Figure 1. Le fer, de numéro atomique 26 et de poids atomique de 55,845.

Le fer (Fe) est le 26e élément du tableau périodique et est utilisé par les humains depuis plus de 5000 ans. C’est l’un des métaux les plus abondants sur Terre, constituant 5,6 % de la croûte terrestre et la quasi-totalité du noyau terrestre.

Certaines propriétés utiles du fer comprennent :

Le fer a joué un rôle clé dans l’histoire de l’humanité, car ceux qui pouvaient le manipuler pour fabriquer des armes, des outils et d’autres matériaux ont acquis un pouvoir économique et politique. Dans la société moderne, le fer est le plus important de tous les métaux, car il est utilisé pour fabriquer différents types d’acier qui sont utilisés dans un large éventail d’applications. L’acier est utilisé pour fabriquer des trombones, des gratte-ciel, et tout ce qui se trouve entre les deux.

Le fer est également un élément important dans la vie végétale et animale. Chez les plantes, il joue un rôle dans la création de la chlorophylle, et chez les humains, il joue un rôle crucial dans le système vasculaire.

Utilisation énergétique du fer dans la société

Figure 2. Rebar, abréviation de « reinforcing bar », est fabriqué à partir de fer (pas le fer pur, mais son alliage, l’acier), est utilisé pour renforcer le béton.

Le fer représente 95% du tonnage de métaux produits dans le monde, avec une production annuelle de plus de 500 millions de tonnes de fer neuf et 300 millions de tonnes de fer recyclé. Cette production de fer est possible grâce aux énormes réserves de fer sur Terre, dépassant les 100 milliards de tonnes. La plupart des mines se trouvent en Chine, au Brésil, en Australie, en Russie et en Ukraine.

Environ 18% de la consommation d’énergie industrielle mondiale est consacrée à l’extraction, au traitement et à la fabrication de produits en fer et en acier. En termes d’énergie réelle, elle utilise environ 19 des 106 exajoules (1019 joules) entrant dans le secteur industriel chaque année.

Le fer a une énergie intrinsèque de 20-25 mégajoules par kilogramme (MJ/kg), c’est-à-dire l’énergie nécessaire pour l’extraire, le raffiner et le traiter. Cela place la consommation annuelle d’énergie pour atteindre le fer dans la fourchette de 10 exajoules.

Pour en savoir plus sur ce qui arrive au fer une fois qu’il est extrait, voir : Acier

Propriétés magnétiques

Le fer est l’un des rares éléments qui présente un ferromagnétisme. La structure moléculaire du fer est telle qu’il existe des domaines d’électrons qui alignent leurs spins, ce qui entraîne des champs magnétiques très localisés. Toutefois, ces domaines sont souvent orientés de manière aléatoire, de sorte que le matériau en vrac ne présente aucune propriété magnétique. La caractéristique intéressante du matériau se produit lorsqu’un champ magnétique externe est appliqué au fer, provoquant l’alignement de ces domaines les uns avec les autres, et le matériau est dit magnétisé.

Les matériaux ferromagnétiques tels que le fer sont très utiles dans la vie quotidienne, ainsi que dans des applications spécialisées. Les utilisations courantes comprennent les moteurs électriques, les générateurs, les transformateurs, les téléphones et les haut-parleurs.

Stabilité nucléaire

Le groupe du fer (du chrome au nickel) contient les isotopes les plus stables de tous les éléments, ayant l’énergie de liaison la plus élevée par nucléon. La signification de ceci est critique pour les abondances de ces métaux dans l’univers, ainsi que pour la production de tous les éléments plus lourds qui sont créés à partir des supernovae. La fusion nucléaire dans les étoiles lourdes est stoppée par ces éléments stables, car le processus de fusion ne peut plus exercer d’énergie, ce qui provoque l’effondrement stellaire et le déclenchement des supernovae.

Vidéo

La vidéo ci-dessous provient du projet de vidéos périodiques de l’Université de Nottingham. Ils ont créé une suite complète de courtes vidéos sur chaque élément du tableau périodique des éléments.