Le fer que vous rencontrez dans une poutre ou un outil n’est généralement pas un métal pur : il entre surtout dans des alliages, notamment l’acier. Dans la nature, il se trouve principalement combiné à d’autres éléments, sous forme de minerais. Ces différentes formes expliquent pourquoi l’extraction et la transformation du fer occupent une place importante dans l’industrie, mais aussi pourquoi cet élément intervient dans des fonctions biologiques essentielles.
Où trouve-t-on le fer dans la nature ?
Le fer est abondant dans la croûte terrestre, mais il y est rarement présent sous forme de métal isolé. Il est extrait de minerais, notamment la magnétite (Fe₃O₄) et l’hématite (Fe₂O₃), qui sont des oxydes de fer. L’eau de mer en contient, en revanche, des quantités très faibles. L’Institut UTINAM du CNRS présente ces minerais et situe le fer parmi les éléments importants de la croûte terrestre, dans sa page sur le fer et ses minerais.
Pour obtenir le métal, l’industrie doit séparer le fer de l’oxygène et des autres constituants du minerai. Le fer ainsi produit sert rarement seul dans les matériaux courants : il est le plus souvent associé au carbone ou à d’autres métaux. Le minerai de taconite est également exploité comme source commerciale de fer, indique le Laboratoire national de Los Alamos.
Pourquoi le fer est-il si utilisé dans l’acier ?
L’acier est un alliage dont le fer constitue l’élément principal. La quantité de carbone et l’ajout éventuel d’autres éléments modifient ses propriétés : ils peuvent notamment influer sur sa résistance, sa dureté ou son comportement face à la corrosion et à la chaleur. Les aciers inoxydables, par exemple, contiennent du chrome. La composition dépend des qualités recherchées pour l’usage prévu.
Cette diversité permet d’employer l’acier aussi bien dans des objets ordinaires que dans de grandes structures. Le fer et ses alliages servent notamment à fabriquer des pièces, des outils et des éléments de construction. Le fer appartient à la famille des métaux de transition, dont les éléments occupent la partie centrale du tableau périodique. Cette place fournit un repère sur sa classification, tandis que ses usages résultent des propriétés du métal et de ses alliages.
Que révèle sa place dans le tableau périodique ?
Avec 26 protons dans son noyau, le fer est l’élément de numéro atomique 26. Son symbole, Fe, vient de ferrum, son nom latin. Il se situe dans le groupe 8, la période 4 et le bloc d. Dans la représentation de Los Alamos, sa configuration électronique est notée [Ar]4s²3d⁶. L’appartenance à cette zone du tableau le classe parmi les métaux de transition, mais ne suffit pas à prédire à elle seule le comportement d’un matériau : la forme chimique et les éléments associés comptent aussi.
Dans ses composés, le fer se rencontre couramment sous les états d’oxydation +2 et +3. Un état d’oxydation est une manière de décrire la répartition des électrons dans un composé. Les oxydes des minerais cités plus haut illustrent la présence du fer sous forme combinée, plutôt que comme métal pur.
Quel rôle le fer joue-t-il dans le vivant ?
Le fer est un constituant de l’hémoglobine, la protéine des globules rouges qui transporte l’oxygène dans le sang. Il intervient également dans des fonctions biologiques chez les plantes. Ces rôles concernent le fer intégré à des molécules et à des organismes, et non les propriétés d’un morceau de métal. L’Institut UTINAM rappelle le lien entre le fer et le transport de l’oxygène par l’hémoglobine.
Ainsi, le même élément chimique peut se présenter comme minerai, métal, composant d’un alliage ou partie d’une molécule biologique. Pour parler du fer, il faut donc distinguer l’élément Fe de ses formes concrètes : un acier, un oxyde minéral et le fer associé à l’hémoglobine ne sont pas des matériaux interchangeables.