Le zirconium est un métal spécial qui résiste à la corrosion par l’eau douce et l’eau de mer. Cette caractéristique permet son utilisation comme matériau du gainage des combustibles dans les réacteurs à eau. Découvrez toutes ses propriétés et ses domaines d’application.
Découverte du zirconium
Le zirconium a été découvert en 1789 par Klaproth. La première forme métallique impure n’est obtenue qu’en 1824 par Berzelius. En 1923, les deux chercheurs Coster et De Hevesy ont pu isoler le hafnium. Il s’agit d’un métal de transition tétravalent qui possède un comportement chimique similaire à celui du zirconium. Toutes ces découvertes résultent des recherches visant à trouver le meilleur élément pour construire des sous-marins à propulsion nucléaire. A l’époque, le zirconium était le seul élément de structure qui répond aux exigences. Depuis le développement industriel de la métallurgie de différent métaux, les producteurs n’ont pas cessé d’augmenter leur protection d’alliage de zirconium.
Les propriétés du zirconium
Le zirconium se distingue par sa grande résistance dans des environnements corrosifs. Il peut donc être utilisé dans des applications chimiques, médicales et nucléaires. Dans les industries chimiques, la concentration en acide et les solutions alcalines très élevées peuvent endommager les équipements. Le zirconium les protège efficacement contre la corrosion. Dans l’industrie nucléaire, qui constitue sa principale utilisation, le zirconium et ses dérivés sont utilisés dans le gainage des combustibles nucléaires dans les réacteurs à eau. En effet, ce métal possède de bonnes propriétés mécaniques et une section d’absorption faible des neutrons. Ce dernier est considéré comme un aspect indispensable pour maintenir la réaction de fission.
Les domaines d’application du zirconium
De par ses propriétés bien particulières, le zirconium peut être utilisé dans des domaines variés.
Domaine d’application dans l’industrie nucléaire
La gaine des crayons de pastilles de combustibles fissiles introduits dans les réacteurs à eau de centrale nucléaire est un alliage de zirconium purifié. Il s’agit plus précisément du hafnium qui est un élément présent dans le minerai naturel. Selon les statistiques, cette utilisation présente 90 % de la production. Une quantité importante qui représente l’importance de ce métal dans le secteur de l’industrie nucléaire.
Utilisation du zirconium dans le secteur de l’industrie chimie
Le zirconium se distingue aussi par ses propriétés physico-chimiques à savoir :
- La grande résistance à la corrosion et à l’irradiation,
- la pénétrabilité des neutrons lents,
- la résistance à température élevée.
Pour ces différentes propriétés, ce métal est utilisé dans l’industrie chimique sous forme d’alliage. Le plus connu est le Zircaloy (un alliage de zirconium, d’étain, de fer et de chrome). Il y a aussi le verre de zircon, utilisé pour le confinement en sarcophage de déchets radioactifs. Celui-ci pourrait contenir la radioactivité pendant au moins 2 000 ans. Ce n’est pas tout, ce métal sert aussi à protéger la paroi intérieure de fours et de réacteurs chimiques.
Domaine d’application dans le secteur médical
Outre ses propriétés mécaniques, le zirconium offre un rendu esthétique incomparable. C’est pour cette raison qu’il s’impose comme un excellent matériau pour la fabrication de restaurations dentaires haut de gamme, des couronnes unitaires, des bridges et des facettes esthétiques. Comparées aux armatures classiques, les armatures fabriquées à partir du zirconium sont moins visibles. De plus, le zirconium sert aussi à fabriquer des piliers d’implants dentaires qui sont fraisés soit par copie manuelle, soit par ordinateur.
Autres utilisations du zirconium
L’utilisation du zirconium ne se limite pas dans ces trois secteurs. En métallurgie, le zirconium est un anti-cristallisant et est utilisé dans les alliages d’aluminium. Il entre aussi dans la composition des sondes de mesure de la teneur en oxygène. Dans le secteur de la coutellerie, l’oxyde de zirconium sert à fabriquer des couteaux céramiques. Il permet d’obtenir des lames légères qui résistent aux acides.