Cuivre natif

Les gisements de cuivre natif attestent le plus souvent d'un hydrothermalisme très actif et de roches magmatiques basiques.

Cristaux de cuivre natif de 12 × 8,5 cm.

On trouve le cuivre natif :

• dans des zones poreuses des basaltes : les réactions entre solution hydrothermale et minerais ferrifères génèrent le cuivre des principaux gisements de ce minéral. Dans la presqu'île de Keweenaw aux États-Unis, les couches de basalte alternent avec des grès et des conglomérats, les cavités sont emplies par le cuivre associé à la calcite, l'épidote, des minéraux cuprifères, des zéolites, un peu d'argent ; d'importantes masses de cuivre natif jusqu'à environ 500 000 kg y ont été rencontrées, en particulier dans l'État du Michigan, où les géologues estiment parmi des amas de forte puissance au bord du lac Supérieur un bloc à caractère fractal interne et externe au moins à 420 kg de cuivre ;
• dans des grès et des schistes, où le cuivre était probablement d'origine hydrothermale ;
• en petites quantités dans les météorites^{[alpha 3]}.

Quelques gisements remarquables de cuivre natif sont :

• en Bolivie : Coro-Coro, Province de Pacajes, Département de La Paz^[15] ;
• au Canada : Rouyn-Noranda, Mine Normandie, Saint-Joseph-de-Coleraine, Les Appalaches RCM, Chaudière-Appalaches, Québec^[16] ;
• aux États-Unis : Presqu'île de Keenawa, et Lac –Supérieur, Comté de Keweenaw, Michigan^[17] ;
• en France :
  • Les Clausis, Saint-Véran, Hautes-Alpes^[18],
  • Pélites Permiennes du Dôme de Barrot, Alpes-Maritimes,
  • Chessy, Rhône^[19],
  • Saint-Jean-de-Jeannes, Mont Roc, et le Burc, Tarn^[20] ;
• en Pologne : Bassin de Lubin (Basse-Silésie).

Minéraux

Sulfures

• La chalcopyrite : CuFeS₂ : (Cu₂S, Fe₂S₃).
• La bornite : Cu₅FeS₄ : (5Cu₂S, Fe₂S₃).
• La covelline ou covellite: CuS.
• La chalcocite : α Cu₂S.

Cuivre gris, extrait de la mine alsacienne d'Urbeis.

• La carrollite : Cu (Co,Ni)₂S₄.
• La stannite : Cu₂FeSnS₄.
• La germanite : Cu₁₃Fe₂Ge₂S₁₆.
• La kësterite : Cu₂ (Zn,Fe)Sn S₄.

Autres minéraux rares

La rickardite est un tellurure de cuivre. La berzélianite ou berzéline est un séléniure de cuivre Cu₂Se. La quetzalcoatlite est un minéral complexe, association intime d'une hydroxy-tellurite de cuivre et de zinc, et d'un chlorure de plomb et d'argent Zn₆Cu₃(TeO₆)₂ (OH)₆·Ag_xPb_yCl_x+2y.

La szenicsite est un hydroxy-molybdate de cuivre de formule Cu₃(MoO₄)(OH)₄.

La stranskiite est un arséniate de cuivre et de zinc de formule Zn₂Cu^II(AsO₄)₂. L'olivénite, l'euchroïte et la cornubite sont des hydroxy-arséniates de cuivre, soient respectivement Cu₂AsO₄(OH), Cu₂(AsO₄)(OH) ·3H₂O et Cu₅(AsO₄)₂(OH)₄·H₂O.

La bayldonite est un hydroxy-arséniate de plomb et de cuivre hydraté PbCu₃(AsO₄)₂(OH)₂H₂O.

La mixite est un hydroxy-arséniate de cuivre et de bismuth trihydraté BiCu₆(AsO₄)₃(OH)₆•3(H₂O).

Mine de cuivre à ciel ouvert, Chino Copper Mine, Nouveau-Mexique, États-Unis.

Gisements

Dès l'Antiquité, le cuivre a été extrait en quantités importantes dans l'île de Chypre, surnommée l'île aux mille mines^[21].

Durant l'Antiquité et parfois localement jusqu'au Moyen Âge, les gisements de cuivres gris ont été exploités.

L’essentiel du minerai de cuivre est extrait sous forme de sulfures ou de roches à base de chalcopyrite, dans de grandes mines à ciel ouvert, des filons de porphyre cuprifère qui ont une teneur en cuivre de 0,4 à 1,0 %. En surface, les minerais qui comportent de grandes quantités de stériles sont plus oxygénés, mais restent soufrés en couches profondes. Dans les années 1990, un minerai exploitable devait ne jamais descendre en dessous de 0,5 % en masse, et assurer une teneur de l'ordre de 1 % et plus. Les mines de Kennecott (Alaska), exploitées jusqu'aux années 1940, étaient les plus pures de la planète.

Exemples : Chuquicamata, au Chili ; Bingham Canyon Mine, dans l’Utah et El Chino Mine au Nouveau-Mexique (États-Unis). En 2005, le Chili était le premier producteur mondial de cuivre avec au moins un tiers de la production mondiale, suivi par les États-Unis, l’Indonésie et le Pérou, d’après le British Geological Survey^[14].

Dans le désert d'Atacama, à environ 2 800 m d'altitude, Chuquicamata est la plus grande mine de cuivre à ciel ouvert au monde à la fin des années 2000.

L'exploitation des nodules polymétalliques, à base de Cu, Mn, Co, Ni, etc., des fonds sous-marins, autre source potentielle de cuivre, reste confidentielle.

Propriétés physiques et chimiques du corps simple

Métal de couleur rougeâtre, rouge ou rouge orangée, le cuivre possède une exceptionnelle conductivité thermique et électrique. Le métal très pur est résistant à la corrosion atmosphérique et marine, mais aussi très malléable, tenace et ductile, relativement mou.

• Identification
  • Dureté (Mohs) : 3
  • Densité : 8,93
  • Clivage : absent
  • Trait : rouge cuivre plus pâle, rouge métallisé pâle, rouge rosée
  • Fracture : écailleuse, déchiquetée, difficile
  • Rupture : ductile (peu d'impuretés ou impuretés insolubles) ou cassante (impuretés solubles comme le phosphore)
  • Couleur : rouge cuivre, ou orange, jaune-rouge, rouge-brun métallisé
  • Système cristallin : cubique à faces centrées
  • Paramètre cristallin : a_Cu = 3,62 Å
  • Classe cristalline et groupe d'espace : hexakisoctaédrique - m3m

Sur la photo ci-dessus, le cuivre, juste au-dessus de son point de fusion, conserve sa couleur rose éclatante lorsqu’une lumière suffisante éclipse la couleur orange due à l’incandescence.

• • Réseau de Bravais : cubique à faces centrées
  • Macle : très fréquente sur {111} par accolement ou pénétration
  • Solubilité : insoluble dans l'eau, mais soluble dans l'acide nitrique, l'acide sulfurique concentré et à chaud, l'ammoniaque
• Propriétés optiques
  • Transparence : opaque
  • Éclat : métallique rouge saumon (« métal rouge »)
  • Obtention d'un très beau poli
  • Biréfringence : faible après déformation
  • Fluorescence : aucune

Le cuivre figure parmi les métaux les plus ductiles et les plus malléables. Relativement mou, le métal peut aisément être étiré, laminé et tréfilé.

Frotté, ses surfaces dégagent une odeur particulière et désagréable, effet indirect de la densité d'électrons libres au sein du réseau cristallin métallique.

Le métal peut s'altérer superficiellement après une longue exposition à l'air en une fine couche de carbonates de cuivre basique d'un beau vert ou vert-de-gris, qui forme la « patine » de certains toits recouverts de cuivre. Cette couche peut parfois comporter de la malachite et de l'azurite.

