Introduction
Le fer (Fe, du latin 'ferrum') est un métal de transition, brillant, gris argenté, malléable et ductile. Il est remarquablement réactif et s'oxyde facilement à l'air humide pour former de la rouille. Son importance est à la fois biologique, géologique et historique, ayant profondément façonné le développement des civilisations humaines, de l'Âge du Fer à l'ère moderne de l'acier et de l'industrie.
Description
Le fer est l'élément le plus lourd produit par fusion nucléaire dans les étoiles massives avant une supernova. Sur Terre, il se trouve principalement dans le noyau externe liquide et le noyau interne solide, où il est responsable du champ magnétique terrestre. Dans la croûte, il est présent dans de nombreux minéraux comme l'hématite (Fe2O3), la magnétite (Fe3O4) et la pyrite (FeS2). Le fer pur est relativement mou, mais il est presque toujours utilisé en alliage avec du carbone pour former des aciers, dont les propriétés (dureté, résistance, ductilité) varient avec la teneur en carbone et les traitements thermiques. Il est ferromagnétique à température ambiante, perdant cette propriété au-dessus de son point de Curie (770 °C).
Histoire
L'utilisation du fer remonte à plus de 5000 ans, avec des objets en fer météorique trouvés dans l'Égypte ancienne. L'Âge du Fer a succédé à l'Âge du Bronze vers 1200 av. J.-C., marquant une révolution technologique avec la maîtrise de la réduction du minerai dans des bas-fourneaux. Les civilisations hittite, grecque et romaine ont développé son usage. Pendant des siècles, la production est restée artisanale. La révolution industrielle du XVIIIe siècle a tout changé avec l'invention du haut fourneau au coke, permettant une production massive de fonte, puis des procédés Bessemer et Martin qui ont démocratisé l'acier. Le XIXe siècle est ainsi devenu 'l'Âge de l'Acier', permettant la construction de chemins de fer, de gratte-ciel et de machines.
Caracteristiques
Symbole : Fe. Numéro atomique : 26. Masse atomique : 55,845 u. Point de fusion : 1538 °C. Point d'ébullition : 2862 °C. Densité : 7,874 g/cm³. Configuration électronique : [Ar] 4s² 3d⁶. Il possède quatre isotopes stables (54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe), le 56Fe étant le plus abondant. C'est l'élément ayant le noyau atomique le plus stable (énergie de liaison par nucléon la plus élevée), ce qui explique pourquoi il est le point final de la fusion stellaire et le point de départ des processus de fission. Il existe sous plusieurs formes allotropiques : fer alpha (ferromagnétique, cubique centré), fer gamma (cubique à faces centrées, présent dans l'acier inoxydable) et fer delta (cubique centré).
Importance
L'importance du fer est colossale et multiforme. Biologiquement, il est au cœur de l'hémoglobine, qui transporte l'oxygène dans le sang des vertébrés, et de la myoglobine dans les muscles. Une carence provoque l'anémie. Il est également présent dans de nombreuses enzymes essentielles. Industriellement, sous forme d'acier, il est le matériau structural fondamental de la civilisation moderne : bâtiments, ponts, automobiles, navires, machines-outils, appareils ménagers. L'économie mondiale est étroitement liée à sa production. Environ 1,8 milliard de tonnes d'acier brut sont produites annuellement. Géologiquement, sa présence dans le noyau génère le champ magnétique terrestre, qui protège la vie des rayonnements cosmiques. En astrophysique, l'abondance de fer dans les spectres stellaires est un indicateur clé de l'âge et de l'évolution des étoiles.
