« La densité des différents éléments est le reflet de la taille des atomes qui les composent. Plus on descend dans le tableau périodique, plus les atomes sont gros et lourds.
« Les éléments les plus lourds, comme le tungstène, ont plus de protons et de neutrons dans le noyau et plus d’électrons en orbite autour du noyau », explique Newsam. « Cela signifie que le poids d’un atome augmente considérablement à mesure que l’on descend dans le tableau périodique. »
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En termes pratiques, si vous teniez un morceau de tungstène dans une main et que vous teniez le même volume d’argent ou de fer dans l’autre main, le tungstène vous semblerait beaucoup plus lourd. Plus précisément, la densité du tungstène est de 19,3 grammes par centimètre cube. L’argent, en comparaison, est environ deux fois moins dense que le tungstène (10,5 g/cm3), et le fer est presque un tiers aussi dense (7,9 g/cm3).
Le poids à haute densité du tungstène peut être un avantage dans certaines applications. Il est souvent utilisé dans les balles perforantes, par exemple, pour sa densité et sa dureté. L’armée utilise également le tungstène pour fabriquer des armes dites de « bombardement cinétique » qui tirent une tige de tungstène comme un bélier aérien pour défoncer les murs et le blindage des chars.
Pendant la guerre froide, l’armée de l’air aurait expérimenté une idée appelée Projet Thor qui aurait lâché depuis l’orbite un faisceau de tiges de tungstène de 20 pieds (6 mètres) sur des cibles ennemies. Ces « tiges de Dieu » auraient eu la force destructrice d’une arme nucléaire, mais sans les retombées nucléaires. Il s’avère que le coût de la fusée des tiges lourdes dans l’espace était prohibitif.
Seuls les diamants sont plus durs que le carbure de tungstène
Le tungstène pur n’est pas si dur – vous pouvez le couper avec une scie à main – mais lorsque le tungstène est combiné avec de petites quantités de carbone, il devient du carbure de tungstène, l’une des substances les plus dures et les plus résistantes sur Terre.
« Lorsque vous mettez de petites quantités de carbone ou d’autres métaux dans le tungstène, cela fixe la structure et l’empêche de se déformer facilement », explique Newsam.
Le carbure de tungstène est si dur qu’il ne peut être coupé que par des diamants, et même là, les diamants ne fonctionnent que si le carbure de tungstène n’est pas complètement durci. Le carbure de tungstène est jusqu’à trois fois plus rigide que l’acier, peut durer jusqu’à 100 fois plus longtemps que l’acier dans des conditions hautement abrasives et possède la plus grande résistance à la compression de tous les métaux forgés, ce qui signifie qu’il ne se bosselle pas et ne se déforme pas lorsqu’il est serré sous une force énorme.
L’utilisation la plus courante du carbure de tungstène – et la destination finale de la plupart du tungstène extrait sur la planète – est l’outillage spécialisé, en particulier les trépans. Tout type de foret destiné à couper du métal ou de la roche solide doit résister à des niveaux punitifs de friction sans s’émousser ou se casser. Seules les mèches en diamant sont plus dures que le carbure de tungstène, mais elles sont aussi beaucoup plus chères.
Autres utilisations cool du tungstène
La dureté, la densité et la résistance à la chaleur du tungstène le rendent idéal pour de nombreuses applications de niche :
- Les microscopes électroniques tirent un flux d’électrons à partir d’une pointe émettrice spéciale fabriquée en tungstène.
- La plupart des soudures entre le métal et le verre sont faites en tungstène, car le tungstène se dilate et se contracte au même rythme que le verre borosilicate, le type de verre le plus courant.
- Les pointes des chenilles de motoneige sont faites d’alliages de tungstène.
- Les fléchettes de qualité professionnelle sont faites de tungstène (le « Wolfram Infinity » est composé à 97 % de tungstène).
- Dans les stylos à bille, la bille proprement dite est souvent en carbure de tungstène.
- L’industrie de la bijouterie fabrique des bagues en carbure de tungstène.
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