Propriétés mécaniques et optiques

Comme l’argent et l’or, le cuivre se travaille facilement, étant ductile et malléable. La facilité avec laquelle on peut lui donner la forme de fils, ainsi que son excellente conductivité électrique le rendent très utile en électricité. On trouve usuellement le cuivre, comme la plupart des métaux à usage industriel ou commercial, sous une forme polycristalline à grains fins. Les métaux polycristallins présentent une meilleure solidité que ceux sous forme monocristalline, et plus les grains sont petits, et plus cette différence est importante^[22].

La résistance à la traction est faible et l'allongement avant la rupture est important. Après le fer, le cuivre est le métal usuel le plus tenace. Les propriétés mécaniques du cuivre confirment les techniques anciennes de mise en forme de ce métal, à froid communes et à chaud plus rares. Sa malléabilité explique en partie la fabrication de vase ou forme par martelage au repoussé.

Chariot portant des cuves en cuivre.

La densité pratique du cuivre fondu est de l'ordre de 8,8 à 8,9. Elle augmente sensiblement avec le laminage jusqu'à 8,95. L'écrouissage permet de rendre le cuivre à la fois dur et élastique.

Le cuivre présente une couleur rougeâtre, orangée ou brune due à une couche mince en surface (incluant les oxydes). Le cuivre pur est de couleur rose saumon. Le cuivre, l’osmium (bleu), le césium et l’or (jaune) sont les quatre seuls métaux purs présentant une couleur autre que le gris ou l’argent. La couleur caractéristique du cuivre résulte de sa structure électronique : le cuivre constitue une exception à la loi de Madelung, n’ayant qu’un électron dans la sous-couche 4s au lieu de deux. L’énergie d’un photon de lumière bleue ou violette est suffisante pour qu’un électron de la couche d l’absorbe et effectue une transition vers la couche s qui n’est qu’à-demi occupée. Ainsi, la lumière réfléchie par le cuivre ne comporte pas certaines longueurs d’onde bleues/violettes et apparaît rouge. Ce phénomène est également présent pour l’or, qui présente une structure correspondante 5s/4d^[23]. Le cuivre liquide apparaît verdâtre, une caractéristique qu’il partage avec l’or lorsque la luminosité est faible.

Propriétés électriques et thermiques

Barres de distribution électriques en cuivre fournissant l’énergie à un grand bâtiment.

La similitude de leur structure électronique fait que le cuivre, l’argent et l’or sont analogues sur de nombreux points : tous les trois ont une conductivité thermique et électrique élevée, et tous trois sont malléables. Parmi les métaux purs et à température ambiante, le cuivre présente la seconde conductivité la plus élevée (59,6 × 10⁶ S/m), juste après l’argent. Cette valeur élevée s’explique par le fait que, virtuellement, tous les électrons de valence (un par atome) prennent part à la conduction. Les électrons libres en résultant donnent au cuivre une densité de charges énorme de 13,6 × 10⁹ C/m³. Cette forte densité de charges est responsable de la faible vitesse de glissement des courants dans un câble de cuivre (la vitesse de glissement se calcule comme étant le rapport de la densité de courant à la densité de charges). Par exemple, pour une densité de courant de 5 × 10⁶ A·m^-2 (qui est normalement la densité de courant maximum présente dans les circuits domestiques et les réseaux de transport), la vitesse de glissement est juste un peu supérieure à ¹⁄₃ mm/s^[24].

Toutefois, la résistivité du cuivre est sensible aux traces d'impuretés, elle augmente fortement avec de faibles teneurs étrangères, contrairement à celle du fer. Aussi le cuivre pur a été et est utilisé abondamment comme fil électrique, pour confectionner les câbles sous-marins et les lignes aériennes.

La conductivité électrique ou son inverse la résistivité, celle d'un fil de cuivre pur à l'état recuit témoin nommé IACS ou International Annealed Copper Standard (en), qui, mesurée à 20 °C, s'établit à 1,724 × 10⁻⁸ Ω m sert d'étalon de mesure en physique. La conductivité est exprimée en pourcentage IACS^{[alpha 4]}.

Ce métal est un très bon conducteur de la chaleur, moins toutefois que l'argent. C'est en partie pourquoi le cuivre est utilisé comme ustensile de cuisinier, réfrigérant de brasserie, dans les chaudières d'évaporation, des alambics aux sucreries. Il existait une autre raison au choix de ce métal, les capacités catalytiques du cuivre dans un grand nombre de réactions thermiques.

Le cuivre fond vers 1 085 °C. Il se vaporise à une température plus élevée, son point d'ébullition étant situé vers 2 562 °C. Sa vapeur brûle avec une flamme verte intense, ce qui permet sa détection quantitative en spectrométrie de flamme ou qualitative par simple test de flamme.

Métallurgie et affinage

Cuivre, métal pur à 99,95 %.

Les minerais soufrés primaires, déjà décrits, permettent plus de 80 % de la production, il s'agit de la pyrométallurgie du cuivre. Le cuivre est accompagné des autres éléments métalliques Fe, Co, Ni, Zn, Mo, Pb, etc., et parfois des précieux Ag, Au, Pt et platinoïdes qu'il est intéressant de récupérer dans les boues anodiques, mais aussi de Ge, Se, Te, As, etc.

Le minerai cuprifère de l'ordre de 2 % de cuivre, est concentré en cuivre après des étapes techniques mécanisées de tamisage, concassage, broyage et triage, notamment une séparation par flottation par des agents tensio-actifs sélectifs et hydrophobes tels que l'amylxanthate de potassium. Ce « minerai concentré » contenant de 20 % à 40 % de cuivre est grillé en présence de silice, pour obtenir un laitier surnageant à base de minéraux stériles et des mattes à base de sulfures de fer et cuivre contenant de l'ordre de 40 à 75 % de cuivre selon les procédés.

La matte liquide est oxydée en présence de silice dans un convertisseur. Voici la réaction globale, ne nécessitant quasiment pas de chauffage car rassemblant deux réactions fortement exothermiques, qui ne prend en compte que le cuivre et délaissant les phases technique concernant la matte, le laitier et le slag (scories ou crasses).

3 Cu₂S _liquide + 3 O_{2 gaz} → 6 Cu _{métal liquide} + 3 SO_{2 gaz}.

Tout se passe comme si la matte est convertie en cuivre impur, qui est coulé en blisters (matière de cuivre coulé avec des cloques de surface caractéristiques, appelées blisters en anglais technique, à moins de 2 % d'impuretés) de 140 à 150 kg.

Les minerais oxygénés secondaires (malachite, azurite, cuprite) ouvre la voie vers une hydrométallurgie du cuivre. L'étape du triage est associé à une lixiviation par l'acide sulfurique ou une extraction liquide-liquide. L'ion cuprique se dissout en solvant organique, type kérosène, grâce à des agents extractants du type hydroxyoxime ou hydroxyquinoléine, une étape de stripping permet d'obtenir des solutions concentrées en ions cupriques, qu'il est possible de séparer par électrodéposition ou par cémentation à l'aide de déchets d'acier. Le premier procédé électrolytique permet de recueillir du « cuivre rouge », parfois quasi-pur de l'ordre de 99,9 % de cuivre. Le second procédé donne un cuivre pollué par le fer, il nécessite un affinage électrolytique.

