Oxyde de fer

Fichier:Iron(III)-oxide-sample.jpg

Poudre d'hématite Modèle:Fchim. La couleur brune rougeâtre indique que le fer est à l'état d'oxydation +III.

Un oxyde de fer est un composé chimique résultant de la combinaison d'oxygène et de fer.

Les oxydes de fer sont abondants dans la nature, soit dans des roches, notamment minerai de fer, soit dans les sols. Les oxydes de fer, surtout synthétiques, servent soit comme pigments, soit pour leurs propriétés magnétiques.

Typologie

On classe les oxydes de fer selon l'état d'oxydation de leurs atomes de fer :

• Modèle:Fchim : oxyde de fer(II) ou oxyde ferreux, appelé wustite sous sa forme minérale, poudre noire inflammable utilisée parfois dans la composition d'explosifs ;
• Modèle:Fchim : oxyde de fer(II,III), tétroxyde de trifer ou oxyde magnétique, appelé magnétite sous sa forme minérale ;
• Modèle:Fchim : oxyde de fer(III), sesquioxyde de fer ou oxyde ferrique, se présentant sous quatre phases :
  • Modèle:Fchim ou hématite, de couleur grise lorsqu'elle est cristallisée, mais rouge à l'état pulvérulent ou amorphe, couleur caractéristique de la rouille ainsi que de la planète Mars,
  • Modèle:Fchim,
  • Modèle:Fchim.

Pédologie

Les minéraux contenant du fer (principalement oxydes et hydroxydes de fer) font partie, après les argiles, des minéraux les plus importants du sol, jouant un rôle fondamental dans les processus de pédogénèse. La diversité des minéraux contenant du fer est due : Modèle:Citation<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Les oxydes de fer naturels colorent les sols

L'hématite, maghémite et les oxyhydroxydes de fer, goethite, limonite, lépidocrocite donnent une couleur du sol rouge fréquente autour de la Méditerranée et sous les tropiques. Les ocres à base de kaolinite-goethite donnent des sols jaunes, rouille, brun rougeâtre à brun foncé<ref>Modèle:Ouvrage.</ref><ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Leur couleur permet d'en déterminer le degré de drainage

Un sol jaune brun « rouillé » en profondeur indique un sol bien drainé ; une couleur grisâtre un mauvais draînage.

Oligoélément biodisponible

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<ref>Modèle:Ouvrage.</ref><ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. En milieu réducteur anoxique, un micro-organisme à réduction dissimilatrice de métaux Modèle:Incise 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 Modèle:Incise et permettent sa solubilisation<ref>Modèle:Article.</ref>.

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'hémoglobineModèle:Sfn.

Usage

Pigments

Fichier:Rio Tinto river birth.jpg

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<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>; en Égypte ancienne, les oxydes de fer colorent le verre et les poteries<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

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<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>, qui rend les oxydes de fer plus rougeâtres.

Les oxydes de fer naturels, mêlés d'argile, se désignent comme terres ou ocres<ref>Modèle:Harvsp ; Modèle:Harvsp.</ref>. 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 Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle. Ils se connaissent d'abord sous les noms de Caput Mortuum et colcotar entre autres. À la fin du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle, les procédés de fabrication de pigments à base de fer donnent les couleurs de Mars, rouge, jaune, violet Modèle:Harv. Ces couleurs chères rivalisent avec les pigments naturels<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. Depuis le début du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle, les oxydes de fer naturels tendent à disparaitre au profit des oxydes de fer synthétiquesModèle:Refsou.

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 Modèle:Harv, il constitue le rouge de Mars. La teinte des pigments d'oxyde de fer varie selon le traitement de la matière par calcination<ref>Modèle:Harvsp ; www.artiscreation.com.</ref>. 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 Modèle:Harv.

La teinte de couleurs vendues sous le même nom commercial varie selon les fabricants ; assez peu en ce qui concerne les couleurs pour artistes<ref>Rouge anglais 063 Caran d'Ache ; rouge anglais 339 Rembrandt ; rouge anglais 627 Sennelier ; rouge anglais (Modèle:Citation étrangère) 362 Winsor & Newton.</ref>, énormément quand il s'agit de décoration d'intérieur<ref>Le rouge anglais 150-32 Auro rappelle plutôt le rouge des uniformes de Horse guards et en général des tuniques rouges, autrefois obtenu à partir de la garance ou de cochenille.</ref>.

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 Modèle:Tmp Modèle:Harv.

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 Modèle:Incise comme la faïence rouge.

L'oxyde de fer micacé est un pigment naturel gris utilisé pour sa protection contre la corrosion Modèle:Harv.

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<ref>Modèle:Article</ref>;

Colorant alimentaire

Le code E172 indique un oxyde de fer utilisé comme colorant alimentaire<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Enregistrement magnétique

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

Imagerie médicale

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 Modèle:Unité.
  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 Modèle:Nobr). 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 rhumatoïdeModèle: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<ref> B. Bonnemain, Mise au point Nanoparticules : le point de vue d’un industriel. Applications en imagerie diagnostique ; Nanoparticles: The industrial viewpoint. Applications in diagnostic imaging ; Annales pharmaceutiques françaises, Modèle:Vol.66, Modèle:N°5-6, novembre-décembre 2008, Modèle:P.263-267, Modèle:Doi (Résumé).</ref>.

Ces oxydes sont, sous ces deux tailles différentes, souvent formulées avec du dextrane ou ses dérivés<ref>Oleg Lunov, Tatiana Syrovets, Berthold Büchele, Xiue Jiang, Carlheinz Röcker, Kyrylo Tron, G. Ulrich Nienhaus, Paul Walther, Volker Mailänder, Katharina Landfester et Thomas Simmet, The effect of carboxydextran-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles on c-Jun N-terminal kinase-mediated apoptosis in human macrophages, Biomaterials, Modèle:Vol.31, Modèle:N°19, juillet 2010, Modèle:P.5063-5071.</ref>.

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 »)<ref>Jesse L. Winer, Charles Y. Liu et Michael L.J. Apuzzo, The Use of Nanoparticles as Contrast Media in Neuroimaging: A Statement on Toxicity ; World Neurosurgery, disponible en ligne 7 novembre 2011, Modèle:Doi (Résumé).</ref>), mais Modèle:Citation pour tous les oxydes métalliques nanoparticulaires<ref>Tore Skotland, Tore-Geir Iversen et Kirsten Sandvig, New metal-based nanoparticles for intravenous use: requirements for clinical success with focus on medical imaging (Review Article), Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Modèle:Vol.6, Modèle:N°6, décembre 2010, Modèle:P.730-737 (Résumé).</ref><ref>Claire Corot, Philippe Robert, Jean-Marc Idée et Marc Port, Recent advances in iron oxide nanocrystal technology for medical imaging (Review Article), Advanced Drug Delivery Reviews, Modèle:Vol.58, Modèle:N°14, 2006-12-01, Modèle:P.1471-1504 (Résumé).</ref>.

Annexes

Bibliographie

• Modèle:Ouvrage « Oxydes de fer naturels », « Oxyde de fer synthétiques ».