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Wiki-Tex - Histoires

L'histoire du carbone

Avec un grand "C"

 
Le carbone ne fait pas partie de ces éléments issus du Big Bang, demandant des conditions très spécifiques. En revanche, il est produit au sein des plus grosses étoiles, là où trois noyaux d’hélium fusionnent.

Il a pour symbole la lettre C et pour numéro atomique le 6. Il fait partie de la famille non-métal. On distingue 4 catégories de masses volumiques : amorphe, graphite, diamant et diamant gemme. De couleur noire, sa densité va de 1.8 à 3.5. La notion d’élément carbone a vu le jour avec René Antoine Ferchault de Réaumur, physicien et naturaliste français. Ce scientifique étudia la formation d’acier à partir de fer. Le carbone est à la tête des cristallogènes, ou 14e groupe du tableau périodique.

Le mot « Carbone » provient du latin « carbo », qui signifie charbon. Il est connu depuis la Préhistoire sous différente forme : la suie ou le charbon de bois, célèbre chez les Romains. Plusieurs découvertes marquent son histoire. Lavoisier en 1772 par exemple, démontra que le diamant est une forme de carbone, tout comme le charbon. En effet, il constata, suite à la combustion de ces deux éléments, la formation quantitative de CO2 mais aucune formation d’eau. Il en sera de même pour le graphite, découvert en 1779 par Carl Wilhelm Scheele. On dit alors que le carbone présente plusieurs formes allotropiques. Il est également à l’origine d’éléments composés inorganiques comme le dioxyde de carbone et le méthane, ou encore comme certains polymères. Le carbone est alors reconnu comme élément de base de toutes formes de vie. Son point d’ébullition est à 3825 °C : on appelle ce moment la sublimation.

Le carbone est le 4e élément le plus abondant dans l’univers et le 15e sur Terre. Nous le retrouvons sous forme de charbon et de diamants, ce que nous appelons à l’état de corps simple. A l’état de composés organiques, il est présent sous forme de pétrole ou de gaz naturel. Le carbone élémentaire est souvent inerte et insoluble, que ce soit dans l'eau ou dans des solvants organiques. À température élevée, il s'oxyde et forme du monoxyde et du dioxyde de carbone. Lié à l’hydrogène, des millions de composés sont connus, notamment dans la faune et la flore. Les dépôts de matière organique issue du vivant fossilisent pour donner divers hydrocarbures. Les carbonates sont inclus dans de nombreux minéraux, comme le gypse et le marbre par exemple.
Le mot « carbone » apparait dans le dictionnaire de l’Académie française lors de sa 6e édition, en 1832. En effet, le XIXe siècle fut le siècle de l’essor du carbone, notamment pour la production d’énergie.


Utilisation du carbone

Les premières utilisations du carbone remontent à plusieurs siècles. On s’en servait par exemple pour exclure l’air des bouteilles d’alcool. Sous la forme d'élément libre, le carbone présent dans le diamant est utile en joaillerie et dans l'industrie. Sa dureté est alors mise en avant. Le graphite est employé comme lubrifiant et se retrouve ainsi dans les mines de crayon. Sous forme composée, les applications du carbone sont très nombreuses. Le CO2 par exemple, est notamment employé dans les boissons (ajout de bulles de gaz), dans les extincteurs, ou encore comme réfrigérant, sous forme de glace sèche, dans l'industrie des semi-conducteurs. Le monoxyde de carbone sert de gaz réducteur dans beaucoup de processus industriels. De nombreux carbures métalliques sont appréciés pour leur grande résistance à la chaleur. Le tétrachlorure de carbone et le disulfure de carbone sont d'importants dissolvants. Le chlorofluorocarbure, appelé également Fréon R12, est un gaz employé dans les systèmes de refroidissement.

Le carbone peut également être utilisé en fibre. Ce matériau est reconnu pour sa faible densité, sa flexibilité et sa résistance. En effet, il résiste particulièrement à la traction et à la compression, en plus d’être un excellent conducteur électrique et thermique.

En 2016, le JEC, plus grand salon du monde consacré aux composites, a mis à l’honneur la fibre de carbone. L’industrie aéronautique a propulsé le carbone au premier rang en l’utilisant dans leurs nouveaux programmes, comme le Dreamliner de Boeing ou encore l’A350 airbus. En effet, cet avion contient 50% de fibre de carbone dans sa structure primaire. De plus, d’autres engins à venir en contiendraient davantage. On assiste alors depuis peu à une révolution de construction automobile grâce à la fibre de carbone. L’utilisation de ce matériau allègerait les véhicules de 70% par rapport à leur poids initial. L’impact écologique de toute création et utilisation étant contrôlée, les professionnels mettent en avant le fait que 100 kilogrammes économisés permettraient de gagner 1 gramme de CO2. Puisque le carbone est utilisable dans quasiment chaque partie de la voiture, les constructeurs pourraient baisser le poids final de 300 kilogrammes. La fibre de carbone arrive également sur nos routes. La solution TEXGRID® CV 200 a été développée pour proposer une alternative simple et économique de renforcement de chaussées. Grâce à ses fibres de carbone, cette solution - appliquée en pleine largeur - renforce les chaussées de façon équivalente à 4cm d'enrobés bitumineux, tout en assurant la fonction d'anti-fissuration. Les fibres de carbone, 3 fois plus rigides que les fibres de verre, reprennent ainsi 3 x plus d'efforts pour une même déformation. L’entreprise TEXUM a également créé la solution TEXGRID® SAMI GIRO, spécialement conçue pour intervenir en renforcement de giratoires. L'emploi de cette structure associant - de façon multidirectionnelle - la rigidité du carbone à l'élasticité du bitume modifié de la membrane SAMI permet de répondre aux contraintes spécifiques rencontrées au sein des carrefours giratoires. Outre ses propriétés mécaniques, sa mise en œuvre est un point clé faisant valoir la performance de cette solution.


Effets du carbone sur la santé

Le carbone peut être dangereux sous certaines formes non élémentaires bien que pur, sa toxicité est faible pour les humains. L'inhalation chronique de charbon noir peut causer des dommages irréversibles sur les poumons ou sur le cœur, mais le carbone peut être manipulé en toute sécurité dès lors qu’il est sous forme de charbon ou de graphite. Nous pouvons noter qu’il existe plusieurs carbones différents. Par exemple, le carbone 14 peut induire un risque de cancer avéré, car il peut se lier organiquement aux cellules de l'organisme à cause de sa radioactivité. Il est principalement utilisé pour connaître l’âge absolu. On appelle ce procédé la datation par le carbone 14. Du fait de l’avancée des technologies et des sciences, le carbone est encore aujourd’hui beaucoup étudié.


 
 
 
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