L'affinage peut être en principe thermique ou électrolytique. Le cuivre impur peut être purifié en partie par fusion. Mais ce procédé thermique ancien impliquant une oxydation, puis un « perchage » dans le bain de métal liquide pour éliminer la charge d'oxygène restante, sous forme de molécules d'oxydes volatiles, reste coûteux. Par exemple, la fusion du blister permet d'oxyder les impuretés As, Sb, S sous forme d'oxydes volatiles. Le perchage emploie des troncs ou perches de bois vert ou, de plus en plus, des hydrocarbures gazeux ou liquides, il permet par brassage d'éliminer l'oxygène présent dans le métal sous forme de monoxyde de carbone et de vapeur d'eau.

L'affinage industriel du cuivre s'effectue aujourd'hui surtout par électrolyse d'anodes de cuivre brut ou de blister (contenant du fer, parfois de l'argent, etc.) dans une solution de sulfate de cuivre et d'acide sulfurique^{[alpha 9]}.

Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu⁰ _métal avec un potentiel d'électrode normal ε⁰ de l'ordre de 0,34 V^{[alpha 10]}.

Les ions cuivre migrent vers la cathode, les métaux nobles comme l'argent sont piégés dans les boues anodiques, au fond du compartiment de l'anode et les impuretés, par exemple le fer oxydé en ions ferreux, restent dans le bain d'électrolyse^{[alpha 11]}. Ce procédé permet d'obtenir du métal pur de 99,9 % à 99,95 %. Mais ce cuivre cathodique ou technique est parfois poreux ou comporte des inclusions ou poches d'électrolytes. Il faut le refondre au four sous diverses atmosphères contrôlées (par exemple avec du phosphore P de désoxydation) ou à l'air pour obtenir des coulées de billettes, des plaques ou fils de cuivre. Ces matériaux sont alors transformés en demi-produits.

Il n'en reste pas moins que pour les spécialistes, il existe différentes nuances de cuivre selon les normes nationales (par exemple la norme NF A50-050), en particulier diverses catégories : sans oxygène, avec oxygène, désoxygéné avec reliquat désoxygénant, désoxygéné sans traces de désoxygénants^{[alpha 12]}.

Le cuivre peut être distribué, outre les cylindres, les tubes ou les fils d'usages spécifiques, par tôles (pleines ou perforées) ou plaques, barres pleines qui peuvent être méplates, carrées, rondes, par barres perforées, par barrettes taraudées, par barres souples isolées, par fils trolley, par feuillards, par bandes paratonnerre, par bandes spécifiques pour câbles ou transformateurs, par disques (emboutissage), etc.

Le cuivre recyclé peut être revendu sous forme de grenailles de diverses qualités (pureté) et granulométries.

Le cuivre présente un aspect nettement plus mou vers 830 °C et fond vers 1 085 °C.

Le cuivre se prête mal au moulage de fonderie. Si la température de la coulée est trop faible, donc proche du point de fusion, le refroidissement trop rapide n'est pas maîtrisé, le métal coulé ne prend pas l'empreinte des moules. Si la coulée est trop chaude, le cuivre après refroidissement présente des soufflures. Aussi dans les arts et industries, il existe depuis des temps forts lointains différents alliages pratiques.

Alliages notables

Très tôt, des alliages plus fusibles, plus durs que le cuivre purifié et surtout aptes à un moulage de qualité, ont été mis au point par essai et erreur, sans qu'on sache leur véritable nature chimique. Parfois, ils étaient réalisés directement à partir de minerais, et considérés comme des métaux singuliers à part, ainsi les bronzes antiques obtenus avec des minerais d'étain et les laitons anciens avec ceux de zinc…

Il existe un grand nombre d'alliages de cuivre anciens et modernes. Voici les principaux :

Airain, AlNiCo (parfois un peu de cuivre), alfénide ou métal blanc (cuivre avec Zn, Ni, Fe), Alliage d'aluminium pour corroyage série 2000, Alliage de Devarda (Al avec un peu de Zn), amalgame de cuivre (mercure), argenton (Ni,Sn), avional (aluminium, Mg, Si), billon (alliage) (cuivre allié à l'argent), britannium (Sn,Sb), bronze (étain), bronze arsénié (étain et arsenic), bronze au béryllium (béryllium), bronze phosphoreux (idem avec un petit peu de P), constantan (nickel), cuproaluminium (aluminium), cunife (Ni, Fe), cuprochrome, cupronickel (nickel), Dural ou duralium, laiton (zinc), Laiton rouge (un peu Zn), maillechort (nickel et zinc), moldamax (béryllium), Orichalque, Mu-métal type (NiFe₁₅Cu₅Mo₃, or nordique (un peu de Zn, Al et Sn), potin (étain et plomb), ruolz (Ni,Ag), shakudō (avec un peu d'or), tumbaga (or), tombac (un peu de Zn), virenium (un peu de Zn, Ni), zamak (zinc, aluminium et magnésium)

Le cuivre entre dans la composition d'alliages à mémoire de forme.

L'airain des Romains est une variété de bronze, employée pour fabriquer des armes et des ustensiles et objets très divers. Les bronzes modernes, conçus comme des alliages à composition déterminée de cuivre et d'étain, couvrent un champ d'application encore plus étendu, des monnaies et médailles au vannes et robinets, des socles pesants à des composants d'objets d'arts variés, statuettes ou statues, supports pour pièces émaillées ou émaux de bijouterie, etc. Les bronzes incluant jusqu'à 3 % de phosphore (P) augmentent fortement leur dureté. Le bronze phosphoreux à 7 % Sn et 0,5 % P présente une oxydation réduite, un meilleur comportement pendant la fusion.

Les laitons, malléables et ductiles à froid, présentent une couleur d'autant plus dorée que la teneur en cuivre est élevée. Cette belle couleur justifie son emploi comme garniture de lampes et de meubles flambeaux, mais inspire aussi la création de faux-bijoux, autrefois à base de « chrysocolle » ou d'« or de Mannheim ». Les laitons laissent pourtant une mauvaise odeur aux bouts des doigts qui les manipulent. Ils ont été et sont parfois encore utilisés en tuyauterie, robinetterie et visserie, comme ustensiles de ménages, instrument de physique (désuet), boutons, épingles et fils, garniture de couteaux, pistolets, ressorts, engrenages et pignons, échangeurs de chaleur, radiateurs. Les supports d'instrument de marine étaient en laiton jaune à 20-40 % Zn, alors que les sextants l'étaient en laiton blanc à 80 % Zn.

L'addition de zinc et de nickel permet d'obtenir des maillechorts, par exemple à 20-28 % Zn et 9-26 % Ni. Ils sont idoines à la fabrication de couverts, de vaisselles et de gobelets, de théières, de pièces de sellerie et des éperons du fait de leur grande dureté, d'instruments d'optique et de mécanique de précision, par exemple des pièces pour les mouvements d'horlogerie, du fait de leur faible altérabilité à l'air. Ce sont aussi des alliages monétaires.

Les alliages de cuivre et de nickel sont dénommés cupronickels. Le métal Monel à 65-70 % de Ni servir comme monnaie. À moindre teneur, les cupronickels sont utilisés pour le matériel de laboratoire et de chimie, d'une manière générale, ainsi que les résistances de précision. Le constantan à 40 % de Ni se caractérise par une valeur de la résistance électrique, indépendante de la température.

Outre le Zn, le Ni et le Sn, les alliages de cuivre peuvent être à base de plomb Pb, d'argent Ag ou d'or Au, ou à faibles teneur d'Al ou de Si.

L'addition de plomb permet de concevoir des alliages anti-friction, par exemple à 10-30 % Pb et 7 % Sn. Le cuivre, l'or et l'argent sont miscibles en toutes proportions, ces alliages relativement chers donnent naissance à l'or anglais. Mentionnons les alliages pour brasure, à base de d'argent, du type Ag 20 % Zn 30 % Cu 45 % Cd 5 % en masse qui fond vers 615 °C ou encore Ag 35 % Zn 21 % Cu 26 % Cd 18 % en masse qui fond encore plus bas vers 607 °C.

