Nickel

Nodules de nickel obtenu par électrolyse.

Les minerais de nickel étaient connus en France au XIX^e siècle dans les Pyrénées, les Alpes ou en Algérie. L'extraction du nickel est compliquée par les associations fréquentes avec Fe, Cu, Co, etc. Les minerais sulfurés préalablement oxydés ou grillés étaient réduits par la vapeur d'eau. Pour purifier efficacement le nickel, il faut attendre le procédé Mond qui utilise la formation entre 60 °C et 80 °C du tétracarbonyle de nickel Ni(CO)₄ volatil et la pyrolyse de ce corps instable vers 180 °C, laissant un dépôt de nickel métal.

Le nickel est communément présent dans les résidus de la préparation du smalt, à base de sulfoarséniures de nickel parfois dénommé speiss. Le grillage du speiss permet d'obtenir du nickel impur, qui peut être purifié après quelques étapes réitérées d'affinage.

Le nickel, ou plutôt le silicate de magnésie et de nickel préalablement décrit, a longtemps constitué la principale richesse de la Nouvelle-Calédonie, découverte par l'ingénieur Jules Garnier en 1864. Le minerai était exploité à partir d'une teneur supérieure à 0,5 % en masse dans les années 1990. Ce territoire autonome possède environ 30 % des réserves mondiales, estimées alors à plus de 174 millions de tonnes.

Dans les années 1990, les autres pays producteurs étaient la Russie, le Canada, l'Australie et Cuba, les États-Unis. Des gisements importants sont encore exploités en Russie, dans la région de Norilsk. 27 % de la production mondiale de nickel proviennent de mines situées dans le cratère d'impact d'une énorme météorite dite de Sudbury il y a 1,8 milliard d'années[23].

Au début du XXI^e siècle, le nickel est extrait de deux types de minerais : les latérites et les sulfures de nickel, ces derniers exploités dans de nombreux gisements dans le monde, en association avec des roches mafiques et ultramafiques. Deux principaux contextes géologiques ont été reconnus :

• les complexes ignés lités, vastes ensembles magmatiques issus du manteau, exploité notamment dans l'Oural (Norilsk), le bouclier canadien (Sudbury), et la province de Gansu en Chine (Jinchuan) ;
• le volcanisme mantellique primitif riche en magnésium de l'Archéen, ou komatiite, formant des gisements par exemple en Australie (Kambalda), au Québec (Raglan) ou au Brésil. Tous ces gisements associent le nickel avec le cuivre, souvent le cobalt et les éléments du groupe du platine. Certains gisements sont associés à des niveaux de shales noirs, notamment à Sotkamo en Finlande.

Mais bien que 70 % des réserves de nickel soient des minerais latéritiques, ceux-ci ne correspondent qu'à 40 % de la production mondiale. Les minerais latéritiques sont essentiellement destinés à la production de ferronickel, les minerais sulfureux, par l'intermédiaire de mattes, étant généralement dédiés à la production de nickel très pur[24]. Le grillage des sulfures s'opère au moins entre 500 °C et 700 °C[Note 7]. Les matières fondues subissent ensuite des procédés classiques d'hydrométallurgie.

Qu'ils soient latéritiques ou sulfureux, les minerais de nickel sont exploités dès que leur richesse dépasse 1,3 % de nickel[24]. Cette faible teneur explique la complexité et la diversité des procédés, déterminés par la nature de la gangue du minerai, ainsi que par la qualité du nickel désiré à la fin de l'extraction.

Bloc de nickel pur.

Le nickel est un métal blanc argenté, parfois légèrement grisâtre, de densité 8,9. Il existe sous deux variétés allotropiques, le Ni_α hexagonal instable et le Ni_β cubique à faces centrées, variété la plus stable.

Ce corps cristallin de maille cubique est souvent déjà brillant, il possède un bel éclat brillant par polissage. Il fait partie du groupe des métaux non-ferreux[25]. Le nickel est classé comme métal de transition, c'est un corps solide assez dur, le plus dur des métaux après le chrome, tenace, ductile, malléable, en particulier plus malléable que le cobalt. Pour le métallurgiste, les propriétés mécaniques du nickel sont voisines de celles du fer. Il se laisse laminer et étirer en fils assez fins.

Plaquette centimétrique de nickel malléable.

Le nickel est bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. Il est ferromagnétique.

La maille du nickel β est cubique à faces centrées avec un paramètre cristallin de 0,352 nm, ce qui correspond à un rayon atomique de 0,124 nm. Cette structure cristalline est stable jusqu'aux pressions d'au moins 70 GPa.

Plaque-coupon de nickel.

Le nickel, comme le cobalt, est plus tenace que le fer. Sa cassure est fibreuse. Métal moins fusible que le fer, mais plus fusible que le chrome, il est facile à travailler. Sa densité apparente peut varier après écrouissage, les pièces montrant une densité apparente passant de 8,3 à 8,8.

