Le nickel est l’élément chimique de numéro atomique 28, de symbole Ni. Le corps simple nickel est un métal.
Le nickel est un élément métal de transition du bloc d, le plus léger du groupe 10.
L’atome de nickel possède deux configurations électroniques, [Ar] 3d8 4s2 et [Ar] 3d9 4s1, qui sont très proches en énergie – le symbole [Ar] désigne les électrons du cœur qui ont la configuration de l’atome d’argon. Il existe un désaccord au sujet de la configuration devant être considérée comme étant de plus basse énergie11. Les manuels de chimie indiquent la configuration électronique du nickel comme étant [Ar] 4s2 3d812, ou bien de façon équivalente comme étant [Ar] 3d8 4s213,14. Ce choix est en accord avec la règle de Klechkowski, qui prévoit que la sous-couche 4s sera remplie avant la 3d. Il est d’ailleurs appuyé par le fait expérimental que l’état de plus basse énergie de l’atome de nickel est un niveau de la configuration 3d8 4s2, à savoir le niveau 3d8(3F) 4s2 3F, J = 415.
Cependant, chacune de ces deux configurations correspond à un ensemble d’états quantiques d’énergies différentes15. Les deux ensembles des énergies se recouvrent, et l’énergie moyenne des états de la configuration [Ar] 3d9 4s1 se trouve en fait inférieure à l’énergie moyenne des états de la configuration [Ar] 3d8 4s2.
Pour cette raison, les publications de recherche au sujet des calculs de la structure atomique considèrent que la configuration électronique fondamentale du nickel est [Ar] 3d9 4s111.
L’atome de nickel est paramagnétique.
Le nickel est fréquemment associé au cobalt dans les dépôts miniers, il est particulièrement apprécié pour les alliages qu’il forme. Longtemps confondu avec l’argent ou le cuivre, le nickel est aujourd’hui utilisé pour la confection de monnaie et en alliage dans l’industrie.
Le corps simple, métal dense blanc argenté, plus dur et plus tenace que le fer, a été isolé en 1751 à partir d’arséniures de nickel, dénommés de manière générique Kupfernickel en allemand, kopparnickel en suédois ou “nickeline” en français, par le chimiste suédois, le baron Axel Frederik von Cronstedt. L’opérateur, ancien élève de Georg Brandt, maître spécialiste des arséniures et découvreur de l’élément cobalt, étudie des résidus verts provenant d’une mine de minerai de cobalt à Helsingland. Est-ce un dernier essai au départ d’extraire du cuivre de ce minerai verdâtre, ce “Kupfernickel” considéré autrefois comme une sorte de « cuivre du diable » puisqu’il en a l’apparence verdâtre et rejeté par les mineurs chevronnés s’ils le détectaient avant l’étape du four ? Il obtient d’abord par chauffage en présence de soufre et de carbonate de potassium de l’oxyde de nickel avant de réduire ce dernier protoxyde de nickel en creuset brasqué avec du charbon actif pour obtenir une poudre qui une fois compactée et mise en lamelle donne un échantillon de métal blanc brillant qu’il appelle trivialement “nickel”, pour signifier que cela n’était selon lui nullement du cuivre ou du moins un « faux cuivre ». En observant la chimie différente de ce corps simple, il découvre qu’il s’agit d’un élément chimique.
L’allemand kupfernickel fait aussi référence à l’action supposée des nains, génies ou gnômes maléfiques des mines, les “nickels du cuivre”, sur les veines de cuivre ou de minerais de cuivre, comme d’ailleurs sur les autres veines de minéraux intéressants, par exemple riches en métaux précieux. Selon les auteurs, les nains ou nickels cachaient, subtilisaient ou rendaient invisible la bonne matière évidemment recherchée, comme ils provoquaient malicieusement des tremblements, des bruits ou résonances inquiétantes, des failles perverses où s’infiltraient de l’eau qui ennoyait les galeries ou étaient larguées des vapeurs méphitiques. La dénomination des nains vient de leur patron ou intercesseur médiéval saint Nicolas ou sankt Nickelaas, en latin ecclésiastique Sanctus Nicolaus. Au XIIe siècle, ce brave saint protecteur des navigateurs, garant de l’équilibre et de la stabilité du monde naturel et des équipements de l’artifice humain, assurait, par sa dévotion et la perpétuation sous son égide des anciennes pratiques ritualisées de mineurs saxons ou germaniques, la tranquillité et la sécurité du milieu minier, comme le calme des flots marins ou fluviaux.
Ces appellations proviennent en partie de l’impossibilité d’extraire le cuivre de ce qu’on croyait à l’époque être apparemment du minerai de cuivre ; on croyait que le « minerai de cuivre » avait subi un mauvais sort de petits démons. En fait, l’erreur rationnelle repose sur ce que les savants naïfs confondaient les minerais de cuivre avec les minerais de nickel, élément chimique qui était tout à fait inconnu, distinct du cuivre.
Le terme nickel est attesté en français écrit vers 1765. L’adjectif nickélifère, déjà attesté en 1818 mais beaucoup plus commun en 1900, qualifie une matière ou un corps contenant du nickel. Le nickelage désigne avant le milieu du XIXe siècle l’action du verbe nickeler, c’est-à-dire couvrir d’une mince couche de nickel, ainsi que le revêtement métallique de nickel protecteur, c’est-à-dire le résultat du verbe nickeler en galvanoplastie. L’adjectif nickelé qualifie un métal ou un alliage recouvert d’une couche de nickel. En 1857, la nickelure désigne une technique particulière, à préciser, par laquelle les métaux peuvent être nickelés et de manière générale, l’art de nickeler et le travail fait par nickelage. Le chimiste Adolphe Wurtz popularise en 1873 l’adjectif nickélique pour qualifier certains composés de nickel. L’alliage NiCr ou nickelchrome est mentionné dans le Grand Larousse encyclopédique en 1932.