Le bronze d'aluminium est un alliage à 5-10 % Al, utilisé comme monnaie ou matériau pour instruments résistants à la corrosion marine, valves et pompes.

Il existe aussi des alliages au silicium, à des teneurs de 1-2 % Si.

Le cuivre au tellure, ainsi que le cuivre au soufre à moindre mesure, est un matériau métallique idéal pour le décolletage ou la fabrication rapide et précise de pièces par usinage, voire le matriçage à chaud. Le cuivre au tellure peut être employé également en soudage par buse plasma, pour les connexions électriques des batteries et la boulonnerie.

Chimie et principaux composés

Les composés du cuivre se présentent sous plusieurs états d'oxydation, généralement +2, par lesquels ils confèrent une couleur bleue ou verte due aux minéraux qu'ils constituent, comme la turquoise. Cette propriété des sels de cuivre Cu²⁺ fait qu'ils ont été largement utilisés à travers l'histoire dans la fabrication des pigments. Les éléments architecturaux et les statues en cuivre se corrodent et acquièrent une patine verte caractéristique. Le cuivre se retrouve de manière significative dans les arts décoratifs, à la fois sous forme métallique et sous forme de sels colorés.

Les composés de cuivre présentent quatre états d’oxydation :

• le cuivre(I), souvent nommé cuivreux ;
• le cuivre(II), souvent nommé cuivrique ;
• le cuivre(III) ;
• le cuivre(IV).

Les deux premiers et surtout le second en solution aqueuse sont les plus fréquents.

Avant de présenter les différents états du cuivre, à noter l'existence d'une gamme d'ions complexes caractérisée par la géométrie des trois séries de composés de coordination du cuivre. Ainsi selon le nombre de coordination n :

• si n = 2, elle est linéaire comme dans [Cu^I (NH₃)₂](SCN) ;
• si n = 4, elle forme un plan carré comme pour l'ion cuproammonium bleu foncé [Cu^II(NH₃)₄]²⁺ par exemple présent dans le corps chimique [Cu^II (NH₃)₄](SO₄), obtenu à partir du sulfate cuprique et l'ammoniaque en milieu aqueux^{[alpha 13]} ;
• si n = 6, la symétrie est octaédrique comme pour le composé [Cu^II(NH₃)₆](Br)₂.

Cuivre(I)

Poudre d’oxyde de cuivre(I).

Le cuivre(I) est la principale forme que l’on rencontre dans ses gîtes.

L'oxyde de cuivre Cu₂O, insoluble dans l'eau, est rouge. Les sels cuivreux anhydres sont blancs.

L'ion Cu⁺ est incolore et diamagnétique. Il se caractérise par un rayon ionique assez important 0,91 Å, il ne donne pas d'hydrates stables, il est surtout présent sous forme de complexes qui ne sont pas tous stables.

Cu⁺ + e⁻ → Cu⁰ _métal avec un potentiel d'électrode normal ε⁰ de l'ordre de 0,52 V^{[alpha 14]}

Pourtant il est rare ou n'existe pratiquement pas en solution aqueuse, car ce cation est soumis à dismutation ou oxydé facilement en solution.

2 Cu⁺ → Cu²⁺ + Cu _métal avec K_s ≈ 1,6 × 10⁻⁶ et Δε⁰ ≈ 0,18 V

Donnons un exemple concret de cette réaction globale en équilibre, d'abord en solution aqueuse portée à ébullition en milieu chlorure concentré :

Cu²⁺ + Cu _{métal en excès} + 4 Cl⁻ _{chlorure en excès} → 2 Cu₂Cl⁻ _{complexe de cuivre I en milieu aqueux}

Ensuite, par effet de dilution des ions chlorures, s'opère la précipitation du chlorure cupreux de formule simplifiée CuCl.

Cu₂Cl⁻ _aqueux + H₂O → CuCl_{précipité solide} + Cl⁻ avec K_s ≈ 6,5 × 10⁻²

Ses composés, à l'exception d'un certain nombre de complexes, sont très souvent non stœchiométriques, instables et peu solubles, voire quasiment insolubles dans l'eau. L'ion cuivreux s'apparente par certaines propriétés aux cations Ag⁺ Tl⁺ Hg₂²⁺.

Cu₂O est un oxyde basique rouge, qui réagit avec les acides halogénés HX, avec X = Cl, Br, I. Les halogénures cuivreux, insolubles ou peu solubles dans l'eau, précipitent.

Les halogénures cuivreux, sels anhydres blancs à structure cristalline affichant un nombre de coordination 4, typique du cristal de la blende, très peu solubles ou dissociable dans l'eau, facilement fusibles et semi-conducteurs CuCl, CuBr, CuI sont bien connus, sauf le fluorure^{[alpha 15]}. En réalité, le chlorure est autant à l'état solide un dimère Cu₂Cl₂ qu'un monomère, en solution HCl sous forme (néo)précipité CuCl ou sous forme d'ion complexe CuCl₂⁻, à l'état vapeur un mélange de monomère, de dimère et de trimère^{[alpha 16]}. L'ion complexe CuCl₂⁻ explique l'association au gaz monoxyde de carbone CO et l'absorption de ce gaz.

On détecte souvent les sucres grâce à la capacité de ces derniers à convertir les composés de cuivre(II) bleus en composés d’oxyde de cuivre(I) (Cu₂O), tel que le réactif de Benedict. Le principe est le même pour la liqueur de Fehling, dont les ions cupreux sont réduits par les sucres en Cu₂O, oxyde rouge brique.

La recherche qualitative et quantitative du cuivre dans les urines (cuprémie) s'effectue en milieu basique concentré en provoquant le dépôt caractéristique d'oxyde cupreux, par exemple :

2 Cu²⁺ + 4 HO⁻ → Cu^I₂O _{précipité d'oxyde de cuivre (I)} + 2 H₂O + ½ O_{2 gaz}

Le sulfure cupreux Cu₂S tout comme l'oxyde Cu₂O, peuvent être obtenus par réaction chimique à hautes températures du cuivre et des corps simples respectifs, le soufre et le gaz oxygène.

Il existe l'acétylure de cuivre, le thiophène-2-carboxylate de cuivre(I), l'acétylacétonate de cuivre(I), le cyanure de cuivre blanc, l'hydroxyde cuivreux jaune orange, le thiocyanate de cuivre, etc.

Le précipité de thiocyanate cuivreux, insoluble dans l'eau, sert au dosage gravimétrique des ions cuivriques en solution aqueuse.

2 Cu²⁺ + 2 SCN²⁻ + SO₃²⁻ + H₂O → Cu^ISCN_{précipité de thiocyanate de cuivre (I)} + 2 H⁺ + SO₄²⁻.

Cuivre(II)

Précipité naturel hydraté de cuivre(II) dans une ancienne mine souterraine de fer vers Irun, Espagne.

Le cation cuivre divalent ou cuprique Cu²⁺, de configuration d⁹, est coloré et paramagnétique à cause de son électron non apparié. Il présente un grand nombre d'analogie avec les cations divalents des métaux de transition. Avec les corps donneurs d'électrons, il forme de nombreux complexes stables.

Il est caractérisé en chimie analytique fondamentale par sa précipitation par H₂S à pH 0,5 en milieu aqueux. Le groupe des cations Hg²⁺ Cd²⁺ Bi³⁺, etc., auquel il appartient ont des chlorures solubles et ses sulfures insolubles dans le sulfure d'ammonium^{[alpha 17]}.