Le corps simple est dilatable par la chaleur. La conductivité électrique est 24 % IACS, c'est-à-dire moins du quart que celle du cuivre pur. Il est fusible au-dessus de 1 452 °C et, très pur, bout vers 2 730 °C.

Le nickel paramagnétique est ferromagnétique aux températures ordinaires[Note 8]. Seuls trois autres éléments possèdent cette propriété : le fer, le cobalt et le gadolinium. Sa température de Curie est de 355 °C, ce qui signifie que le nickel solide est non magnétique au-dessus de cette température[26]. En pratique, le champ magnétique s'atténue dès 250 °C.

Le nickel est stable à l'air et à l'eau. Le nickel ne s'oxyde pas facilement à l'air humide. Le nickel ne s'oxyde pas à l'air froid, l'oxydation existe à l'air très chaud, et d'autant plus importante avec la température croissante. Un fil fin de nickel chauffé brûle dans le gaz oxygène pur. La mousse de nickel, corps poudreux très divisé à haute surface spécifique, peut s'enflammer dans l'air, une fois soumise à un point chaud ou à une étincelle. Le nickel de Raney est un corps pyrophorique.

Le métal nickel pulvérulent est un super-adsorbant de molécules gazeuses, comme l'hydrogène ou le monoxyde de carbone. Il peut retenir et libérer facilement plus de 8 litres de monoxyde de carbone. Les « mousses de nickel », mises au point au cours des années 1980, ont révolutionné la catalyse, notamment en hydrogénation, de même que l'électrochimie.

Le nickel massif est attaqué lentement par les acides non oxydants. Le nickel est facilement dissout dans l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique avec dégagement de gaz hydrogène. La réaction de dissolution peut être conduite dans ces acides dilués ou étendus d'eau.

Ni _solide + 2 H₃O⁺_{aq ions hydronium en milieu non oxydant} + 4 H₂O _eau → [Ni(H₂O)₆]²⁺ _{cation nickel hydraté vert} + H_{2 gaz}

Mis en contact avec l'acide nitrique concentré, la surface du métal devient passive, au même titre que la passivité du fer[Note 9]. En pratique, s'il est attaqué rapidement par l'acide nitrique dilué, le métal Ni est insoluble dans les acides oxydants concentrés. De manière générale, en condition oxydante, l'attaque est lente.

L'alliage monel ou à défaut le nickel est utilisé dans les montages ou appareillages de laboratoire faisant intervenir le gaz fluor ou l'acide fluorhydrique.

Le nickel est insoluble dans le solvant ammoniac.

Ainsi le métal en plaque ou en revêtement de nickelage pour protéger des métaux oxydables résiste bien à la corrosion et à l'exposition durable à l'air humide, en formant une couche d'oxyde passivante ou protectrice NiO. Il prend souvent une teinte blanc grisâtre.

Le nickel reste le plus souvent intact en solution neutre ou alcaline, en présence d'eau de mer, ou exposé à des conditions atmosphériques clémentes.

Le nickel résiste bien à l'action des bases, même à chaud. Les conditions réductrices retardent de manière générale l'attaque. C'est pourquoi le nickel sert à la manipulation ou au transport d'alcalis concentrés.

Grâce à sa résistance à l'oxydation et à la corrosion, il est utilisé dans les pièces de monnaie, pour le plaquage du fer, du cuivre, du laiton, dans certaines combinaisons chimiques et dans un grand nombre d'alliages.

L'oxyde de nickel était préparé, à partir des arséniures ou sulfo-arséniures de nickel selon les techniques du laboratoire de Georg Brandt, par chauffage avec du soufre S et du carbonate de potasse K₂CO₃, qui donne de la potasse caustique par chauffage.

La récupération du sulfure de nickel était également possible. Les minerais sont traités par le pentasulfure de potassium K₅S₅, ce dernier corps étant soluble dans l'eau alors que le sulfure de nickel est insoluble.

Le sulfure de nickel, qui peut aussi être un minerai sulfuré concentré, était ensuite grillé, puis traité par l'acide sulfurique selon un procédé ancien mis au point au laboratoire de Friedrich Wöhler. le soufre part sous la forme de gaz hydrogène sulfuré. Le traitement ultérieur par la potasse donnait un « oxyde de nickel hydraté » ou Ni(OH)₂ vert pomme, insoluble.

Au laboratoire, l'oxyde de nickel était ensuite réduit à basse température en tube de verre sous un balayage de gaz hydrogène.

