdent une orbitale s occupée par un seul électron sur des sous-couches p et d totalement remplies, ce qui permet la formation de liaisons métalliques (configuration électronique Ar 3d10 4s1). Les trois métaux de ce « groupe du cuivre » ont un caractère de noblesse et de rareté accru, du cuivre semi-noble à l’or véritablement noble, le premier caractère s’expliquant par leurs rayon atomique faible et leur compacité d’empilement atomique, leur potentiel d’ionisation plus important à cause des sous-couches d, leur point de fusion relativement élevé et leur faible réactivité ou relative inertie chimique.

Naturellement présent dans la croûte terrestre, le cuivre (à faible dose) est essentiel au développement de toute forme de vie. Il est majoritairement utilisé par l’homme sous forme de métal. Le cuivre pur est un des seuls métaux colorés avec l’or et le césium. Il présente sur ses surfaces fraîches une teinte ou un éclat métallique rose saumon : ce « métal rouge » apprécié en orfèvrerie et en bijouterie, par exemple comme support de pièces émaillés ou émaux rares, était dédié à la déesse de la beauté Aphrodite et aux artistes. On le désigne parfois sous le nom de cuivre rouge par opposition aux laitons (alliages de cuivre et de zinc) improprement nommés « cuivre jaune ». Métal ductile, il possède des conductivités  électrique et thermique particulièrement élevées qui lui confèrent des usages variés. Il intervient également comme matériau de construction et entre dans la composition de nombreux alliages, les cupro-alliages.

Le cuivre, aujourd’hui métal usuel, est le plus ancien métal utilisé par l’homme9. Le point de fusion n’est pas trop élevé, et la facilité de réduction de l’oxyde de cuivre, souvent par un simple feu de bois, est remarquable.

Les plus anciennes traces de fusion du cuivre dans des fours à vent ont été découvertes dans le plateau iranien sur le site archéologique de Sialk III daté de la première moitié du Ve millénaire av. J.-C. — il y a donc près de sept mille ans. Il y a 6 000 ans l’extraction de minerai pour en tirer du cuivre est commune en quelques endroits de l’Eurasie et de l’Afrique, à l’instar de la malachite du Sinai pour l’Égypte antique dont les mines sont exploitées vers -4500 av. J.-C.

Mine de cuivre, carte maximum, Nations unies.

L’histoire méditerranéenne antique du cuivre est intimement liée à l’île de Chypre qui se nomme tardivement en grec ancien Κύπρος : c’est en effet sur cette île que furent exploitées les mines de cuivre et cuivre natif, qui permirent à des civilisations humaines méconnues de prospérer, bien avant les civilisations minoenne, mycénienne et phénicienne10. Ces diverses civilisations issues de Méditerranée orientale organisèrent le commerce antique du métal rouge en Méditerranée, si bien que les Romains  l’appelèrent d’une manière générique le cuivre et divers alliages aes cyprium (littéralement « métal de Chypre »), cyprium (grec ancien Κύπρος) désignant l’île. Le terme s’est transformé au fil du temps pour devenir « cuprum » en latin pour donner le mot « cuivre » en français.

Allié principalement à l’étain et parfois à d’autres métaux, il donne lieu à une révolution technologique, « l’âge du bronze », aux alentours de 2 300 ans avant notre ère. Les bronzes sont plus durs, plus aisément fusibles et aptes à être coulés dans un moule, plus résistants à la corrosion atmosphérique que le cuivre natif ou purifié. La fabrication d’ustensiles et d’armes, d’objets d’art et de statues massives, de cloches ou clochettes, de timbres ou cymbales, de chandeliers ou de grands vases éventuellement sacrés ou d’offrandes, de médailles et de monnaie peut se développer. La maîtrise de cette matière métallique alliée est telle qu’elle permet l’érection du colosse de Rhodes, une statue-phare de Helios-Apollon de 32 m de haut au IIIe siècle av. J.-C.

Une série d’articles de la revue Science en avril 1996, de nature  transdisciplinaire, regroupant des équipes d’historiens, d’archéologues, de physico-chimistes et de glaciologues, a permis de replacer globalement en rapport avec les variations de production artisanale et proto-industrielle, des mesures par analyse spectrométrique de particules et poussières de cuivre métal et ses dérivés, piégées dans les échantillons de glaces extraits de la calotte glaciaire du Groenland11. Les pics historiques de production de cuivre, par exemple l’introduction de la monnaie, les guerres de la République et de l’Empire Romain, l’ouverture de mine suédoise de Falun ont pu être grossièrement retrouvés, en prenant une base à -5000 av. J.-C. et en considérant des pertes atmosphériques de l’ordre de 15 % au début de la métallurgie généralisée dans l’œkoumène vers -2500 av. J.-C., réduite seulement à 0,25 % vers 1750 par le progrès des procédés chimiques12. La production annuelle mondiale de cuivre, stimulé par le monnayage, aurait atteint un sommet longtemps inégalé de 15 000 tonnes au début du Ier siècle de l’ère chrétienne. Le chiffre moyen de la production annuelle de cuivre estimée bon an mal an en Europe occidentale et centrale de la fin de l’Empire Romain à l’aube du XVIIIe siècle est de l’ordre de 2 000 tonnes par ce biais. L’essor de la métallurgie chinoise permettrait de justifier une production de 13 000 tonnes par an au XIIe siècle et XIIIe siècle.