Le cuivre(II) se rencontre très couramment dans notre vie de tous les jours. Un grand nombre de ses sels n'ont pas les mêmes aspects de coloration à la lumière s'ils sont anhydres ou hydratés, en solutions concentrées ou diluées. Toutefois les solutions diluées de sels cuivriques dans l'eau sont généralement bleues ou parfois bleu-vert.

Le carbonate de cuivre(II) constitue le dépôt vert qui donne leur aspect spécifique aux toits ou coupoles recouverts de cuivre des bâtiments anciens.

Le sulfate de cuivre(II) est constitué d’un pentahydrate bleu cristallin qui est peut-être le composé de cuivre le plus commun au laboratoire. Le sulfate cuivrique anhydre est blanc, le sulfate de cuivre hydraté (notamment pentahydrate) est bleu, le sulfate de cuivre aqueux est bleu en solution concentrée. Ce sulfate peut ainsi servir de test à la présence d'eau. On s’en sert aussi de fongicide, sous le nom de bouillie bordelaise^[25]. En lui ajoutant une solution aqueuse basique d’hydroxyde de sodium, on obtient la précipitation d’hydroxyde de cuivre(II), bleu, solide. L’équation simplifiée de la réaction est :

Cu²⁺ + 2 HO⁻ → Cu(OH)_{2 précipité d'hydroxyde de cuivre}.

Une équation plus fine montre que la réaction fait intervenir deux ions hydroxyde avec déprotonation du composé de cuivre(II) 6-hydraté :

Cu(H₂O)₆²⁺ _aqueux + 2 HO⁻ → Cu(H₂O)₄(OH)₂ + 2 H₂O.

L'hydroxyde de cuivre est soluble dans les acides, et également dans un excès de base à un certain point, à cause de l'espèce complexe Cu(OH)_4²⁻.

Une solution aqueuse d’hydroxyde d'ammonium (NH₄⁺ + HO⁻) provoque la formation du même précipité. Lorsqu’on ajoute un excès de cette solution, le précipité se redissout, formant un composé d’ammoniaque bleu foncé, le cuivre(II) tétraamine :

Cu(H₂O)₄(OH)₂ + 4 NH₃ → Cu(H₂O)₂(NH₃)₄²⁺ + 2 H₂O + 2 HO⁻.

Ce composé était jadis important dans le traitement de la cellulose. Il l'est encore dans les procédés de la rayonne au cuivre ammoniacal^{[alpha 18]}.

D’autres composés bien connus de cuivre(II), souvent anhydres ou hydratés, comprennent l’acétate de cuivre(II), le formiate, l'oxalate, le tartrate de cuivre(II), le carbonate de cuivre(II), le chlorure de cuivre(II), le nitrate de cuivre(II), le phosphate, le chromate, l'arséniate, le sulfure et l’oxyde de cuivre(II). Mentionnons la couleur brune du chlorure de cuivre anhydre, la couleur verte des chlorures de cuivre hydratées, la couleur jaune-vert de leurs solutions concentrées, ainsi que la couleur verte de l'acétate de cuivre anhydre, la couleur bleu-vert des acétates de cuivre hydratés, la couleur vert-bleu des solutions concentrées.

La méthode du biuret est un dosage colorimétrique des protéines.

Les ions cuivriques sont oxydants, ils oxydent les aldéhydes selon la réaction de Fehling en milieu basique, détectent les oses réducteurs, les coumarines ou les flavonoïdes selon la réaction-test de Benedict. La méthode de Bertrand permet de doser les sucres du lait. La réaction de Barfoed est un test de détection des oses avec l'acétate cuivrique en milieu acide, alors que la liqueur de Fehling n'opère dans ce cas qu'en milieu basique.

L'action des aldéhydes ou des sucres sur la liqueur de Fehling permet de réduit Cu²⁺ à terme en l'oxyde de cuivre Cu₂O, laissant un précipité rouge brique. Rappelons que cette liqueur de détection à base de complexe de cuivre cuprique s'utilise fraîche (fraîchement préparée) et avec un léger chauffage thermique^{[alpha 19]}.

Le fluorure cuivrique CuF₂ anhydre et incolore se caractérise par un réseau ionique cristallin, analogue à la fluorine.

Le chlorure cuivrique ou le bromure cuivrique anhydres forment quant à eux des chaînes en principe illimitées (CuCl₂)_n ou (CuBr₂)_n où les deux atomes de chlore donneurs potentiels d'électron semblent chélater ou pincer l'atome de cuivre accepteur^{[alpha 20]}. Ces polymères linéaires sont hydrolysés par dissolution dans l'eau.

Le cuivre métal peut être extrait de ses solutions salines par des métaux, nécessairement moins nobles ou non nobles, comme le fer et le magnésium. Cette réaction de cémentation s'écrit par exemple avec le fer Fe.

Cu²⁺ _aqueux + Fe⁰ _{limaille ou poudre de métal fer} → Cu⁰ _métal + Fe²⁺ _{aqueux (ions ferreux)}.

Il existe de nombreuses méthodes de détection des ions cuivre, l’une faisant intervenir le ferrocyanure de potassium, qui donne un précipité brun et des sels de cuivre. La mise en milieu soude NaOH_aq des sels cuivriques, par exemple l'ion cuivrique de sulfate, du chlorure ou de l'acétate de cuivre, préalablement décrits, laisse un précipité bleu. De même, le milieu ammoniaque NH₄OH_aq engendre une liqueur bleue, l'addition de ferrocyanure de potassium un précipité brun, la réaction par bullage d'hydrogène sulfuré H₂S_gaz un précipité noir caractéristique.

Les solutions ammoniacales des sels cuivriques sont souvent bleu foncé, cette coloration profonde est apportée par les ions complexes Cu(NH₃)_n²⁺ impliquant n molécules d'ammoniac. Ces ions complexes expliquent l'absorption du monoxyde de carbone CO.

Les complexes cuivriques sont en général très stables. Ils sont également paramagnétiques lorsqu'ils disposent d'un électron célibataire et d'une structure coordonnée en dsp³.

Le tartrate de cuivre dilué dans une solution alcaline à base de soude NaOH_aq et potasse caustique KOH_aq donne une liqueur bleu intense.

Le tartrate de cuivre est facilement transformé par H₂S en sulfure de cuivre CuS, formant un précipité noir.

La formule du sulfure cuivrique est trompeuse, car il existe dans le réseau cristallin des concaténations de soufre, un cuivre Cu^I à coordination tétraédrique et un cuivre Cu^II au centre de triangle équilatère de S, d'où la formule des cristallographes Cu^I₄Cu^II₂(S₂)₂S₂

Le cyanure double de cuivre et de potassium en milieu aqueux ne présente aucune transformation ni altération, car il s'agit d'une structure de complexe.

Les cyanures sont à la fois des réducteurs de l'ion cuprique et surtout des complexants en fortes quantités ou en excès.

Cu²⁺ _aqueux + 2 CN⁻ _aqueux → (CN)_{2 gaz cyanogène} + Cu⁺ _aqueux.

Cu²⁺ _aqueux + 4 CN⁻ _aqueux → Cu(CN)₄ ³⁻

La réduction de l'ion cuprique par les ions iodure I⁻ permet le dosage volumétrique du cuivre, car l'iode est titré en retour par le thiosulfate de sodium. La réaction de base en milieu aqueux s'écrit :

Cu²⁺ + 2 I⁻ → CuI _{iodure cuivreux} + ½ I_{2 iode}.

L'acétylacétonate de cuivre(II) catalyse des réactions de couplage et de transfert de carbènes. Le triflate ou trifluorométhylsulfonate de cuivre(II) est également un catalyseur.

L'oxyde mixte de baryum de cuivre et d'yttrium figure parmi les premiers matériaux céramiques supra-conducteur à température de l'azote liquide.