NiO _solide + H_{2 gaz} → Ni _{métal pulvérulent} + H₂O _{vapeur ou liquide évaporé}

Les chimistes obtenaient une poudre pulvérulente, réactive et « pyrophorique » puisqu'elle s'enflammait à l'air, une fois mis en contact avec le gaz oxygène composant minoritaire de l'air. L'industrie procédait par une réduction moins coûteuse au charbon, dans un creuset réfractaire, pour obtenir un nickel impur, la poudre métal du commerce contenant les corps simple cobalt, cuivre et fer.

Pour obtenir un nickel purifié, l'oxyde de nickel était traité à l'acide oxalique, et l'oxalate de nickel 2NiO. C₄O₆ obtenu chauffé au feu de forge en vase clos se décomposait en corps simple Ni et en dioxyde de carbone. Le nickel était réduit dans un creuset fermé adapté, le métal se plaçant au culot.

Principales filières métallurgiques pour l'extraction du nickel.

Le principal problème technique était la séparation du nickel du cobalt. Les solutions salines concentrées, préparées avec un oxyde mixte de cobalt et de nickel, étaient neutralisées par la potasse. Au mélange était ajouté en excès une solution de nitrite de potasse, avant qu'il soit mis au repos en milieu acide, par exemple en milieu acide acétique, une journée. Le nitrite double de potassium et de cobalt CoK(NO₂)₃ avait lentement précipité, et le précipité était récupéré par filtration de la solution, après un lavage soigneux avec une solution aqueuse de chlorure de potassium. Ce corps solide récupéré permettait de fabriquer le jaune de cobalt, utilisé pour la peinture à l'aquarelle. La liqueur filtrée, contant l'ion nickel, était traité à l'hydroxyde de potasse pour précipiter un « oxyde de nickel hydraté » ou hydroxyde de nickel.

Tous les procédés d'extraction actuels combinent encore des techniques d'hydrométallurgie et de pyrométallurgie, dont l'optimisation dépend fortement de la nature du minerai traité. L'activité est éminemment capitalistique : une usine produisant 60 000 t/an de ferronickel à partir de latérite, coûte environ quatre milliards de dollars (Koniambo, Nouvelle-Calédonie), soit un investissement de 70 000 dollars par tonne de nickel produite annuellement. Or en 2010, la tonne de nickel commercialisée sous la forme de ferronickel est cotée 26 000 dollars. Le coût de transformation du minerai en ferronickel se situe à la même époque entre 4 000 et 6 000 dollars pour une usine performante : l'amortissement du capital explique la différence entre prix de vente et coût de production[24].

Le nickel peut être moulu, fondu, mis en forme par moulage. Il est aussi facilement usinable et soudable. Le nickel se soude bien au fer. Autrefois, par laminage de tôles, issues d'un montage composé d'une lame d'acier prise entre deux plaques de nickel, étaient obtenues des tôles plaquées de nickel sur les deux faces.

Le nickel peut s'allier en principe avec tous les métaux, sauf avec le plomb, l'argent, le thorium et les métaux alcalins.

Les alliages de Ni les plus courants sont avec les métaux Fe, Mn, Cr, Co, Cu, Zn, Al, etc., et les non-métaux comme le Si[Note 10]. Le nickel renforce notamment la résistance de l'acier à la rupture et à l'attaque chimique.

Les propriétés mécaniques et thermiques des alliages fabriqués sont remarquables, notamment la résistance à l'usure sur de vastes plages de températures, des basses températures à parfois plus de 1 000 °C. Ce sont des matériaux non ou très peu déformables, montrant souvent une quasi-absence de dilatation, une résistance aux réactifs chimiques et à la corrosion atmosphérique, une très faible usure, des propriétés physiques, comme la résistance électrique, peu influencées par le paramètre température.

Le nickel est présent dans un grand nombre d'alliages, des aciers inoxydables et réfractaires à fortes teneurs en chrome et nickel aux fontes de nickel tels que le Ni-resist, des alliages de blindage magnétique, type alliage fer-nickel ou ferro-nickels très durs, sinimax Ni_0,43Fe_0,54Si_0,03 et permalloy aux aimants Alnico, des alliages résistants à la corrosion type hastelloy (par exemple hastelloy C résistant à la corrosion ou hastelloy D à grande résistance mécanique Ni_0,84Cu_0,03Fe_0,02Si_0,075Mn_0,02Co_0,015, parfois au molybdène) ou des nickel-chrome ou chrome-nickel à l'alliage Monel à grande résistance à l'attaque chimique, principalement à base de Ni et Cu, par exemple Ni_0,65Cu_0,27Fe_0,02Si_0,03Mn_0,03 ou aux divers cupronickels, par exemple pour les pièces de monnaie ou encore le nigusil.

Le nickel est pour le physicien métallurgiste un élément gammagène, c'est-à-dire qui stabilise la phase cubique à faces centrées, et, du coup, favorise l'obtention d'une structure martensitique sur des pièces à grosses sections, en améliorant le résultat de la trempe.

