Le titane

Le titane est l'élément chimique de numéro atomique 22, de symbole Ti. La variante titanium, bien qu'attestée en français depuis 1872, est considérée comme un anglicisme incorrect.

Le titane appartient au groupe 4 du tableau périodique (groupe du titane) avec le zirconium (Zr), le hafnium (Hf) et le rutherfordium (Rf), c'est un métal de transition. On trouve cet élément dans de nombreux minerais mais ses principales sources sont le rutile et l'anatase.

Le corps pur titane est un métal léger, résistant, d'aspect blanc métallique, qui résiste à la corrosion. Il est principalement utilisé dans les alliages légers et résistants, et son oxyde est utilisé comme pigment blanc. Les propriétés industriellement intéressantes du titane sont sa résistance à la corrosion, souvent associée à la résistance à l’érosion et au feu, la biocompatibilité, mais aussi ses propriétés mécaniques (résistance, ductilité, fatigue, etc.) qui permettent notamment de façonner et d'usiner des pièces fines et légères comme les articles de sport, mais aussi des prothèses orthopédiques.

Les domaines de l’aéronautique et de l’aérospatiale constituent la première des applications historiques du titane. Dans ce secteur on utilise totalement ses caractéristiques spécifiques.

De nos jours, le titane constitue 6 à 9 % de la masse des avions. On en trouve tout d’abord sous forme de pièces forgées. Quant aux pièces coulées, leurs moules en céramique convenant aux pièces détaillées (aéronautique) sont obtenus par procédé de cire perdue au départ de moules en acier ou au départ de pièces imprimées en 3D. Les moules en sable comprimé conviennent aux grosses pièces (pompes, canons, industrie nucléaire...) La coulée se fait sous vide par gravité ou, bien mieux, centrifugation. Il existe des procédés d'impression 3D directs au départ de poudre de titane. On en fait aussi des écrous et boulons. Il ne faut pas oublier les éléments de moteurs, à savoir les étages basse et haute pression à moyennes températures : disques de compresseurs, aubes de compresseurs, carters structuraux, carter Fan, aubes Fan, 'torque tubes' des éléments de freinage des roues, etc; la température maximale d’utilisation étant limitée à 600 °C.

Le titane peut se former à chaud (température < 800 °C). Ses caractéristiques de superplasticité (température de formage 920 °C) permettent d'obtenir des formes très complexes. Il est également utilisé comme élément de structure en présence de composites carbone.

Dans le domaine spatial, ce matériau est utilisé pour les éléments du moteur Vulcain d’Ariane 5 en contact avec le mélange H₂ / O₂ et sa combustion ; les rouets centrifuges sont ainsi soumis à des températures cryogéniques d’un côté (température H₂ liquide) et à celles de la combustion de l’autre. Il sert aussi de réservoir aux gaz de propulsion pour les satellites grâce à ses bonnes propriétés cryogéniques et à sa résistance à la corrosion des gaz propulseurs. Enfin, comme c’est un métal faiblement soumis au magnétisme, il est embarqué sur les stations spatiales sous forme d'outil. Ceux-là mêmes qui, en apesanteur, évoluent près des appareillages électriques, électroniques, sans risque d'être générateurs d'arcs et de perturbations électromagnétiques.

De plus, il est désormais utilisé pour fabriquer les ailettes des lanceurs réutilisables Falcon 9 de SpaceX, sa grande résistance thermique permet aux ailettes de servir plusieurs fois sans maintenance.