Le manganèse est l’élément chimique de numéro atomique 25, de symbole Mn. Le corps simple est un métal de transition.
Le manganèse est un élément du groupe VII et de la période IV, donc du milieu de la première série des métaux dits de transition. Le groupe du manganèse comprend pour les chimistes le manganèse, le technétium, le rhénium et, accessoirement, le transactinide synthétique radioactif bohrium. La structure électronique de l’atome de manganèse soit [Ar] 4s2 3d5 justifie un état d’oxydation maximal égal à 7 ou VII7. Dans la nature, les états II et III (ce dernier stabilisé sous forme de complexes) sont les plus communs. Le manganèse, prenant 1,55 comme valeur d’électronégativité de Pauling, est l’élément le plus électropositif et aussi le plus abondant de ce septième groupe secondaire, il est beaucoup plus réactif que le rhénium, de même que dans leurs groupes respectifs, c’est-à-dire le sixième et le huitième, le chrome et le fer le sont du tungstène et de l’osmium. Le technétium, un des premiers éléments produit par l’homme, est quasi inexistant naturellement.
Alors que le corps simple métal n’est pas magnétique, le corps composé sulfate de manganèse, sous forme de cristaux incolores accumulés en poudre blanche, montre des propriétés magnétiques.
Le manganèse relativement abondant figure à la quatrième place des métaux usuels de nos sociétés modernes, après le fer, l’aluminium et le cuivre.
La minéralogie et la chimie suédoise ont révélé l’élément « manganèse » dans la magnésie noire ou « magnesia nigra » en latin, soit le dioxyde de manganèse ou le minéral naturel pyrolusite de formule chimique MnO2. Ce composé minéral bien connu dans l’Antiquité prend sa dénomination de la cité lydienne de Magnésie du Sipyle, qui en faisait commerce.
Le chimiste Bergman lance les études sur la magnésie noire où il soupçonne un élément inconnu, son étudiant Carl Wilhelm Scheele est le premier chimiste à reconnaître que le “manganèse” est un élément chimique singulier, en utilisant la magnésie noire pour générer des gaz oxydants, l’oxygène en 1773 et le chlore en 1774, le gaz oxygène étant évidemment dénommé plus tard par Lavoisier. Scheele laisse son collègue, le chimiste préparateur Johan Gottlieb Gahn, isoler le corps simple manganèse métal pur en 1774 par réduction du dioxyde de manganèse en creuset avec du carbone12. Klaproth qui reproduit sa préparation lui donne en 1808 un nom latin “magnesium” et allemand das Magnesium (sic) de manière éphémère, alors que Humphrey Davy avait appelé magnium l’élément et corps simple magnésium actuels. Le chimiste français Guyton de Morveau lui donne finalement dans sa nomenclature des éléments d’inspiration lavoisienne le nom de manganèse en 1785, en prenant un mot français manganèse, désignant depuis la fin du xvie siècle pour les hommes de l’art la magnésie noire14. Ce dernier faisant référence au mot italien ou vénitien manganese désignant également la magnésie noire, probablement issu du latin médiéval manganesa ou manganesia nigra, après altération de magnesia nigra, à moins qu’il s’agisse d’un codage dialectal des verriers médiévaux de l’île de Murano.
Les propriétés magnétiques de la pyrolusite par ailleurs le plus souvent intimement associée à l’oxyde de fer ou magnétite étaient déjà connues, le terme gréco-latin de genre masculin magnes, magnetis, le plus souvent magnetem ou magnes lapis de même origine, désigne également l’aimant, “pierre de magnésie” ou “pierre d’aimant”, qui manifeste une force ou puissance, alors que le terme féminin magnes(ia) affublé d’un qualificatif désigne une matière particulière. La magnesia nigra, ce corps pigment minéral noir, inséré naturellement ou artificiellement dans les argiles ou les ocres, est d’ailleurs utilisé depuis la Préhistoire dans les peintures de plus de 17 000 ans. Les Égyptiens et les Romains utilisaient des composés de manganèse dans la fabrication du verre, pour colorer ou décolorer celui-ci. La magnésie noire, ce composé de dioxyde de manganèse naturel assez commun, était et est toujours employée pour blanchir le verre, car les coulées de verre sont souvent verdies par les ions ferreux. Le terme de minéralogie “pyrolusite” rappelle ce savoir-faire vitrier antique, car il signifie en grec “ce qui se dissout (et agit) par le feu”. MnO2 est un oxydant des ions ferreux Fe2+ en ions ferriques Fe3+, laissant un verre incolore à brun selon la concentration. Ce dioxyde de manganèse utilisé dans les verreries était dénommé “savon des verriers”, puisqu’il servait à blanchir un verre plus ou moins assombri, opacifié ou noirci.