Acier au nickel, plus résistant à la rupture, à la corrosion, aux milieux de basses températures, voire à l'attaque chimique en milieu oxydant.

Pour les aciers faiblement alliés, par exemple à base de fer associé à 1,85 % de Ni, 0,8 % de Cr, 0,7 % de Mn, 0,4 % de C, 0,25 % de Mo, le nickel accroît la résistance mécanique, améliore indéniablement les propriétés à basses températures et la résistance à la corrosion. Pour un acier inoxydable austénitique classique, comme le 18/8 (Fe avec 18 % de Cr et 8 % de Ni) ou le 18/10, les métallurgistes s'accordent sur la caractéristique de « surface inoxydable » apportée par le chrome et la résistance mécanique à l'étirement et la résistance à la corrosion, apportées par le nickel. Au niveau des surfaces, il se forme un film d'oxydes protecteurs qui peut annihiler en grande partie les conditions favorables d'oxydation. A contrario, en condition réductrice, et par exemple avec la dissémination de l'ion chlorure responsable de piqûres et de crevasses, la destruction de la couche d'oxydes peut être très rapide sous diverses contraintes, libérant les possibilités d'attaques plus profondes.

La microstructure des aciers spéciaux et super-alliages, observables en partie par les sous-grains et grains, est tributaire de la déformation à chaud de l'acier ou de l'alliage.

On le retrouve dans les « bronzes au nickel » à base de 45 % à 67 % de Cu, de 19 % à 41 % Zn et de 10 % à 26 % Ni, avec des chouïas de Pb entre 0 % et 2,5 %, et 0,5 % de Mn et 0,5 % Fe, les alliages « nickel-bronze-aluminium » à base de Ni, Cu, Zn et Al, le packfong Cu_0,5Ni_0,25Zn_0,25 ou les maillechorts, à base de Cu, Zn et Ni, qui ressemblent peu ou prou au métal argent, mais aussi l'argentan, l'argenton, le ruolz, etc. Des bijoux de faible prix sont ainsi fabriqués en alliage de nickel dit argenté. L'alliage nickel molybdène Ni_0,80Mo_0,20 est vendu en poudre, ces alliages à partir de Ni_0,5Mo_0,5 jusqu'à Ni_0,875Mo_0,125 ont été des modèles précoces pour l'étude de l'oxydation jusqu'à 800 °C[27].

Les propriétés thermiques et électriques justifient les alliages dénommés : invar à 64 % de Fe et 36 % de Ni, constantan (résistance de précision) de formule Cu_0,54Ni_0,44Mn_0,01Fe_0,005Zn_εSn_έ, kovar, platinite, alumel, nimonic NiCrTiCoAl à environ 75 % Ni, cunife, inconel ou incoloy DS, NiCrSi à l'origine des alliages intermétalliques, etc. Le coefficient de dilatation thermique de l'alliage Fe_0,53Ni_0,29Co_0,28 est proche de celui du verre soufflé, il était utilisé comme conducteur dans les ampoules d'éclairage.

Les propriétés magnétiques sont recherchées, par exemple le mu-métal qui tire sa dénomination de sa perméabilité magnétique, l'Alnico des aimants permanents.

Le nickel-chrome est un alliage anti-corrosion et à résistance électrique élevée. L'alliage karma Ni_0,74Cr_0,20Cu_0,03Fe_0,03 est un alliage spécifique de jauge de déformation.

Les techniques électrochimiques nous ont laissé d'autres alliages de Ni, comme les zincs alliés. Les procédés de vaporisation thermique (formant des dépôts limités à des couches fines) ou de métallurgie des poudres (en masse plus compacte) permettent de réaliser des alliages WNi, servant de cibles de pulvérisation pour revêtements électrochrome. Les alliages NiTi, comme l'alliage nitinol, sont parmi les premiers reconnus à mémoire de forme. L'alliage nickel-phosphore NiP peut constituer un matériau en réseau ultra-léger tridimensionnel de tubes creux de masse volumique avoisinant 0,9 mg/cm³[28].

Parmi les principaux composés, on peut citer :

• Oxydes de nickel et oxydes mixtes

Protoxyde ou monoxyde de nickel(II) NiO

Sesquioxyde de nickel Ni₂O₃ non basique et instable à la chaleur

Oxyde magnétique Ni₃O₄

Dioxyde de nickel NiO₂

Ferrites au nickel Ni_1-xZn_xFe₂O₄

• Oxyhydroxydes de nickel

Oxyhydroxyde de nickel NiOOH

Autres oxyhydroxydes de Ni(III) Ni₂O₃. n H₂O

Autres oxyhydroxydes de Ni(IV) NiO₂. n H₂O des batteries d'Edison

• Hydroxydes de nickel

Hydroxyde de nickel Ni(OH)₂

Hydroxyde de nickel hydraté Ni(OH)₂. ¹⁄₄ H₂O

Hydroxyde de nickel III Ni(OH)₃

• Fluorures de nickel

Fluorure de nickel NiF₂

Hexafluoronickélate(IV) de potassium K₂[NiF₆] instable

Chlorure de nickel.

