Cobalt

De symbole Co, de numéro atomique 27 et de masse atomique 59, le cobalt est un métal de transition proche du fer, de couleur gris argenté lorsqu’il est pur. Bien que ses composés soient connus depuis l’Antiquité pour colorer le verre et les céramiques, ce n’est qu’en 1735 qu’un chimiste suédois Georg Brandt extrait d’un minerai « Speiss » un semi métal qu’il nomme cobalt et c’est en 1745 qu’il démontre que ses composés sont responsables de la couleur bleu. Le bleu de cobalt fut alors produit durant des années par une compagnie norvégienne « Blaufarvevaerket ».

C‘est un matériau stratégique, car utilisé dans l’ordre d’importance :
– pour les super alliages résistants aux hautes températures (Fe-Co-Ni) par exemple dans les turbines à gaz (cf. Nickel),
– pour les alliages durs et résistants à la corrosion (cf. Acier inox),
– pour les électrodes des accumulateurs Ni-Cd, Ni-MH, etc. où il y a toujours une bonne part de cobalt dans les hydroxydes mixtes,
– pour les aimants et les média d’enregistrement magnétique.

Les ressources minières sont à base de sulfures et d’arséniures tels que CoS₂ de structure pyrite et Co₃S₄ de structure spinelle. La production annuelle de cobalt est de l’ordre de 65 000 t. Les réserves estimées sont de l’ordre de 6 Mt exploitables. On pense donc qu’il y a devant nous 100 à 120 ans avant l’épuisement des ressources. Plus de 50 % de ces réserves sont situées en Afrique notamment au Katanga, ce qui rend la République démocratique du Congo maître du marché qui fluctue entre 50 $ la livre en période de tension et 20 $ en temps normal.
Le Cameroun devrait aussi dans son sous-sol avoir des réserves importantes.

Les configurations électroniques du cobalt(0) : [Ar]3d⁷ 4s², Co²⁺ : [Ar]3d7, Co³⁺ : [Ar]3d⁶ entraîne une assez grande richesse de composés de coordination :
– les composés carbonyle qui satisfont à la règle des 18 électrons en formant une liaison cobalt – cobalt comme Co₂(CO)₈. La décomposition des composés carbonyle permet le dépôt de cobalt en couche mince. Ils ont aussi des applications industrielles comme catalyseur des réactions d’hydroformylation (cf. Monoxyde de carbone, Rhodium).

– les complexes du cobalt bivalent Co²⁺ présentent différentes symétries, plan carré (diméthylglyoximate), octaédrique (amines), tétraédrique (thiocyanates). Les couleurs de ces complexes varient suivant la coordination du cobalt, bleu (tétraédrique), rose (octaédrique).
– les composés et complexes du cobalt trivalent Co³⁺ (3{d⁶) sont intéressants du point de vue magnétique, car en coordination octaédrique ils peuvent présenter une transition bas spin (t2g6) où tous les spins des électrons sont appariés (diamagnétiques) et haut spin ({t2g4-{eg2) où les spins ne sont pas appariés (paramagnétique).
– le principal composé bioinorganique du cobalt est la vitamine B12, extraite les premières fois de résidus de foie, elle régularise les traitements contre l’anémie. C’est un complexe organométallique du cobalt qui est au centre d’un noyau corinne, situation qui ressemble à celle du fer dans l’hémoglobine (cf. Hémoglobine).

Le cobalt présente deux oxydes stables, le divalent CoO, de couleur jaune marron, et Co₃O₄, noir qui est à valence mixte (Co²⁺)(Co³⁺,Co³⁺)O₄ de structure spinelle et se forme par traitement thermique de CoO vers 700 °C.

Le bleu de cobalt est utilisé depuis l’antiquité sur la porcelaine de Chine ou le verre en Egypte et en tant que pigment bleu dès le Moyen Age ({bleu de smalt) comme par exemple pour les vitraux de Chartres. C’est en réalité l’aluminate de cobalt CoAl₂O₄ de structure spinelle, isolé en 1777, mais synthétisé par Louis Jacques Thénard en 1802 et commercialisé en 1804 sous le nom de « bleu de Thénard ». On le trouve aussi sous d’autres noms : bleu outre-mer, bleu de Saxe.
Le bleu de Sèvres, lui est obtenu par un oxyde de cobalt incorporé dans la couverte (cf. Émail et émaux) des céramiques et il est caractéristique de la manufacture de Sèvres. Le bleu dit égyptien, en réalité originaire d’Ougarit en Mésopotamie, silicate double de cuivre et de calcium, est le plus ancien pigment synthétique connu.

Le cobalt-60 est un isotope qui a été découvert en 1938 par John Livingood et Glenn Seaborg. Il a de nombreuses utilisations, car avec une demi-vie légèrement supérieure à 5 ans, c’est une source de rayons ϒ relativement commode (bombe au cobalt) pour le traitement par radiothérapie, pour la stérilisation à froid et la conservation de certains aliments (radis, fruits, piments…), pour la radiographie industrielle comme la détection de défauts (soudures, bétons, céramiques). On peut produire le Co-60 par exposition du cobalt au rayonnement neutronique dans un réacteur nucléaire, le rayonnement ϒ obtenu est plus dur et un peu plus dangereux. La négligence sur la destruction des capsules de Co-60 utilisés dans les appareillages médicaux peut entraîner la dissémination d’éléments radioactifs. C’est le cas de l’incident de Juarez en 1984 lorsque des barres d’acier ont déclenché les détecteurs à l’entrée d’un célèbre laboratoire du Nouveau Mexique, celui de Los Alamos (États-Unis).

En France, en octobre 2008 les douanes détectent des rayonnements radioactifs suspects dans un colis de boutons d’ascenseurs expédiés par la société Mafélec : c’était en fait des pièces métalliques provenant d’un fournisseur indien. La société OTIS qui avait été livrée en a été quitte pour changer les boutons de plus de 500 ascenseurs. Bien sûr, il n’y avait presque aucun danger pour les futurs utilisateurs qui, en principe, ne passent qu’un temps très courts dans les appareils, mais il est clair que des ferrailleurs non avertis ou sans scrupules livrent à la fonderie et aux aciéries ces sources radioactives qui suivent alors toute la chaîne de fabrication mettant en danger les employés et métallurgistes qui manipulent ou usinent ces pièces.

Pensée du jour
«Pour le bleu du ciel préférez le bleu de cobalt à l’ascenseur»

Sources
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Cobalt
– http://en.wikipedia.org/wiki/Cobalt
– www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/metaux/co/cadco.htm
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitamine_B12
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Bleu_de_cobalt
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Cobalt_60
– http://en.wikipedia.org/wiki/Cobalt-60
– La Chimie et l’Art, EDP Sciences et L’Actualité Chimique Livres, 2010

Pour en savoir plus
– Nickel
– Acier inox
– Monoxyde de carbone
– Rhodium
– Émail et émaux
– Hémoglobine