Le molybdène, un des métaux les plus résitants

Introduction

Le molybdène est un métal méconnu du grand public, mais qui possède des caractéristiques qui le rendent présent dans notre environnement. Ce métal est utilisé dans les grandes constructions jusque dans la haute technologie. Dans cet article nous allons faire un point sur ses utilisations, dans un premier temps nous verrons les caractéristiques de ce métal, puis ses différentes utilisations, et enfin son recyclage.

I Présentation du molybdène

Le molybdène est un métal qui n’existe pas nativement à l’état métallique, pour en obtenir il doit être extrait de minerais qui en contiennent. La majorité du molybdène est obtenue comme étant un sous-produit du minerai de cuivre, seul 30% du molybdène provient de la molybdénite, le minerai qui comporte le plus de molybdène. Le molybdène étant un sous-produit de la production du cuivre, son offre est donc étroitement liée à la production mondiale de cuivre.

Le molybdène présente des caractéristiques proches du tungstène en étant dur mais moins que celui-ci, il est également réfractaire c’est-à-dire qu’il résiste aux hautes températures et à la corrosion en possédant un point de fusion de 2 620°C soit le cinquième métal avec le plus haut point de fusion derrière le tantale, le rhénium, l’osmium et le tungstène. Par rapport au tungstène, le molybdène est plus mou et ductile ce qui permet plus de déformation avant qu’il rompe.

Jusque dans les années 1900, le molybdène restait cantonné aux laboratoires qui l’étudiaient, la consommation industrielle était presque inexistante. Lors de la Première Guerre mondiale, les besoins en alliages de haute résistance menèrent à des pénuries de tungstène qui était le principal métal pour la fabrication des blindages. L’ajout d’une faible quantité de molybdène permet de durcir l’acier ce qui fait croître son utilisation dans les alliages de grande résistance.

A partir de cette période la consommation de molybdène n’a pas cessé d’augmenter, au début du 20ème siècle elle était de quelques milliers de tonnes, dans les années 90 elle dépassait les 100 000 tonnes, et en 2010 elle franchissait la barre des 200 000 tonnes. De nos jours le molybdène est principalement utilisé dans la production de l’acier.

II Les diverses utilisations du molybdène

La consommation mondiale de molybdène en 2019 était de 259 100 tonnes, elle se répartie entre 7 grandes utilisations :

Aciers pour la construction : 39 %

Aciers inoxydables : 23 %

Produits chimiques : 14 %

Fontes : 8 %

Aciers pour l’outillage : 7 %

Molybdène métal : 5 %

Superalliages (nickel) : 3 %

La majorité du molybdène est utilisée pour produire de l’acier et des alliages, mais une petite part sert dans plusieurs applications de haute technologie, les plus courantes sont dans les semi-conducteurs, les écrans LCD et tactiles, les anodes pour l’émission de rayons X, et les superalliages pour des pièces aérospatiales.

1) Utilisation dans les aciers, alliages et superalliages

La principale utilisation du molybdène est pour la confection de différents aciers. L’ajout de molybdène permet de durcir les aciers, les rendant à la fois résistant aux fortes températures et à la corrosion chimique. Dans les aciers la teneur en molybdène est de l’ordre de 10%, elle est encore plus faible pour les aciers inoxydables avec des teneurs comprises entre 2 et 7%.

Les alliages en molybdène sont donc utilisés dans des environnements à fortes contraintes. Ils sont notamment utilisés dans la conception de certaines parties d’avions, de missiles, de turbines et dans les résistances chauffantes.

Le molybdène est également employé pour des applications spécialisées en étant allié à d’autres métaux. C’est le cas dans la réalisation de semi-conducteurs, le support de la cible en silicium de pulvérisation cathodique est un alliage de molybdène. 

Les alliages de molybdène et de tungstène sont extrêmement résistants aux hautes températures en étant des métaux avec le plus haut point de fusion, ces alliages permettent de supporter de nombreux métaux en fusion. L’alliage Mo-25% rhénium est utilisé dans la fabrication de composants de moteurs de fusées et pour les échangeurs de chaleur. 

