Oxyde de fer

De nombreux micro-organismes qui font partie du microbiote du sol comme les racines des plantes ont un rôle sur la biométéorisation. Ils participent à l'altération des roches et minéraux du sol en y solubilisant les métaux. Trois mécanismes agissent seuls ou en complément selon les espèces en cause et les conditions du sol : l'acidolyse, la complexolyse et la rédoxolyse[4] - [5]. En milieu réducteur anoxique, un micro-organisme à réduction dissimilatrice de métaux — qui a un métabolisne respiratoire aéro-anaérobie facultatif ou anaérobie strict — solubilise le fer ferrique fixé dans les oxydes de fer par le processus de rédoxolyse, et le mobilise comme accepteur d'électrons, pour sa respiration anaérobie ou en parallèle ou complément de fermentation. Certains champignons et bactéries de la rhizosphère produisent des substances organiques complexant le fer — acides organiques impliqués dans l'acidolyse, chélateurs de type sidérophores impliqués dans la complexolyse qui complexe le fer ferrique des oxydes — et permettent sa solubilisation[6].

Ces communautés microbiennes font partie des régulateurs principaux des formes du fer dans le sol. Elles rendent cet élément contenu dans des oxydes disponible pour d'autres organismes, le fer ayant un rôle d'oligoélément fondamental pour les êtres vivants, qui l'utilisent dans leur métabolisme. Il sert aux végétaux pour former la chlorophylle et aux animaux vertébrés pour produire l'hémoglobine[7].

Source du Rio Tinto, près de Nerva, en Espagne. La forte concentration en oxydes de fer rend l'eau rougeâtre.

Les oxydes de fer donnent toute une série de pigments utilisés dans les beaux-arts depuis les origines, puisqu'on en trouve dans des sépultures du Paléolithique moyen[8]; en Égypte ancienne, les oxydes de fer colorent le verre et les poteries[9].

La réputation de certaines terres à tendance jaune et rouge en raison des oxydes de fer qu'elles contiennent s'établit à la Renaissance. Les artistes ont appris depuis l'Antiquité à en modifier la couleur par calcination[10], qui rend les oxydes de fer plus rougeâtres.

Les oxydes de fer naturels, mêlés d'argile, se désignent comme terres ou ocres[11]. Les ocres se distinguent des terres par leur proportion plus faible en oxyde de fer (moins de 25 %), et, du point de vue de leur emploi, par leur opacité. On trouve :

• la terre de Sienne : (PBr7 du Colour Index), naturelle (jaunâtre) ou brûlée (rouge-orangée) ;
• la terre d'ombre : (PBr7), naturelle (brune) ou brûlée (brun-rougeâtre), se distingue de la terre de Sienne par sa forte proportion en oxydes de manganèse, aux propriétés siccatives pour l'huile ;
• l'ocre jaune : (PY43) qui va du jaune verdâtre au jaune orangé ;
• l'ocre rouge : (PR102) aux différentes nuances brun-rouge.

La production de pigments d'oxyde de fer synthétiques est attestée en Europe au XVI^e siècle. Ils se connaissent d'abord sous les noms de Caput Mortuum et colcotar entre autres. À la fin du XVIII^e siècle, les procédés de fabrication de pigments à base de fer donnent les couleurs de Mars, rouge, jaune, violet (PRV₃, p. 80). Ces couleurs chères rivalisent avec les pigments naturels[12]. Depuis le début du XX^e siècle, les oxydes de fer naturels tendent à disparaitre au profit des oxydes de fer synthétiques.

Parmi les pigments synthétiques, le sesquioxyde de fer (PR101) donne le rouge anglais ; avec de l'alumine, qui permet une certaine désaturation des couleurs et une amélioration de la transparence (PRV₃, p. 135), il constitue le rouge de Mars. La teinte des pigments d'oxyde de fer varie selon le traitement de la matière par calcination[13]. Le Colour Index répertorie neuf procédés de production du rouge oxyde de fer. La plupart de ces procédés, utilisant des oxydes de fer sous-produits d'autres réactions chimiques industrielles, obtiennent d'abord un pigment jaune, noir ou brun, rougi ensuite par calcination (PRV₃, p. 136).

La teinte de couleurs vendues sous le même nom commercial varie selon les fabricants ; assez peu en ce qui concerne les couleurs pour artistes[14], énormément quand il s'agit de décoration d'intérieur[15].

Les pigments oxydes de fer sont solides et s'utilisent sans danger en peinture à l'huile. Les oxydes de fer rouges résistent bien à la chaleur, jusqu'à 500 °C (PRV₃, p. 134).

On utilise l'oxyde de fer en céramique pour colorer une pâte céramique, un émail. L'oxyde de fer est aussi présent naturellement dans certaines argiles — les ocres — comme la faïence rouge.

L'oxyde de fer micacé est un pigment naturel gris utilisé pour sa protection contre la corrosion (PRV₃, p. 132).

Dans la lutte contre les feux de forêt, les pompier ajoutent au retardant dans l'eau que larguent des bombardiers d'eau de l'oxyde de fer, colorant naturel, afin de repérer les zones déjà traitées[16];

Le code E172 indique un oxyde de fer utilisé comme colorant alimentaire[17].

Les oxydes de fer donnant des cristaux magnétiques sont à la base des enduits utilisés pour l'enregistrement magnétique.

L'imagerie médicale de résonance magnétique nucléaire utilise comme produit de contraste des oxydes de fer, sous deux formes :

• forme microparticulaires, dite small superparamagnetic iron oxide ou SPIO, de plus de 50 nanomètres.
  Les particules sont injectées dans les veines, pour détecter les lésions hépatiques de petite taille et accessoirement pour les caractériser.
  Une ingestion par la bouche permet aussi de diagnostiquer certains problèmes du tube digestif ;
• forme nanoparticulaire, dite ultrasmall superparamagnetic iron oxide ou USPIO).
  Après administration intraveineuse, étant moins capturés par le foie et la rate, ils ont une demi-vie plasmatique assez longue (plus de 36 heures). Les macrophages normalement présents dans les tissus (ganglions lymphatiques) ou en cas de pathologie (sclérose en plaques, rejet de greffe, plaque d’athérome, accident vasculaire cérébral, arthrite rhumatoïde, etc.) peuvent les assimiler.
  Ils sont utilisés pour détecter des cancers, des maladies dégénératives et inflammatoires mais aussi pour les pathologies cardiovasculaires comme les plaques d'athéromes. Ce sont aussi des biomarqueurs permettant de mesurer l'effet de certains traitements[18].

Ces oxydes sont, sous ces deux tailles différentes, souvent formulées avec du dextrane ou ses dérivés[19].

En dépit de risques suspectés pour la santé, les nanoparticules d'oxyde de fer sont approuvées par la FDA pour cet usage au regard du bénéfice qu'elles apportent pour le diagnostic de certaines pathologies, grâce au champ magnétique local qu’elles génèrent (« effet superparamagnétique »)[20]), mais « défis majeurs restent à relever en matière de sécurité et de questions de métabolisme » pour tous les oxydes métalliques nanoparticulaires[21] - [22].

• Jean Petit, Jacques Roire et Henri Valot, Encyclopédie de la peinture : formuler, fabriquer, appliquer, t. 3, Puteaux, EREC, 2005, p. 133sq « Oxydes de fer naturels », « Oxyde de fer synthétiques ».