TANTALE ET NIOBIUM

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Applications

Énergie nucléaire

Le niobium et certains de ses alliages (par exemple Nb + 1 p. 100 Zr) peuvent être utilisés comme des matériaux de gainage et comme conduites de fluides caloporteurs des réacteurs nucléaires avancés fonctionnant à haute température. Les avantages du niobium sont ici la faible section de capture, la compatibilité avec la plupart des combustibles et fluides caloporteurs et la résistance mécanique à chaud intéressante.

Génie chimique

Les applications du tantale sont ici très nombreuses. C'est principalement dans les milieux acides chauds, et tout particulièrement en milieu sulfurique, qu'il est employé, soit sous forme de revêtement chaudronné placé dans des capacités en acier, soit sous forme de tubes constituant des échangeurs de chaleur. Le tantale apparaît comme un métal tout à fait indispensable dans le génie chimique moderne. Citons encore les implants dentaires, les fils et plaques utilisés en chirurgie, le tantale restant inerte dans le corps humain.

Électronique

L'application aujourd'hui la plus importante du tantale, si l'on considère les quantités consommées, se rencontre dans la fabrication des condensateurs soit sous forme de feuille mince, soit surtout sous forme d'anode frittée. Les condensateurs qu'on réalise ont une très forte capacité et des caractéristiques très stables dans un large domaine de température (de — 70 à + 200 0C).

Le condensateur à feuille de tantale a, pour un même volume, une capacité sept fois plus forte que le condensateur papier. Les performances des condensateurs à anode poreuse, schématisés sur la figure 4, sont encore plus remarquables.

Condensateur électrolytique

Dessin : Condensateur électrolytique

Schéma d'un condensateur électrolytique à anode poreuse en tantale 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La pièce principale est l'anode, obtenue par frittage de poudre de tantale à température relativement basse (de 1 800 à 2 000 0C), ce qui laisse une grande porosité ouverte (de 30 à 50 p. 100). L'anode est ensuite oxydée anodiquement. La porosité de l'anode donne une surface active très élevée, et la capacité par unité de volume est mille fois supérieure à celle du condensateur papier. L'utilisation de tels condensateurs en électronique permet de miniaturiser davantage les circuits ; elle se répand dans tous les domaines, y compris celui de la consommation courante.

Supraconductivité

Ce domaine est dominé par le niobium et ses alliages, alors que le tantale en est quasiment exclu.

L'utilisation du niobium ou de ses alliages dans leur état supraconducteur ouvre des horizons immenses à toute l'électrotechnique (générateurs, moteurs, bobinages magnétiques, lignes de transport), car on pourrait ainsi produire, absorber ou transporter des puissances énormes sous de très faibles volumes et pratiquement sans perte. Toutefois, de très gros problèmes restent encore à surmonter. C'est pourquoi il n'y a pour l'instant que quelques très rares réalisations de laboratoire dans le domaine du moteur, du générateur ou du conducteur de puissance.

En revanche, un développement important se rencontre dans un domaine relativement plus facile, celui des bobines électromagnétiques dont a besoin la physique avancée pour disposer de champs magnétiques extrêmement intenses, irréalisables par d'autres moyens.

Utilisations à haute température

La réalisation de résistors et d'écrans de fours à vide à très haute température constitue une application relativement banale du tantale. Par rapport à ses concurrents (molybdène et tungstène) dans ce domaine, le tantale présente l'avantage d'une mise en forme très facile et de ne pas se fragiliser trop rapidement en service.

Pour les alliages de niobium, deux types d'applications beaucoup plus avancées sont étudiés :

– dans les moteurs à réaction, d'une part, où le remplacement des alliages superréfractaires par des alliages de niobium dans la partie turbine permettrait de fonctionner à une température plus élevée de 150 0C, donc d'obtenir un gain de puissance substantiel ; mais les alliages de niobium en question n'ont pas une bonne résistance à l'oxydation, et il faut les munir de revêtements protecteurs ; les progrès dans ce dernier domaine n'ont pas été aussi rapides que dans celui de la métallurgie, et si les meilleurs revêtements connus protègent très efficacement à l'origine, ils se dégradent toutefois assez rapidement et ont donc une durée de vie limitée et encore insuffisante ;

– dans les véhicules spatiaux d'autre part, pour réaliser les parties de structure qui subissent des échauffements très élevés au moment de la rentrée dans l'atmosphère terrestre.

Le tantale est [...]

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Tantale et niobium : propriétés physiques

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Robert SYRE, « TANTALE ET NIOBIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/tantale-et-niobium/