Molybdène

Le molybdène (du grec ancien μόλυβδος / molubdos signifiant plomb) n'existe pas à l'état natif. Ses composés naturels ont été confondus jusqu'au XVIII^e siècle avec des composés d'autres éléments tels que le carbone ou le plomb.

En 1778, Carl Wilhelm Scheele réussit à séparer le molybdène du graphite et du plomb, et isole l'oxyde de molybdène de la molybdénite.

En 1782, Peter Jacob Hjelm obtient un métal impur en réduisant l'oxyde de molybdène par le carbone.

Jusqu'à la fin du XIX^e siècle, le molybdène ne fut que très peu utilisé en dehors des laboratoires. Quand l'aciériste français Schneider remarqua les propriétés des alliages d'acier au molybdène, il les utilisa dans la réalisation de blindages.

Pendant la Première Guerre mondiale, les Alliés ont entendu que la pièce d'artillerie allemande appelée la « Grosse Bertha » contenait du molybdène comme composant essentiel de son acier. Le renseignement était faux, mais l'étude de l'influence de ce métal sur les propriétés de l'acier était lancée[6].

Cylindre de molybdène.

Le molybdène est un métal de transition. Le métal pur est d'aspect blanc métallique et il est très dur. Il a été souvent confondu avec du minerai de graphite et de galène. Il a un haut module d'élasticité et seuls le tungstène et le tantale, des métaux plus aisément disponibles, ont des points de fusion plus élevés.

C'est un agent d'alliage valable, car il contribue à la trempabilité et à la dureté des aciers éteints et gâchés. Il améliore également la résistance de l'acier aux températures élevées. Du molybdène est employé en alliages, électrodes et catalyseurs.

Le molybdène possède 33 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 83 et 115, et huit isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, six stables, ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo et ⁹⁸Mo, et constituent avec un radionucléide primordial (demi-vie de 1 × 10¹⁹ années), ¹⁰⁰Mo, l'intégralité du molybdène naturellement présent, le plus abondant étant ⁹⁸Mo (24,14 %).
Tous les isotopes stables sont cependant théoriquement capables de fission spontanée, bien que cette dernière n'ait été observée dans aucun des cas. De même, ⁹²Mo et ⁹⁸Mo sont soupçonnés d'être faiblement radioactifs, se désintégrant par double émission bêta β, respectivement en ⁹²Zr et ⁹⁸Ru avec des demi-vies supérieures à 1,9 × 10²⁰ années et 1 × 10¹⁴ années, mais encore une fois, de telles désintégrations n'ont encore jamais été observées. On attribue au molybdène une masse atomique standard de 95,95(1) u[7].

• L'addition d'une faible quantité de molybdène durcit l'acier. Plus des deux tiers de la production de molybdène sont utilisés dans les alliages. L'utilisation du molybdène grimpa en flèche pendant la Première Guerre mondiale, lorsque la demande pour le tungstène rendit celui-ci rare et que les alliages haute résistance étaient très demandés.

Le molybdène est encore utilisé de nos jours dans les alliages haute résistance et les aciers haute température. Des alliages spéciaux contenant du molybdène, comme l'Hastelloy, sont résistants et ne se corrodent pas à température élevée.