2) Utilisation dans les produits chimiques

La deuxième utilisation du molybdène, après la conception d’aciers et d’alliages, est sous forme de composés chimiques.

Le molybdène présente la caractéristique d’être réfractaire, il résiste bien à la corrosion, il est donc utilisé comme inhibiteur de corrosion, par exemple en rentrant dans la composition de peintures pour protéger des surfaces.

Le molybdène sous forme chimique entre également dans la préparation des polymères et peut être présent dans les engrais.

Le disulfure de molybdène (MoS2) est un dérivé chimique du molybdène qui est utilisé comme lubrifiant très efficace à de hautes températures. Ce composé agit comme un revêtement protecteur en diminuant les frottements.

En association avec le nickel et le cobalt, les composés du molybdène sont utilisés comme catalyseurs dans l’hydrodésulfurisation du pétrole. Le catalyseur permet d’éliminer les composés soufrés présents dans le pétrole et ainsi obtenir des carburants possédant de faibles teneurs en soufre ce qui évite les émissions d’oxydes de soufre responsables de la pollution atmosphérique.

3) Utilisation du molybdène métallique

Le molybdène sous forme métallique est particulièrement utilisé en électronique, il entre dans la composition des diodes, des transistors et des microprocesseurs. Le métal est également utilisé comme revêtement en couches fines dans les écrans LCD et tactiles, les contacteurs et les cellules de panneaux solaires.

Le molybdène étant un métal réfractaire il pouvait être utilisé comme filament d’ampoules à incandescence en substitution du tungstène.

Pour produire des rayons X dans les tubes à rayons X, des électrons sont envoyés sur une cible qui peut être en tungstène ou en molybdène. Les électrons qui rencontrent la cible produisent des rayons X mais également beaucoup de chaleur, c’est la raison pour laquelle ces deux métaux ont été choisis.

Le molybdène sert comme électrode pour chauffer à de hautes températures les fours verriers et à maintenir cette température. 

III Son recyclage

Le molybdène, comme tous les métaux, est recyclable à l’infini sans qu’il perde en qualité. 

Selon l’International Molybdenum Association, environ 25% du molybdène utilisé chaque année provient du recyclage. Le recyclage permet de contribuer à répondre à la demande qui augmente. Le recyclage peut être une source de sécurité si la production du cuivre baisse ce qui entraînerait une baisse de la production du molybdène.

Le recyclage du molybdène nécessite beaucoup moins d’énergie que la production de molybdène primaire, ce qui permet d’émettre moins de CO2. Tous les pays ne produisent pas de molybdène, grâce au recyclage les pays peuvent avoir une source de molybdène locale.

Le molybdène recyclé présente donc des avantages pour l’environnement mais également sur le coût, en effet les sources étant locales les coûts de transport seront plus faibles.

La principale source du recyclage provient des rebuts d’acier. La production d’acier étant le premier consommateur de molybdène, les chutes sont recyclées sans extraire le molybdène, les rebuts d’acier serviront à reproduire de l’acier. C’est du recyclage en boucle fermée. 

En fonction des teneurs en molybdène dans les alliages il sera soit recyclé en boucle fermée soit extrait et purifié. Les cibles de pulvérisation cathodiques peuvent contenir jusqu’à 99,95 % de molybdène pur.

Pour recycler vos déchets, rebuts et chutes de production contenant du molybdène vous pouvez faire appel à Valorema, une entreprise spécialisée dans le recyclage des métaux précieux et spéciaux. 

Le recyclage du molybdène dans les produits en fin de vie n’est pas encore très développé car les quantités sont assez faibles et plus difficiles à récupérer parmi les autres métaux présents dans le produit en fin de vie. De nouvelles méthodes sont en cours de développement pour récupérer cette quantité de molybdène qui se perd.