Manganèse
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Le manganèse
Élément chimique naturellement présent sous forme de particules dans les océans ou de solides dans les sols, le manganèse est nécessaire pour la survie de l’Homme. Cependant, il peut se montrer toxique en cas de fortes concentrations dans l’environnement, dans l’organisme humain et celui animal.
Connu sous le symbole de « MN » dans le groupe VIIB de la table périodique avec un nombre atomique de 25, le manganèse est un métal gris argenté qui ressemble au fer, et dont la densité est de 7,43 g/cm3.
Composé naturel que l'on peut trouver partout sur Terre, le manganèse aurait été utilisé pour la première fois il y a 17 000 ans par l’Homme, comme pigment pour des peintures rupestres. Plus tard, ayant servi dans la fabrication d’armes en acier en Grèce Antique, puis, utilisé par les verriers égyptiens et romains, le manganèse s’est précisément imposé au XIVe siècle chez fabricants de verres vénitiens. Au cours des XVI et XVIIe siècles, les travaux des chimistes (l’allemand Glauber, les suédois Carl Wilhelm Scheele et Johan Gottlieb Gahn) ont permis de reconnaître l’utilité du manganèse, de l’isoler, et de l’introduire dans l’industrie chimique au début du XIXe siècle.
C’est en 1860 que, grâce au processus de Bessemer, le recours au manganèse dans l'industrie sidérurgique moderne a précisément eu lieu : en essayant de développer le processus d'aciérie, Henry Bessemer a été confronté à un excès de d'oxygène résiduel et de soufre dans l'acier. Comme solution, Robert Mushet (industriel métallurgique anglais) lui suggéra d'ajouter du manganèse et du carbone afin d’éliminer l'oxygène. Ce procédé fut breveté six ans plus tard par Sir William Siemens (ingénieur britannique créateur de procédés pour la fabrication d’acier). En 1912 aux États-Unis, un nouveau dispositif breveté de phosphate de manganèse, a permis de protéger des armes à feu contre la rouille et la corrosion. Au XXe siècle l'histoire du manganèse a connu une avancée considérable dans l’industrie de l’aciérie avec de nouveaux processus, applications métallurgiques et chimiques.
Les grands principes
Classé 12ème élément le plus abondant dans la croûte terrestre, le manganèse est l'abréviation de "manganesium". Dur et fragile à la fois, moins fusible que le fer mais facile à oxyder, ce métal est réactif à l’état pur et brûle comme une poudre, une fois en contact avec l’oxygène : ses points de fusion et d'ébullition sont respectivement de 1519 K (1246 °C ou 2275 °F) et 2334 K (2061 °C ou 3742 °F). Réactif à l’eau en rouillant comme du fer, le manganèse est utilisé dans les alliages, les batteries et les produits chimiques. Il dispose de diverses propriétés chimiques y compris celles nécessaires à la régulation du processus de métabolisme humain.
Oligo-élément également essentiel pour l’Homme, le manganèse est contenu dans les aliments tels que les épinards, les herbes, le thé, et existe en grande quantité dans les haricots verts, les noix, les grains de riz, de soja, les œufs, les huîtres et l'huile d'olive.
Comme propriétés, il favorise la croissance osseuse, les défenses naturelles, la reproduction, les fonctions cérébrales ; et ses propriétés anti-oxydantes permettent de limiter le stress et même les troubles allergiques. Bien que recommandée en pharmacie sous forme solutions buvables, de gélules ou de de comprimés, son administration nécessite tout de même quelques précautions médicales, du fait qu’il agit sur le cerveau et le système respiratoire.
Les principales applications du Manganèse
Utilisations métallurgiques
• Fabrication de l’acier
En industrie métallurgique et sidérurgique, le manganèse représente 85 à 90% des composants nécessaires pour la fabrication de l’acier. Il sert ainsi, à améliorer la qualité (solidité, rigidité) et la résistance à l'usure de ce dernier, en l’occurrence pour la fabrication des points de chemin de fer ou concasseurs giratoires (machines servant à réduire les roches en graviers, pierres, poussières…).