• Chlorures de nickel

Chlorure de nickel divalent NiCl₂ jaune

Hexahydrate de chlorure de nickel NiCl₂. 6 H₂O aux cristaux vert-émeraude

Hexahydrate de chlorure de nickel.

Chlorure de nickel hexa-ammonié NiCl₂. 6 NH₃

Ammonio-chlorure de nickel NiCl₂. NH₄Cl. 6 H₂O

• Bromures de nickel

NiBr₂, corps brun-jaune déliquescent

NiBr₂. 3 H₂O

NiBr₂. 6 NH₃, poudre violette

Bromure de nickel(II) hexammonié.

Bromoplatinate de nickel NiPtBr₆. 6 H₂O

• Iodures de nickel

Iodure de nickel NiI₂ noir

• Antimoniures de nickel

NiSb[Note 15]

• Sulfures de nickel

Sulfure de nickel NiS noir

Sous-sulfure de nickel Ni₃S₂

Sulfure de fer et de nickel

• Arséniures de nickel

NiAs ou nickéline

Nickel-skuttérudite, cristal de formule chimique (Ni,Co) As 2 à 3[Note 16]

Sulfate de nickel hexahydraté.

• Sulfo-antimoniures de nickel
• Sulfo-arséniures de nickel
• Sulfates de nickel

Cristaux de nitrate de nickel.

Sulfate de nickel

Sulfate de nickel hydraté

Sulfate double de nickel et d'ammonium hexahydraté NiSO₄(NH₄)₂SO₄. 6 H₂O

Nickel-boussingaultite, minéral de formule chimique (NH4)₂ (Ni,Mg) (SO₄)₂, 6 H₂O[Note 17]

• Urano-sulfates de nickel

Nickel-zippeite, minéral de formule chimique Ni₂(UO₂)₆(SO₄)₃(OH)₁₀,16 H₂O[Note 18]

• Carbonates de nickel

Carbonate de nickel basique.

NiCO₃

Hydroxycarbonates x NiCO3 • y Ni(OH)2 • z H₂O

• Nitrates de nickel
• Phosphates de nickel

Cristaux de phosphate de nickel vert.

• Borates de nickel

Borate de nickel(II) Ni(BO₂)₂[Note 19]

• Sulfamate de nickel
• Chlorates de nickel
• Bromates de nickel
• Arséniates de nickel
• Hydrures de nickel

Hydrure de nickel

Précipité de cyanure de nickel.

• Phosphures de nickel
• Cyanures de nickel

Cyanure de nickel(II) Ni(CN)₂

Complexe de Ni(I) K₂[Ni(CN)_3] le plus souvent dimérisé

Complexe de Ni(O) K₄[Ni(CN)_4]

Cyanure de nickel ammino-benzénique, « complexe clathrate »

• Glyoximes

Bis-diméthyl-glyoxime de nickel NiC₈H₁₄O₄N₄, cristaux rouge écarlate, « complexe chélate » insoluble dans l'eau

Précipitation de nickel-diacétyle-dioxime.

Diacétyl-glyoxime de nickel

Formation de précipité de bis-diméthyl-glyoxime de Ni dans des solutions légèrement ammoniacales.

• Nickel carbonyle ou tétracarbonyle de nickel Ni(CO)₄
• Nitroso-carbonyle de nickel Ni(CO)₂(NO)₂

Il existe aussi des composés organo-nickéliques mieux stabilisés :

• bis(cyclopentadiényl)nickel (II)) ou nickelocène ;
• bis(1,5-cyclooctadiène)nickel.

Le nickel colore la perle de borax en jaune pâle à froid, en rouge orange à chaud.

L'analyse quantitative peut utiliser la diméthylglyoxime, ou « réactif de Tschugaeff » : le cation nickel divalent réagit avec la diméthylglyoxime pour donner un composé électriquement neutre, chélate rouge ou écarlate, le bis(diméthylglyoxime) de nickel[Note 20]. Ce complexe important, en analyse qualitative et quantitative du nickel, précipite dans des solutions légèrement ammoniacales.