Dosage

La quantité de cuivre dans différents milieux est quantifiable par différentes méthodes analytiques. Pour dissocier le cuivre de la matrice de son milieu, il faut, la plupart du temps, effectuer une digestion à l’aide d’un acide (en général l’acide nitrique et/ou l’acide chlorhydrique). Le centre d’expertise en analyse environnementale du Québec^[26] utilise des techniques couplées, soient l’ICP-MS pour les analyses dans la chair de poissons et des petits invertébrés, et l’ICP-OES pour les analyses dans l’eau qui doit préalablement être acidifiée.

Anciens ustensiles de cuisine en cuivre, dans un restaurant de Jérusalem.

Industries mécaniques et électriques

On retrouve du cuivre dans un grand nombre d’applications contemporaines et dans de nombreuses industries différentes : télécommunications, bâtiment, transports, énergie et énergies renouvelables. Du fait de sa très bonne conductivité électrique et thermique, le cuivre est utilisé dans de nombreuses applications. Il est le meilleur conducteur électrique parmi l’ensemble des métaux non précieux. À titre d’exemple, la conductivité électrique du cuivre (59,6 × 10⁶ S m⁻¹) est supérieure de 58 % à celle de l’aluminium (37,7 × 10⁶ S m⁻¹).

Les équipements électriques et électroniques contiennent jusqu'à 20 % de leur poids en cuivre. Du fait de sa grande densité (8,94 g/cm³) il ne peut cependant pas être utilisé dans les lignes haute tension aériennes où l’aluminium s’impose en raison de sa légèreté. Ses propriétés électriques sont largement exploitées, et son utilisation en tant que conducteur, dans les électroaimants, les relais, les barres de distribution et les commutateurs. Les circuits intégrés utilisent de plus en plus le cuivre au lieu de l’aluminium du fait de sa conductivité électrique plus élevée, tout comme les circuits imprimés. Il est également utilisé comme matériau pour la fabrication des radiateurs pour ordinateurs, du fait de sa meilleure conductivité thermique que celle de l’aluminium. Les tubes à vide, les tubes à rayons cathodiques et les magnétrons présents dans les fours à micro-ondes font appel au cuivre, comme les guides d’ondes pour l’émission de micro-ondes.

Dans certaines applications thermiques (les radiateurs d’automobile par exemple), pour des raisons économiques, il est parfois remplacé par des matériaux moins performants en termes de rendement (aluminium, matériaux de synthèse). Le cuivre est rarement utilisé pur, sauf pour les conducteurs électriques et dans le cas où l'on souhaite une grande conductivité thermique, car le cuivre pur est très ductile (capacité élevée d'allongement sans rupture). Il est montré que les conductivités thermique et électrique du cuivre sont très fortement liées. Cela résulte du mode de transmission de la chaleur et de l'électricité dans les métaux, qui se fait majoritairement par déplacement d'électrons. À noter à ce titre que le cuivre servant dans ce domaine doit être extrêmement pur (minimum 99,90 % selon les normes internationales). Les impuretés solubles dans la matrice de cuivre telles que le phosphore (même en très faible proportion) diminuent très fortement la conductivité. Le cuivre est couramment utilisé en laboratoire comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction sur poudres. La raie K${\displaystyle \alpha }$ du cuivre a pour longueur d'onde moyenne 1,541 82 Å.

Architecture et industrie

Alors que, pour les applications électriques, on utilise du cuivre non oxydé, le cuivre utilisé en architecture est du cuivre phosphoreux désoxydé (également nommé Cu-DHP). Depuis l’antiquité, on utilise le cuivre comme matériau de couverture étanche, ce qui donne à nombre de bâtiments anciens l’aspect vert de leurs toitures et coupoles. Au début se forme de l’oxyde de cuivre, bientôt remplacé par du sulfure cuivreux et cuivrique, et enfin par du carbonate de cuivre. La patine finale de sulfate de cuivre (dénommée « vert-de-gris ») est très résistante à la corrosion^[29].

• Statuaire : la statue de la Liberté, par exemple, comporte 179 220 livres (81,29 tonnes métriques) de cuivre.
• Allié au nickel, par exemple dans le cupronickel et le monel, il est utilisé en construction navale en tant que matériau résistant à la corrosion.
• Du fait de son excellente dissipation thermique, il est utilisé pour la boîte à feu des chaudières à vapeur de Watt.
• Les composés de cuivre sous forme liquide servent à la préservation du bois contre les dégâts causés par la pourriture sèche, en particulier lors du traitement de parties originales de structures en cours de restauration.
• On peut placer des fils de cuivre sur des matériaux de toiture non conducteurs pour limiter le développement des mousses (on peut également utiliser le zinc à cet effet.)
• Le cuivre sert également pour empêcher les éclairs de frapper directement un bâtiment. Placées en hauteur au-dessus du toit, des pointes de cuivre (paratonnerres) sont reliées à un câble de cuivre de forte section lui-même connecté à une grande plaque métallique enterrée. La charge est dispersée dans le sol, au lieu de détruire la structure principale.

Le cuivre présente une bonne résistance à la corrosion, cependant inférieure à celle de l’or. Il a d’excellentes propriétés en soudage et brasage et peut également être soudé à l’arc, bien que les résultats obtenus soient meilleurs avec la technique de soudage à l’arc sous gaz neutre, avec apport de métal.

Principe du brasage.

Alliages

Les alliages de cuivre sont très largement utilisés dans de nombreux domaines. Les alliages les plus célèbres sont certainement le laiton (cuivre-zinc) et le bronze (cuivre-étain) qui ont été élaborés bien avant qu'on ne fasse les premières coulées de cuivre pur. Les fonts baptismaux de la collégiale Saint-Barthélemy de Liège ont fasciné les chercheurs à ce niveau. Il a fallu se rendre à l'évidence que le laiton est nettement plus facile à mettre en œuvre que le cuivre pur et le zinc pur séparés.

• Pièces conductrices : par exemple pour usage électrotechnique, en particulier en laiton rouge ou en tombac.
• Pièces mécaniques : le cuivre pur ou légèrement allié présente des propriétés mécaniques satisfaisantes mais il n'est généralement pas utilisé en raison de sa densité élevée.
• Pièces de frottement et d'usure : voir l'article Tribologie.
• Pièces devant résister à la corrosion, l'oxyde de cuivre est stable à température ambiante et recouvre généralement par une fine couche isolante les pièces en cuivre.
• Instruments de musique, en particulier en tombac ou laiton rouge à 20 % de zinc, les cuivres, mais aussi les cymbales, les timbales, les cloches ou clochettes en différents bronzes à 20 à 25 % d'étain.
• Pièces de bijouterie.
• Pièce de cartouches, par exemple en tombac : voir infra Armement.

Applications des composés de cuivre

Environ 2 % de la production de cuivre sert à la production de composés chimiques. Les applications principales sont les compléments alimentaires et les fongicides pour l’agriculture^[30].

Le sulfate de cuivre, à l'instar d'autres sels de cuivre, peut être utilisé comme pigment vert pour peintures, comme fongicides et algicides. On le retrouve dans la bouillie bordelaise.

Les carboxylates de cuivre servent comme fongicides et comme catalyseurs.

Les usages des sels de cuivre sont également divers :

• en tant que composant des glaçures pour céramique et pour colorer le verre ;
• produit d’extinction Classe D utilisé sous forme de poudre pour éteindre les feux de lithium par étouffement du métal en combustion et en jouant le rôle de dissipateur thermique ;
• fibres textiles, pour réaliser des tissus de protection antimicrobiens^[31].