Le nickel se substitue facilement au fer ou au magnésium dans divers silicates de la croûte et du manteau, en particulier ceux des roches magmatiques alcalines ou basiques, voire ultrabasiques comme les péridots et les pyroxènes. Les péridotites peuvent en contenir plus de 3,1 kg par tonne. Ainsi le nickel apparaît sous forme de silicates ou hydrosilicates, comme les variétés de serpentines comme la garniérite ou nouméite, un silicate complexe de nickel et de magnésium de formule simplifiée (Ni,Mg)3[Si2O5](OH)4) qui peut être aussi considéré comme un composant de roches détritiques ou de latérites28. Comme ces derniers assemblages à garniérite sont dénommés minerais saprolithiques, l’adjectif latéritique qualifie souvent les formations plus altérées, à base de limonites nickélifè̠res (Fe, Ni)O(OH). n H2O.
On le trouve sous forme combinée au soufre dans la millérite NiS, la polydymite Ni3S4, la pyrrolite (Fe,Ni)S, la pentlandite (Ni,Fe)9S8 très souvent insérées dans une matrice rocheuse à base de pyrrhotite. Il s’agit de chalcopyrite CuFeS2 ou de pyrrhotite nickélifère des anciens auteurs.
Combiné à l’arsenic ou sous forme d’arséniures ou d’arséniates, il est présent dans la nickéline ou niccolite NiAs de couleur rouge, de chloantite NiAs3, de smaltite, l’annabergite ou “nickel ocre” Ni3(AsO4)2. 8 H2O, d’aerugite…
Il apparaît aussi sous forme d’oxydes, de sulfates, de carbonates, de phosphates, d’antimoniures (breithauptite ou alliage NiSb), de phosphures, de sulfoarséniures (gersdorffite NiAsS ou disomose)… Tous ces minéraux sont liés à des gîtes associés à des roches magmatiques, parfois ayant constitués des filons excentrés.
Les minerais de nickel étaient connus en France au XIXe siècle dans les Pyrénées, les Alpes ou en Algérie. L’extraction du nickel est compliquée par les associations fréquentes avec Fe, Cu, Co, etc. Les minerais sulfurés préalablement oxydés ou grillés étaient réduits par la vapeur d’eau. Pour purifier efficacement le nickel, il faut attendre le procédé Mond qui utilise la formation entre 60 °C et 80 °C du tétracarbonyle de nickel Ni(CO)4 volatile et la pyrolyse de ce corps instable vers 180 °C, laissant un dépôt de nickel métal.
Le nickel est communément présent dans les résidus de la préparation du smalt, à base de sulfoarséniures de nickel parfois dénommé speiss. Le grillage du speiss permet d’obtenir du nickel impur, qui peut être purifié après quelques étapes réitérées d’affinages.
Le nickel ou plutôt le silicate de magnésie et de nickel préalablement décrit a longtemps constitué la principale richesse de la Nouvelle-Calédonie, découvertes par l’ingénieur Jules Garnier en 1864. Le minerai était exploité à partir d’une teneur supérieure à 0,5 % en masse dans les années 1990. Ce territoire autonome possède environ 30 % des réserves mondiales, estimé alors à plus de 174 millions de tonnes.
Dans les années 1990, les autres pays producteurs étaient la Russie, le Canada, l’Australie et Cuba, les Ètats-Unis. Des gisements importants sont encore exploités en Russie, dans la région de Norilsk. 27 % de la production mondiale de nickel proviennent de mines situées dans le cratère d’impact d’une énorme météorite dite de Sudbury il y a 1,8 milliard d’années.
Au début du XXIe siècle, le nickel est extrait de deux types de minerais : les latérites et les sulfures de nickel, ces derniers exploités dans de nombreux gisements dans le monde, en association avec des roches mafiques et ultramafiques. Deux principaux contextes géologiques ont été reconnus: (1) les complexes ignés lités, vastes ensembles magmatiques issus du manteau, exploité notamment dans l’Oural (Norilsk), le bouclier canadien (Sudbury), et la province de Gansu en Chine (Jinchuan). Le volcanisme mantellique primitif riche en magnésium de l’Archéen, ou komatiite, formant des gisements par exemple en Australie (Kambalda), au Québec (Raglan) ou au Brésil. Tous ces gisements associent le nickel avec le cuivre, souvent le cobalt et les éléments du groupe du platine. Certains gisements sont associés à des niveaux de shales noirs, notamment à Sotkamo en Finlande.
Mais bien que 70 % des réserves de nickel sont des minerais latéritiques, ceux-ci ne correspondent qu’à 40 % de la production mondiale. Les minerais latéritiques sont essentiellement destinés à la production de ferronickel, les minerais sulfureux, par l’intermédiaire de mattes, étant généralement dédiés à la production de nickel très pur. Le grillage des sulfures s’opère a minima entre 500 °C et 700 °C31. Les matières fondues subissent ensuite des procédés classiques d’hydrométallurgie.
Qu’ils soient latéritiques ou sulfureux, les minerais de nickel sont exploités dès que leur richesse dépasse 1,3 % de nickel. Cette faible teneur explique la complexité et la diversité des procédés, déterminés par la nature de la gangue du minerai, ainsi que par la qualité du nickel désiré à la fin de l’extraction.
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Sources : Wikipédia, YouTube.