Le nickel entre dans la composition de plusieurs familles d'alliages métalliques. En dehors des aciers inoxydables (qui n'appartiennent pas à la famille des alliages de nickel mais à celle des aciers), les alliages de nickel peuvent être classés en trois catégories :

• les alliages fer-nickel : ils sont utilisés pour leurs propriétés physiques, parfois étonnantes. Par exemple, l'invar, alliage fer-nickel contenant 36 % de nickel (FeNi36), est quasiment non dilatable en dessous de 200 °C. Il y est utilisé en cryogénie (cuve des navires méthaniers), en physique des lasers (éléments de structure) ou dans les écrans de téléviseurs cathodiques (shadow mask). Les propriétés physiques des alliages fer-nickel mises à profit sont les propriétés magnétiques (mu-métal, alliages à forte perméabilité magnétique, alliages à bas point de Curie, alliages magnétostrictifs), élastiques (alliages à très faible coefficient thermoélastique), ainsi que leurs extraordinaires propriétés de dilatation (alliages non dilatables ou à dilatation contrôlée) ;
• les alliages cuivre-nickel (cupro-nickels) : ils présentent une très bonne résistance à la corrosion en milieu acide ou marin, ainsi qu'une bonne aptitude à la mise en forme et au soudage ;
• les superalliages : c'est ainsi qu'on appelle une famille d'alliages de composition complexe, à base de nickel (ou de cobalt), comme le nichrome, présentant une excellente résistance à la corrosion sèche à haute température et de très bonnes propriétés mécaniques (limite d'élasticité élevée, résistance au fluage). Ce sont des matériaux de choix pour les turboréacteurs (aéronautique) et certaines chaudières. Le développement de ces alliages a accompagné celui des moteurs d'avion depuis le milieu du XX^e siècle. La série des Nimonic, résistante aux fortes pressions et aux hautes températures, sert en particulier à fabriquer des turbines à gaz et des réacteurs.

Le nickel est souvent présent dans les aciers spéciaux. Les aciers au Ni et Cr servent à fabriquer des plaques blindées, des coffres-forts et portes blindées, des chars d'assaut, etc. Le nickel-chrome est utilisé comme résistance chauffante Ni_{60 à 80 %}Cr_{10 à 25 %}Fe_εMn_έ, mais aussi en particulier pour les soins dentaires et comme matériau de soudure[30].

Catalyseur NiO/TiO₂-SiO₂.

En bijouterie, on associe le nickel à l’or afin d'obtenir une meilleure tenue mécanique ainsi que des couleurs originales. Ainsi, du cuivre, du nickel et de l’or donnent de l’or jaune ou rosé. L’or et le nickel donnent de l’or blanc. Les « bronzes au nickel » se retrouvent dans les profilés pour architecture ou élément de décoration et dans les couverts des services de table, en petite bijouterie avec les alliages alpacca, mais aussi dans les instruments de dessin industriels (compas, pointe sèche…), les mécanismes d'horlogerie comme les ressorts, les pièces de précision de l'instrumentation scientifique et technique, divers composants de mécanique de précision et d'optique.

Le nickelage est le plus souvent un revêtement anti-corrosion, obtenu par placage électrolytique à l'aide de sels hydrosolubles. Il est très utile sur le fer, métal plus sensible à la corrosion.

Un débouché « historique » du nickel sont les pièces de monnaie, où les qualités de malléabilité et de résistance du produit, à faible usure, sont particulièrement appréciées. Ainsi, on trouve du nickel dans les pièces américaines, canadiennes et dans les pièces d'un et de deux euros. Les pièces de nickel pur ou à revêtement de nickel sont blanches, les pièces en cupronickel sont jaunes.

Le nickel sert à fabriquer des aimants, des écrans magnétiques. Il sert à fabriquer des contacteurs électriques et des électrodes, des bougies de moteurs à combustion et explosion. Il est utilisé comme résistance chauffante (grille-pain, radiateur ou encore sèche-cheveux) grâce à son coefficient de conductibilité thermique très faible, ou comme revêtement sur les casques F1 des sapeurs pompiers.

Le nickel sert à fabriquer des spatules, des creusets et divers instruments pour analyse. Des cuves de nickel sont employées pour le transport sur les navires de soude caustique, concentrée ou très pure. Il sert au raffinage et au stockage des solvants chlorés ou de divers composés, comme le phénol. Sa surface propre évite aussi toute contamination ou décoloration de ces matières. Le nickel pur est utilisé pour certains types de cordes de guitare électrique.

Le nickel est aussi utilisé dans divers accumulateurs alcalins, type fer-nickel, nickel-cadmium, etc., ou autres. Par exemple, il constitue la cathode des piles alcalines nickel-dioxyde de manganèse, et des accumulateurs alcalins nickel-cadmium, nickel-métal hydrure et nickel-zinc.

Ni de Raney, poudre grise, sur une coupelle, dans une « chambre à gants » dûment inertée.

Surface de Ni Raney en microscopie électronique.

En dehors de son rôle d'élément d'alliage et de partie d'accumulateurs, le nickel est également utilisé comme catalyseur d'hydrogénation. Les catalyseurs à base de nickel sont utilisés pour hydrogéner les corps gras insaturés, pour fabriquer de la margarine ou certains savons par exemple.