Autres applications spécifiques

Étude toxicologique et précautions

Écotoxicologie

Sur cette pierre tombale, deux clous de laiton riches en cuivre ont libéré de très faibles doses de cuivre. Ces doses, bien qu'infimes ont tué la totalité des bactéries, mousses et lichens, laissant la pierre comme neuve.

Le cuivre, quand il est présent sous forme d'ions ou de certains composés biodisponibles peut être écotoxique même à faible dose notamment pour certains organismes aquatiques, et sur terre pour les mousses et lichens, ce pourquoi il est employé dans de nombreux antifoolings et agent de traitement des bois utilisés à l'extérieur^[34].

Un oligo-élément indispensable à la vie

Le cuivre est un oligo-élément indispensable à la vie (hommes, plantes, animaux, et micro-organismes). Le corps humain contient normalement du cuivre à une concentration d’environ 1,4 à 2,1 mg/kg. On trouve du cuivre dans le foie, les muscles et les os. Le cuivre est transporté par la circulation sanguine au moyen d’une protéine nommée céruléoplasmine^[49]. Après absorption du cuivre au niveau de l’intestin, il est acheminé vers le foie, lié à l’albumine. Le métabolisme et l’excrétion du cuivre sont contrôlés par la fourniture au foie de céruléoplasmine, et le cuivre est excrété dans la bile. Au niveau cellulaire, le cuivre est présent dans nombre d’enzymes et de protéines, y compris la cytochrome c oxydase et certaines superoxydes dismutases (SOD). Le cuivre sert au transport biologique d’électrons, par exemple les protéines « bleu cuivre », azurine et plastocyanine. La dénomination « bleu cuivre » vient de leur intense couleur bleue due à une bande d’absorption (autour de 600 nm) par transfert de charge coordinat/métal (LMCT). Nombre de mollusques et certains arthropodes, tels que la limule, font appel, pour le transport de l’oxygène, à un pigment à base de cuivre, l’hémocyanine, plutôt qu’à l’hémoglobine, possédant un noyau fer, et leur sang est bleu, et non rouge, lorsqu’il est oxygéné^[50].

Diverses agences de santé dans le monde ont défini des normes nutritionnelles journalières. Les chercheurs spécialisés en microbiologie, toxicologie, nutrition et évaluation des risques sanitaires travaillent ensemble à définir avec précision les quantités de cuivre requises par l'organisme, en évitant les déficits ou les surdosages en cuivre^[51]. En France, les apports nutritionnels conseillés (ANC) par l’Agence française de sécurité sanitaire des aliments^[52] sont de 1 mg/j chez l’enfant jusqu’à 9 ans, 1,5 mg/j chez l’adolescent jusqu’à 19 ans, et 2 mg/j chez l’adulte.

Excès et manque de cuivre

Chez l'Homme et les mammifères, le cuivre est notamment nécessaire à la formation de l'hémoglobine, il intervient dans la fonction immunitaire et contre le stress oxydant. Comme il facilite l’assimilation du fer, un déficit en cuivre peut souvent donner lieu à des symptômes analogues à une anémie. Chez certaines espèces, il remplace même le fer pour le transport de l'oxygène. C’est le cas de la limule (arthropode) dont le sang est bleu^[53], ou de certains chironomes qui sont verts.

Un déficit en cuivre est également associé à une diminution du nombre de certaines cellules sanguines (cytopénie)^[54] et à une myélopathie^[55]. Le déficit se voit essentiellement après une chirurgie digestive (dont la chirurgie bariatrique et les surcharges en zinc^[56] (le zinc étant absorbé de manière compétitive avec le cuivre par le tube digestif)).

Inversement, une accumulation de cuivre dans les tissus peut provoquer chez l’Homme la maladie de Wilson.

Propriétés antibactériennes

Depuis l’Antiquité, le métal rouge est utilisé par l’Homme pour ses vertus sanitaires, notamment pour soigner les infections et prévenir les maladies^[57]. Avant même la découverte des micro-organismes, les Égyptiens, les Grecs, les Romains et les Aztèques utilisaient des préparations à base de cuivre pour leurs maux de gorge, éruptions cutanées et pour l’hygiène quotidienne. Au XIX^e siècle, après la découverte du lien de causalité entre le développement de germes pathogènes et la déclaration des maladies, de nombreux scientifiques se sont intéressés à l’exploitation des propriétés antibactériennes^[58] du cuivre. Actuellement, le cuivre est utilisé par l’industrie pharmaceutique, dans des applications allant des antiseptiques et antimycosiques aux produits de soins et d’hygiène (crèmes, ampoules d’oligo-éléments, etc.).

S’il est bénéfique à faibles doses, l'ion Cu²⁺ peut cependant, comme la plupart des éléments chimiques, se révéler toxique pour certains organismes à des concentrations très élevées (des cas de contaminations ont été identifiés à l'âge du bronze sur des squelettes d’hommes ou d’animaux à proximité des anciennes mines de cuivre de l'actuelle Jordanie^[59]) ou lorsqu’il est associé à d’autres matériaux comme le plomb (une telle association pourrait aggraver le risque de maladie de Parkinson^[60]).

En mars 2008, l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA)^[61] a homologué le cuivre et ses alliages en tant qu’agents antibactériens capables de lutter contre la prolifération de certaines bactéries responsables d’infections potentiellement mortelles. Le cuivre, le bronze et le laiton sont ainsi les premiers matériaux officiellement autorisés à revendiquer des propriétés sanitaires aux États-Unis. Cette reconnaissance est une étape importante pour l’utilisation du cuivre comme agent antibactérien.

Production minière

La production minière annuelle de cuivre a fortement augmenté depuis le début du XX^e siècle, passant de 0,5 Mt en 1900 à 11 Mt en 1990, puis 15 Mt en 2008, et 20,3 Mt en 2019.

Les onze principaux pays producteurs en 2019 totalisent 73,7 % de cette production : le Chili, le Pérou, la Chine, les États-Unis, la République démocratique du Congo, l'Australie, la Zambie, le Mexique, la Russie, le Kazakhstan et l'Indonésie. Quatre des dix plus importantes mines du cuivre du monde se situaient au Chili (Escondida, Collahuasi, El Teniente, Chuquicamata) et trois au Pérou (Cerro Verde II, Antamina et Las Bambas)^[78],[79].

Selon le webzine Illuminem, les principaux producteurs sont des sociétés constituées au Royaume-Uni, suivies des sociétés constituées au Chili, aux États-Unis et au Mexique, tandis que la Chine se classe au cinquième rang pour le contrôle économique des mines de cuivre^[80].

Production de cuivre^[79]

Rang	Pays	Production 2020 (kt)	% mondial
1	Chili	5 700	28,5
2	Pérou	2 200	11,0
3	Chine	1 700	8,5
4	États-Unis	1 200	6,0
5	République démocratique du Congo	1 300	6,5
6	Australie	870	4,4
7	Zambie	830	4,2
8	Mexique	690	3,5
9	Russie	850	4,3
10	Kazakhstan	580	2,9
11	Canada	570	2,9
12	Indonésie	380	1,7
	autres	370	18,5
Monde		20 000	100

La production peine à suivre la forte progression de la demande, due aux besoins de la transition énergétique. Le premier obstacle est la baisse structurelle des teneurs : selon un rapport du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), la concentration moyenne en cuivre dans les mines en exploitation atteint 0,62 %. Dans les sites récemment ouverts, elle ne dépasse pas 0,53 % et pour les projets à l'étude, elle tombe à 0,43 %. La seconde difficulté est l'impact des mines sur l'environnement, en particulier à cause de l'utilisation de l'eau, devenue hautement problématique pour de nombreuses mines situées dans des zones soumises à un fort stress hydrique. L'opposition des populations locales est grandissante : c'est l'une des causes de la victoire en 2021 des partis de gauche au Pérou ou au Chili^[78].