On a trouvé du manganèse dans les minerais de fer utilisés par d’anciens peuples grecs, notamment les Lacédémoniens ou Spartiates. Il semble plausible que l’exceptionnelle dureté de l’acier spartiate proviennent de la production régulée d’un alliage fer-manganèse. Les hommes de l’art, depuis l’Antiquité, sans connaissance chimique moderne des corps minéraux, savent utiliser la magnésie noire ou oxyde de manganèse naturel en tant que “fondant actif”. Minerais de fer et oxydes de manganèse donnent par réduction au charbon de bois divers composés ferromanganèses, employables pour fabriquer des lames de fer à couche d’acier ou des bronzes spécifiques après coulée avec le cuivre.
Au XIe siècle, des textes arabes signalent que l’ajout de magnesia nigra dans la production d’aciers fondus en creuset en augmentait la résistance (acier de Damas) le chimiste allemand Johann Rudolf Glauber réussit à produire le permanganate. Dans la première moitié du XVIIIe sièvle, le dioxyde de manganèse était utilisé pour la fabrication du chlore. Au XIXe siècle, il s’agit d’un oxydant commun dans les laboratoires et dans l’industrie. Il sert à préparer à l’échelle industrielle les gaz oxygène ou chlore, ainsi que les chlorures décolorants comme l’eau de Javel, l’eau de Labarraque ou encore le chlorure de calcium, avant le procédé solvay.
Vers le début du xixe 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. En 1858, le premier procédé de fabrication de l’acier (procédé Bessemer) lance l’utilisation du manganèse en métallurgie, en suivant les techniques mises au point par Robert F. Mushet. En effet, le manganèse bloque sous forme de scories le soufre des mauvais minerais de fer. La moindre trace de sulfure de fer, fléau pour les anciens forgerons, rend l’acier cassant. Le manganèse bloque aussi le gaz oxygène dissous dans les coulées des procédés modernes, et la formation facile du dioxyde de manganèse évite la formation malvenue des poches d’air, c’est-à-dire les boursouflures au refroidissement des coulées. Les alliages à base de fer, manganèse et carbone, à cassure miroitante, nommés Spiegeleisen en langue technique allemande (littéralement “fer à miroir” ou “miroir/fer”), puis vers 1890 par abréviation “spiegel” en langue technique internationale, désigne la fonte spéculaire du procédé Bessemer.
Au début de la Belle Époque, l’acier au manganèse, très dur, résistant à l’abrasion, s’impose durablement pour l’usage des rails de chemins de fer alors qu’une grande proportion des hélices de navire est moulée avec des alliages de cuivre et de ferromanganèse et que se développent, selon le même principe et pour des applications similaires, les “bronzes au manganèse”.
Le chimiste français Gabriel Bertrand, à la suite du chimiste-naturaliste Hikorokuro Yoshida, spécialiste nippon de l’arbre à laque remarque que le manganèse à faible dose joue un rôle d’engrais catalytique pour les plantes cultivées, favorisant l’assimilation des engrais. Ce chimiste et biologiste français, par ailleurs à l’origine de la notion d’oligo-éléments, ouvre la voie à l’agrochimie et aux cultures intensives.
Le dioxyde de manganèse est utilisé précocement comme dépolarisant entourant la cathode de la pile sèche de Georges Leclanché. La cathode des batteries alcalines ou piles alcalines classiques, initialement à anode de zinc, mise au point par une équipe autour de Lewis Urry et amélioré par celles de Samuel Ruben ou de Karl Kordesch au cours de ce dernier siècle, est préparée à partir de dioxyde de manganèse et de poudre de carbone. Le dioxyde de manganèse ainsi élaboré se retrouve dans les piles et batteries au lithium mise au point à la fin du XXe siècle.
Source : Wikipédia.