Les adjectifs « cuivreux » et « cuprifère » qualifient de manière générique les matériaux à base de cuivre ou la matière contenant du cuivre. Le premier adjectif reste ambigu dans un emploi étendu, puisqu’il désigne précisément pour les chimistes le cuivre au degré d’oxydation (I), alors que le second est employé de manière courante, en particulier en géosciences.

L’adjectif « cuivrique », outre un sens étendu analogue à « cuivreux », désignait surtout l’état d’oxydation II du cuivre le plus commun, surtout en solution aqueuse. Les adjectifs « cuprique » et « cupreux » sont les équivalents savants de cuivrique et cuivreux. Le radical  latin cupro- ou cupr- désignant le cuivre se retrouve dans de nombreuses appellations techniques ou chimiques.

Le cuivre possède 29 isotopes connus, de nombre de masse variant de 52 à 80, ainsi que sept isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, deux sont stables, 63Cu et 65Cu, et constituent l’ensemble du cuivre naturel dans une proportion d’environ 70/30. Ils possèdent tous les deux un spin nucléaire de 3/213. La masse atomique standard du cuivre est de 63,546(3) u.

Les 27 autres isotopes sont radioactifs et ne sont produits  qu’artificiellement. Le plus stable des radioisotopes d’entre eux est 67Cu avec une demi-vie de 61,83 heures. Le moins stable est 54Cu avec une demi-vie d’environ 75 ns. La plupart des autres ont une demi-vie inférieure à une minute.

Le cuivre est un élément parfois abondant en certains sites miniers. Le clarke s’élève à 55 à 70 g par tonne.

Le cuivre est un des rares métaux qui existent à l’état natif sous des cristaux de maille cubique. Les cristaux bien formés sont rares, mais souvent des fils dentritiques, des assemblages de feuilles ou des recouvrements  d’imprégnation plus ou moins massifs peuvent être communs dans les rares sites, où il peut être observé. Là les hommes du Néolithique avait accès à ce matériau facile à mettre en forme, en le martelant légèrement, le cuivre natif figure parmi le premier métal utilisé par les hommes. L’occurrence du cuivre natif est cependant assez faible.

L’élément cuivre, du fait de son caractère chalcophile ou son attirance pour l’élément soufre S, apparaît le plus fréquemment sous forme de sulfure ou de sulfo-sel. On le trouvait en quantités importantes dans l’île de Chypre surnommée l’île aux mille mines. Les minéraux sulfures comme la chalcopyrite (CuFeS2), bornite (Cu5FeS4), cubanite (CuFe2S3) et surtout la covelline (CuS) et la chalcosine (Cu2S) sont des sources intéressantes de cuivre, de même que ses carbonates : azurite (Cu3(CO3)2(OH)2) et malachite (Cu2CO3(OH)2) et un de ses oxydes : cuprite (Cu2O).

Les minéraux contenant l’élément cuivre ont souvent un bel aspect coloré, à l’instar de la pierre d’Eilat.

Les gisements de cuivre natif attestent le plus souvent d’un  hydrothermalisme très actif et à des roches magmatiques basiques. On trouve le cuivre natif sous forme minérale polycristalline, les plus grands monocristaux mesurant 4,4 × 3,2 × 3,2 cm.

On trouve le cuivre natif :

  • dans des zones poreuses des basaltes : les réactions entre solution hydrothermale et minerais ferrifères génèrent le cuivre des principaux gisements de ce minéral. Dans la presqu’île de Keweenaw aux États-Unis, les couches de basalte alternent avec des grès et des conglomérats, les cavités sont emplies par le cuivre associé à la calcite, l’épidote, des minéraux cuprifères, des zéolites, un peu d’argent ; d’importantes masses de cuivre natif jusqu’à environ 500 000 kg y ont été rencontrées, en particulier dans l’état du Michigan, où les géologues estiment parmi des amas de forte puissance au bord du lac Supérieur un bloc à caractère fractale interne et externe au moins à 420 kg de cuivre ;
  • dans des grès et des schistes, où le cuivre était probablement d’origine hydrothermale ;
  • en petites quantités dans les météorites.

Quelques gisements remarquables pour le cuivre natif sont :

  • Bolivie : Coro-Coro, Province de Pacajes, Département de La Paz ;
  • Canada : Rouyn-Noranda, Mine Normandie, Saint-Joseph-de-Coleraine, Les Appalaches RCM, Chaudière-Appalaches, Québec ;
  • États-Unis : Presqu’île de Keenawa, et Lac –Supérieur, Comté de Keweenaw, Michigan ;
  • France :Les Clausis, Saint-Véran, Hautes-Alpes, Pélites Permiennes du Dôme de Barrot, Alpes-Maritimes, Chessy, Rhône, Saint-Jean-de-Jeannes, Mont Roc, et le Burc, Tarn ;
  • Pologne : Bassin de Lubin (Basse-Silésie).

Source : Wikipédia.

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