Le nickel de Raney ou le nickel de Sabatier-Senderens catalysent l'hydrogénation. La « mousse de nickel » joue ce rôle.

Certains complexes de Ni(II), comme les thiophénolates alkyl-aminés, jouent un rôle stabilisant vis-à-vis de la lumière, ils sont nommés « désactivateurs » ou « quenchers » en anglais scientifique[Note 21]. Insérés dans les parties chromophores d'un polymère, ces centres jouent un rôle dans le stockage de l'énergie, qui peut être ensuite libérée par la chaleur, la fluorescence et/ou la phosphorescence.

En chimie radicalaire, les complexes de Ni(II) tels que les dialkylthiocarbamates, les thiobisphénolates et autres phosphites, sont des désactivateurs d'hydroxy-peroxydes et des piégeurs efficaces de radicaux libres. Ils peuvent stopper une réaction radicalaire, suffisamment lente.

Ni est un ion actif dans certaines enzymes qui utilisent du nickel comme centre catalytique.

Les sels de nickel (hydroxycarbonate, chlorure, sulfate, hypophosphite, etc.) ne sont seulement utilisés en catalyse, mais dans différentes industries telles que l'électronique, la galvanoplastie.

Colonne chromatographique en billes de Ni-agarose.

Les billes de nickel agarose sont employées comme matrice ou résine pour effectuer la chromatographie d'affinité des protéines ou pour leur purification après marquage en biochimie.

Il convient de remarquer que, pour certains usages, le nickel pourrait être remplacé par d'autres éléments exemple : platine et palladium pour l'hydrogénation, cobalt pour les alliages magnétiques ou inoxydables. Le nickel est utilisé principalement en raison de son faible coût d'extraction et de traitement par rapport aux autres solutions techniquement envisageables à ce jour.

Actuellement dans l'Union européenne, environ 80 % des produits contenant du nickel arrivés en fin de vie sont collectés et recyclés[31]. Au niveau mondial, ce sont plus de 50 % du nickel en fin de vie qui est recyclé[32].

Selon un rapport de GlobalData, la production mondiale de nickel a baissé en 2020 de 7,4 % par rapport à 2019 pour s'établir à 2 195 000 tonnes en 2020[38].

Pour l'Institut d'études géologiques des États-Unis, la production mondiale de nickel minier était de 2 500 kt en 2020, une baisse de 4 % par rapport à 2019 (2 610 kt), les cinq premiers pays producteurs étant[39] :

• Indonésie : 760 kt ;
• Philippines : 320 kt ;
• Russie : 280 kt ;
• France (Nouvelle-Calédonie) : 200 kt ;
• Australie : 170 kt.

Les principaux pays producteurs en 2014 sont[40] :

^*minéralinfo.fr, 2013.

En 2010, les principaux producteurs sont[41] :

• Norilsk Nickel : 283 000 t ;
• Vale : 155 000 t ;
• Jinchuan Group : 130 000 t ;
• BHP Billiton : 93 000 t ;
• Xstrata : 92 000 t ;
• Sumitomo Metal Mining : 58 000 t ;
• Eramet : 52 000 t ;
• Pacific Metals : 40 000 t ;
• Anglo American : 38 000 t ;
• Sherritt International : 34 000 t.

Nickel obtenu par électrolyse d'un tuyau.

Section de l'accrétion de nickel par électrolyse.

En 2014, la France est nette importatrice de nickel, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 13 000 €[42].

Elle est a priori plus élevée dans les régions industrielles minières respectivement concernées par l'extraction et le travail de ce métal.

En 2018 en France, le « Volet périnatal » du programme national de biosurveillance a publié une évaluation de l'imprégnation des femmes enceintes dont pour le nickel (et douze autres métaux ou métalloïdes ainsi que quelques polluants organiques).

Le dosage du nickel a été fait dans les urines de 990 femmes enceintes au moment de leur arrivée à la maternité. Elles faisaient toutes partie de la « Cohorte Elfe », un pannel ne comprenant que des femmes ayant accouché en France en 2011 hors Corse et TOM)[48].

Le dosage urinaire de ces 990 femmes a donné une moyenne géométrique de 1,38 μg de nickel par litre d'urine[48] (1,89 μg/g de créatinine)[48]. Ces taux sont tels (voire légèrement moindres) que ceux précédemment décrits en France et à l’étranger chez les femmes enceintes ou chez les femmes adultes. Ici l'imprégnation par le nickel augmentait « avec le tabagisme et la consommation de thé ». Un lien avec le bilan martial pourrait éventuellement expliquer cette association avec le thé, mais faute de données « sur le statut ferrique des femmes enceintes au sein de la cohorte Elfe ceci reste une hypothèse »[48].