• L'addition d'une faible quantité de molybdène (1 %) durcit l'uranium métal. Il a notamment été utilisé pour fabriquer le combustible des premiers réacteurs nucléaires graphite gaz d'EDF dans les années 1960[8].
• Le molybdène est utilisé dans certaines parties d'avions et de missiles, et également comme filament. On utilise le molybdène comme catalyseur, particulièrement dans l'industrie pétrolière, pour éliminer les composés organiques soufrés du pétrole[9]. Les catalyseurs d'oxyde mixte à base de molybdène sont utilisés pour des réactions d'oxydation sélective. Les applications typiques sont l'oxydation du propane, du propylène ou de l'acroléine à l'acide acrylique[10] - [11] - [12] - [13]. Il entre aussi dans la composition de l'acier inoxydable utilisé dans le milieu marin, pour sa forte résistance à la corrosion chimique.
• Le ⁹⁹Mo est un radioisotope utilisé dans l'industrie, en tant que précurseur du ^99mTc (médecine nucléaire).
• Le molybdène est utilisé en alliage comme support du silicium pour la réalisation de semi-conducteurs de puissance, grâce aux coefficients de dilatation très voisins de ces deux matériaux. Il est également utilisé pour les revêtements[14], les miroirs spéciaux[15] - [16] et les cellules solaires[17].
• Les oranges de molybdène sont des pigments de la gamme de l'orange moyen au rouge-orangé vif, utilisés dans les peintures, les encres, les plastiques et les caoutchoucs.
• Le disulfure de molybdène est un bon lubrifiant[18], particulièrement à haute température.
• Le molybdène est couramment utilisé en laboratoire comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction sur monocristal. La raie K${\displaystyle \alpha }$ du molybdène a pour longueur d'onde moyenne 0,070 926 nm.
• Les anodes des tubes à rayons X utilisés en mammographie sont le plus souvent faites de molybdène, son spectre de raies étant idéal pour visualiser le contraste des parties molles.
• On utilise le molybdène en faible quantité dans le fart de skis et de snowboards.
• Le molybdène, souvent appelé « moly », est utilisé dans l'industrie comme élément chauffant pour les fours sous vide ou ambiance gazeuse à haute température. Il est conseillé de l'utiliser pour les pièces composées de titane ou d'alliage titane, en lieu et place des éléments chauffants en graphite qui polluent la pièce par dépôt d'éléments graphites lors de l'opération de traitement thermique. Le molybdène est cependant fragile en industrie du fait des changements rapides de température et de pression qui engendrent des grossissements de grains et rendent la pièce cassante. De plus, il semblerait qu'en pratique, 25 % d’énergie supplémentaire soit nécessaire afin d'obtenir la même température au sein du four en cas d'utilisation de molybdène. Celui-ci est également plus coûteux à l'achat et en pièce de remplacement. L'élément graphite ne peut être utilisé en cas de température trop élevée combinée à une pression trop basse afin d'éviter de dépasser la tension de vaporisation au risque de retrouver tout le graphite aggloméré dans la zone froide du four.

Le molybdène est un élément important pour l'alimentation des plantes et on le trouve dans certaines enzymes comme la xanthine oxydase, la nitrate réductase ou la nitrogénase.

On le trouve également dans les alliages dentaires (pour la réalisation de couronnes, bridges, ou châssis métalliques) à base de nickel-chrome et cobalt-chrome.

Dans les années 1980, le molybdène était considéré comme l'une des huit matières premières stratégiques indispensables en temps de guerre comme en temps de paix. Avec le germanium (électronique avancée), le titane (sous-marins de chasse, alliage extrêmement résistant), le magnésium (explosifs), le platine (contacts aussi conducteurs que l'or pour l'aviation, circuits avec contacts rapides), le mercure (chimie nucléaire, instruments de mesure), le cobalt (chimie nucléaire) et le niobium (alliages spéciaux extrêmement rares)[19].

Bien que l'on trouve du molybdène dans des minéraux tels que la wulfénite (PbMoO₄) ou la powellite (CaMoO₄), la principale source commerciale de molybdène est la molybdénite (MoS₂).

Le molybdène est miné directement et est aussi un sous-produit de l'exploitation minière du cuivre ; la concentration de molybdène dans ce minerai est comprise entre 0,01 et 0,5 %.

Près de la moitié de la production minière de molybdène provient des États-Unis.

Durant la Seconde Guerre mondiale, le molybdène était importé du Portugal par les Allemands[20].

Le molybdène se retrouve dans de nombreux composés, y compris d'origine extra-terrestre, comme l'hexamolybdène retrouvé en occurrences uniques sur les météorites d'Allende et d'Erfoud (NWA 1934 CV3), (puis synthétisé en laboratoire).

En 2014, la France est nette importatrice de molybdène, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 9 600 €[21]. En février 2018, le cours moyen était de 16 000 $ la tonne.