LE TITANE
Abondance et extraction
Le titane est l’élément de numéro atomique 22 dont le symbole est Ti. Le titane appartient à la famille des métaux de transition. En 2023, les principaux pays producteurs de titane étaient la Chine, le Mozambique, et l’Afrique du Sud.
Le titane est extrait de minéraux ou d’espèces minérales (anatase et rutile) composées de dioxyde de titane (TiO2). Son extraction est coûteuse et on ne dispose pas des technologies permettant d’exploiter la totalité des ressources terrestres pourtant conséquentes puisqu’il s’agit du neuvième élément et du cinquième métal le plus présent sur terre.
Obtenir du titane pur à partir du dioxyde de titane requiert de complexes procédés chimiques.
Titane pur, alliages de titane et classification
On peut ensuite fondre le titane pur ou en produire différents alliages dont trente-quatre sont connus. Le titane pur et ses alliages, sont classifiés par leur grade (correspondant à un titane pur ou à un alliage spécifique). Les grades 1, 2, 3 et 4 correspondent à un titane pur. Ils se distinguent par la méthode de fonte choisie et le nombre de refontes successives. Les propriétés mécaniques du titane pur peuvent ainsi être très sensiblement différentes. Les grades 5 à 38 catégorisent les différents alliages du titane. Le grade 5 représente à lui seul plus de 50% de la production de titane et est le plus largement répandu dans l’horlogerie. L’apport d’aluminium et de vanadium à sa composition (TiAl6V4) améliore encore sa dureté, sa résistance au choc et à la corrosion.
Spécificités hors-normes
Les « qualités » mécaniques du titane sont nombreuses et lui valent l’intérêt de la majeure partie des industries (spatiale, aéronautique, automobile, medtech et, bien sûr, horlogerie). Ainsi le titane est léger et mécaniquement résistant. Il est amagnétique, d’une parfaite biocompatibilité et résiste très bien à la corrosion. Les propriétés du titane demeurent inchangées jusqu’à des températures de 600°C et jusqu’aux températures cryogéniques (-150 à -273°C). Il est très oxydable ce qui lui vaut sa résistance à la corrosion. En effet, dès qu’il est exposé à l’air ou l’eau, une fine couche (inférieure au micromètre) composée essentiellement de dioxyde de titane (TiO2) se forme en surface et protège ainsi très efficacement le métal de la corrosion.
Le titane est un mauvais conducteur électrique et n’est donc pas éligible à des méthodes de fabrication telles que l’électroérosion ou aux traitements galvaniques. Il offre cependant un excellent substrat aux dépôts par phases vapeur (CVD, PVD).
Le titane est également un très mauvais conducteur thermique. Ce qui constitue généralement une spécificité recherchée, rend l’usinage du titane complexe. En effet, lors de l’usinage, la chaleur émanant du contact entre l’outil et la pièce de titane ne diffuse pas uniformément entre les deux et se concentre sur l’outil. L’outil surchauffe et s’use ainsi beaucoup plus rapidement. De plus, à haute pression ou à des températures supérieures à 300°C, le titane a tendance à s’enflammer ce qui constitue un risque non négligeable.
Enfin, le titane convient parfaitement aux nouvelles technologies de fabrication additives telles que la fusion sélective par laser.
C’est le minéralogiste britannique William Gregor qui découvre et identifie le titane, en 1794 semble-t-il. Ce n’est qu’en 1910 que le néo-zélandais Matthew Albert Hunter développe un procédé permettant de produire du titane pur (99%). En 1939, le luxembourgeois Wilhelm Kroll perfectionne le procédé de Hunter permettant l’industrialisation de la production.
Le titane apparait d’abord dans l’aérospatiale et l’aéronautique dès 1950. Ses propriétés remarquables et les coûts de production diminuant, le titane séduit rapidement d’autres industries telles que les medtechs, l’automobile et, dès la fin des années 60, l’horlogerie.
Le titane fut d’abord dédié aux composants d’habillage, boites et bracelet. On le trouve aujourd’hui parfois dans les composants d’un mouvement (cages de tourbillon etc.)
On apprécie le titane dans la fabrication de boites et de bracelets pour sa légèreté et sa résistance mécanique et à la corrosion. Il est souvent le métal privilégié pour l’habillage des montres à caractère sportif ou militaire.
Le titane est aujourd’hui très prisé pour la qualité et l’intensité avec lesquelles il diffuse le son des montres à sonneries. Enfin, on trouve parfois des composants de mouvement en titane telles que des structures de cage de tourbillon, 60% plus légères qu’une structure en acier et amagnétiques.