• Agent d’alliage pour le cuivre
Sans doute l'élément le plus polyvalent pouvant être chimiquement ajouté - entre 0,1% à 0,3% - au cuivre, le manganèse permet de désoxyder et améliorer la résistance de ce dernier. A des niveaux plus élevés et combinés avec d’autres éléments chimiques (72% Mn, 18% Cu, 10% Ni), ce composé très commun est utilisé dans la fabrication des bandes bimétalliques ou les dispositifs de contrôle de la température des véhicules.
• Agent d'alliage pour l'aluminium
Grâce à sa forte capacité de résistance à la corrosion, le manganèse est utilisé dans la fabrication de l’aluminium. D’une teneur d’environ 1,5%, les alliages de manganèse et d'aluminium sont appliqués pour fabriquer des radiateurs, des ustensiles de cuisine, des voitures, des toitures et même des boîtes de boissons.
• Autres alliages métalliques
Certaines combinaisons de zinc et de magnésium contiennent également 0,1% à 0,2% de manganèse. Métal de transition, il peut être ajouté à de l'argent, de l'or, du bismuth ; mais aussi - à faible pourcentage - à d’autres métaux chimiques de l'industrie électronique.
</H4>Utilisations non métallurgiques</H4>
Le dioxyde de manganèse est la forme la plus importante dans l’usage non métallurgique du manganèse. Utilisé pour la fabrication de piles à dépolarisation ou batteries, il favorise l'oxydation de l'hydrogène et la formation de l'eau.
En industrie chimique, il existe d’autres composés de manganèse dont le Permanganate : puissant agent oxydant, il est utilisé en médecine pour soigner les maladies de la peau mais aussi, pour traiter les eaux usées et purifier l'eau potable.
Autre composé organo-chimique, le "Maneb" est un fongicide agricole servant à traiter l'oïdium dans les vignes, les maladies des arachides, des cultures et des céréales.
Appliqué comme produit intermédiaire dans l'industrie chimique, le sulfate de manganèse sert à la production de certains engrais ou aliments pour animaux. En gastronomie, le dioxyde de manganèse agit également comme catalyseur dans la préparation d'arômes artificiels tels que la vanille.
Il existe d’autres formes d’application du manganèse. Par exemple, en électronique, la ferrite au manganèse est utilisée en grande quantité dans la production de cartes de circuits de télévision.
Les industriels ont également recours à la phosphatation au manganèse pour :
• améliorer la résistance à l'usure, • augmenter l'efficacité de lubrification et la mobilité des pièces d’une machine, • éviter le soudage des métaux lourds.
Manganèse : quels autres effets sur l’Homme et l’environnement ?
Les composés de manganèse existent naturellement dans l'environnement. Toutefois, les activités industrielles, l’usage des pesticides au manganèse, les combustibles fossiles accentuent leurs concentrations dans l'air, dans les eaux et les sols.
Pour l’Homme, les substances contenant du manganèse à l’excès, peuvent déclencher des troubles vasculaires, hépatiques, pulmonaires, mais également, des lésions cérébrales, une réduction de la tension artérielle, voire une défaillance du développement.
Maryse Bouchard (Professeure agrégée en Sciences environnementales de l'Université de Montréal) réitère qu'«à forte dose, le manganèse devient neurotoxique et peut entraîner des troubles évoquant la maladie de Parkinson : problèmes moteurs, déficit de mémoire, signes de dépression... ».
En 2006, selon l’OMS, le seuil de concentration de Manganèse dans une eau portable doit être de 0,4 mg/l. Or, les chercheurs canadiens estiment aujourd’hui que, la part de ce métal chimique dans une eau propre à la consommation, doit être réduite de moitié afin d’éviter tout risque.
Dans le monde végétal, l’absorption des ions de manganèse par le sol peut déclencher des symptômes de toxicité et de carence, et perturber le mécanisme des plantes au travers de gonflement des parois cellulaires et l’apparition de taches marrons et brunes sur les feuilles.
Dans le monde animal, le manganèse est essentiel pour le métabolisme des protéines, des glucides, et des graisses. Mais en cas de carence, la formation osseuse, la croissance et les fonctions de reproduction sont affectées.