Le corps humain contiendrait moins de 500 µg de nickel. Cet oligo-élément semble très sélectif, il joue un rôle au niveau pulmonaire. Mais sa présence excessive est nocive.

Le Centre international de recherche sur le cancer classe le nickel dans les substances possiblement cancérigènes pour l’homme. L'exposition chronique au nickel est un facteur de risque du cancer du poumon[49], inscrit à ce titre dans les tableaux de maladies professionnelles.

Le nickel est le plus allergisant de tous les métaux. Plus de 12 % de la population y est allergique, dont une majorité de femmes[50]. La réaction la plus fréquente est une dermatite de contact provoquée par un bracelet de montre, des bijoux fantaisie, des accessoires vestimentaires (boucles, boutons, fermetures éclair, etc.).

Malgré cette toxicité, le nickel est resté partie intégrante de la construction des pièces en euros.

Exemple : dans la couronne de la pièce de 2 € ou dans le centre de la pièce de 1 € il y a du nickel, mais se rajoute le cupronickel (alliage de cuivre et nickel) et aussi un alliage avec de plus fortes proportions de cuivre pour les pièces de 1, 2 et 5 centimes d'Euros, ainsi que du cuproaluminium (alliage de cuivre et aluminium)[51].

Il y a des polémiques sur l'utilisation du nickel dans les alliages dentaires non précieux.

Dans le monde, le rejet annuel dans l'atmosphère serait de 24 000 à 87 000 t/an (selon les évaluations), et il faut y ajouter les 26 000 t annuellement émises par les volcans ou issues de l'érosion éolienne[52].

Le taux de nickel dans la mer varie selon les lieux du globe ; de 0,12 à 0,70 µg/L avec une moyenne de 0,4 μg/L[52].

En France, les émissions dans l'air étaient estimées à 218 t en 2002 (pour les sources provenant de la combustion de pétrole et charbon, et de l'industrie métallurgique (métaux non ferreux). L'Agence de l'eau Seine-Normandie a estimé que dans son bassin une centaine de tonnes de nickel étaient apportées aux cours d'eau, majoritairement à partir du ruissellement agricole V[53].

En mer, le taux en est souvent plus élevé près de la côte (de 4 μg/L dans la Seine et de 1 μg/L dans le Rhône, en phase dissoute, et 50 mg/kg par exemple sur les matières en suspension de la Gironde ou environ 30 mg/kg pour la Seine et le Rhône)[52].

Aux États-Unis, le Mussel Watch donne un taux moyen dans les moules de 1,9 mg/kg (p.s.) avec un maximum de 3,5 mg/kg (p.s.). Pour les huîtres, la moyenne serait de 1,8 mg/kg (p.s.) avec un maximum de 3,4 mg/kg (p.s.). Au nord du territoire australien, dans des eaux peu polluées le taux de nickel varie de 0,36 à 0,44 mg/kg (p.s.) pour les huîtres[52].

Ses effets écotoxiques sont peu étudiés, bien que ce métal présente une forte affinité pour les ligands organiques comportant une fonction thiol (SH-)[52], ce qui explique que sa toxicité est diminuée en présence de ligands[54]. Elle l'est aussi en présence de carbone organique dissous (COD)[54] et de matières en suspension (MES)[54]

Son écotoxicité est aussi modulée par le pH du milieu, la présence d'autres métaux ou polluants (qui peuvent avoir des effets synergiques ou non) et selon le mode et la voie d'exposition (nourriture, eau, sédiment), dont chez les mollusques aquatiques[54] qui le bioconcentrent (de 1 à quelques dizaines de mg/kg)[52]. Chez les escargots aquatiques d'eau douce Hyalella azteca et Lymnaea stagnalis, le nickel se montre le moins toxique pour l'animal quand il n'est présent que dans l'eau. Il est plus toxique pour l'escargot dans le sédiment et le plus toxique quand il est présent comme contaminant à la fois dans les trois compartiments (eau, sédiment et nourriture).

Chez l'huître, le développement larvaire est perturbé à 349 μg/L de sulfate de nickel et à 891 μg/L chez la moule qui y semble donc moins sensible[52]. Les moules d'eau douce (ex. : moule zébrée) peuvent aussi en accumuler une quantité considérable dans leur coquille.

• Images de nickel sous différentes formes
• Le nickel, par l'UDPPC
• Le nickel, par la SCF
• Le Nickel par Henri Moissan et L. Ouvrard, en 1896 ou la même étude en wikisource
• (en) « Technical data for Nickel » (consulté le 12 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
• Propriétés chimiques, et impact du nickel sur la santé et sur l'environnement
• Mini-conférences CEA sur l'origine de la matière, seconde intervention en 20 minutes de Roland Lehoucq sur le nickel après celle d'Étienne Klein
• Usages du nickel par le Groupe Eramet
• (en) Le métal Ni présenté par l'institut du nickel