La Russie a commencé en 2022 à exploiter la mine de cuivre de Novaya Chara, au nord de la Sibérie orientale, qui serait le troisième gisement au monde, avec des réserves de 26 Mt et une teneur élevée (plus de 1 %), selon son exploitant Udokan Copper, qui compte commencer par produire 160 kt de cuivre par an pour monter, à terme, à 400 kt^[81].

On a utilisé le cuivre depuis au moins 10 000 ans, mais plus de 95 % de tout le cuivre jamais extrait et fondu l’a été depuis 1900. Comme pour nombre de ressources naturelles, la quantité totale de cuivre sur terre est importante (environ 10¹⁴ t dans le premier kilomètre de la croûte terrestre, correspondant à environ cinq millions d’années de réserve au taux d’extraction actuel). Toutefois, seule une petite partie de ces réserves est économiquement viable, étant donné les prix et les technologies actuelles. Diverses estimations des réserves de cuivre disponibles pour l’extraction vont de 25 à 60 ans, en fonction des hypothèses de départ, telles que la demande en cuivre^[82].

Le cours du cuivre, une des mesures de la disponibilité en approvisionnement en cuivre par rapport à la demande mondiale, a quintuplé lors des soixante dernières années ; faible en 1999, passant de 0,60 USD par livre (1,32 USD/kg) en juin 1999 à 3,75 USD par livre (8,27 USD/kg) en mai 2006, et chutant à partir de cette date à 2,40 USD par livre (5,29 USD/kg) en février 2007 ; il est ensuite remonté à 3,50 USD par livre (7,71 USD/kg = 3,89 £ = 5 €) en avril 2007^[83]. Au début de février 2009, cependant, l’affaiblissement de la demande mondiale et une chute brutale du cours des matières premières depuis les valeurs élevées de l’année précédente ramenèrent le cours du cuivre à 1,51 USD par livre^[84].

Le Conseil intergouvernemental des pays exportateurs de cuivre (CIPEC), disparu depuis 1992, a tenté jadis de jouer le même rôle que celui de l’OPEP pour le pétrole, mais il n’a jamais exercé la même influence, en particulier parce que le second plus gros producteur, les États-Unis, n’en ont jamais fait partie. Créé en 1967, ses principaux membres étaient le Chili, le Pérou, le Zaïre et la Zambie.

Réserves mondiales

Les réserves mondiales estimées de cuivre s'élevaient à 2,1 milliards de tonnes en 2019, auxquelles s’ajoutent 3,5 milliards de tonnes non découvertes (estimation moyenne) réparties dans onze régions du monde. Treize pays regroupent 75 % des réserves identifiées : 23 % au Chili, 10 % au Pérou, 10 % en Australie, 7 % en Russie, 6 % aux États-Unis, 6 % au Mexique, 3 % en Chine, 3 % au Kazakhstan, 3 % en Indonésie, 2 % en Zambie, 2 % en République démocratique du Congo^[79].

Les plus grandes réserves de cuivre dans le monde en 2020^[85]

Pays	Millions de tonnes
Chili	200
Australie	93
Pérou	77
Russie	62
Mexique	53
États-Unis	48
République démocratique du Congo	31
Indonésie	24
Chine	26
Zambie	21
Autres pays	180

Principales mines de cuivre

Les vingt plus grandes mines représentent plus de 40 % de la production mondiale. La mine Escondida au Chili, notamment, produit à elle seule plus de 1,2 million de tonnes de cuivre par an. Sur ces 20 mines, 14 sont entrées en production au XX^e siècle, dont 6 avant 1975.

Les vingt plus grandes mines de cuivre^[86]

N°	Nom	Pays	Ouverture	Fermeture programmée	Propriétaire
1	Mine d'Escondida	Chili	1990	2076	BHP Group, Rio Tinto, Mitsubishi
2	Mine de Collahuasi	Chili	1989	2081	Glencore, Anglo American, Mitsui
3	Mine de Grasberg	Indonésie	1972	2041	Freeport-McMoRan, Gouvernement indonésien
4	Mine de Rudna	Pologne	1966	2040	KGHM Polska Miedź
5	Mine de Cerro Verde	Pérou	1976	2053	Freeport-McMoRan, Sumitomo
6	Mine d'El Teniente	Chili	1917	2083	Codelco
7	Mine d'Antamina	Pérou	2001	2028	Glencore, BHP Group, Teck Resources, Mitsubishi
8	Mine de Morenci	États-Unis	1987	2045	Freeport-McMoRan, Sumitomo
9	Mine de Buenavista (en)	Mexique	1991	20??	Southern Copper, filiale de Grupo México
10	Mine de Las Bambas	Pérou	2015	2036	MMG Limited
11	Mine de Los Bronces	Chili	1925	2048	Anglo American plc,Mitsubishi
12	Mine de Los Pelambres	Chili	1999	2038	Antofagasta PLC
13	Mine de Norilsk	Russie	1939	2037	Nornickel
14	Mine de Radomiro Tomic	Chili	1998	2044	Codelco
15	Mine de Chuquicamata	Chili	1915	2057	Codelco
16	Mine de Kansanshi	Zambie	2005	2042	First Quantum Minerals
17	Mine Sentinel (en)	Zambie	2015	2034	First Quantum Minerals
18	Mine de Mount Isa	Australie	1990	2026	Glencore
19	Mine d'Antapaccay	Pérou	2012	2029	Glencore
20	Mine de Toromocho	Pérou	2015	2051	Aluminium Corporation of China

Demande

Du fait de ses multiples propriétés (conductivités thermique et électrique, résistance à la corrosion), le cuivre est devenu un métal incontournable dans les sociétés modernes. Il est couramment employé pour la fabrication des câbles et fils électriques, dans la plomberie, dans les équipements électroniques (circuits imprimés, puces électroniques), dans le secteur des transports (circuits de freinage, systèmes d’injection, etc.), dans les bâtiments et pour la fabrication de la monnaie. Sa demande est promise à une forte progression en tant que matériau essentiel dans le cadre de la transition énergétique. Les véhicules électriques consomment près de quatre fois plus de cuivre que ceux à moteurs thermiques et les besoins en cuivre par mégawatt sont beaucoup plus élevés pour l'hydroélectricité, le solaire et l'éolien que pour les centrales nucléaires ou à combustibles fossiles : une éolienne terrestre nécessite près de 5 t/MW de cuivre et des panneaux photovoltaïques en toiture près de 11 t/MW contre environ 1,5 t/MW pour le nucléaire et 1 t/MW pour une centrale à gaz^[79].

Recyclage

Dans le monde moderne, le recyclage est une des principales sources de cuivre^[87]. De ce fait, ainsi que du fait d’autres facteurs, l’avenir de la production et de la fourniture en cuivre est l’objet de nombreux débats, incluant le concept de pic du cuivre, analogue à celui de pic pétrolier.

Le cuivre, du fait de sa stabilité chimique, se prête particulièrement bien au recyclage, car contrairement à de nombreuses autres matières premières, il est recyclable à l'infini, sans altération ni perte de performances^{[alpha 22]}. Le processus de recyclage permet une économie d’énergie jusqu’à 85 % par rapport à la production de cuivre via ses déchets^[88]. D'autre part le recyclage émet moins de gaz à effet de serre. « La seule production de cathodes à partir de cuivre recyclé permet d’économiser près de 700 000 tonnes de CO₂ chaque année^[89] ».

En 2008, 2,5 millions de tonnes de cuivre recyclé ont été utilisées en Europe, soit 43 % de l’utilisation totale sur la période selon l’ICSG^{[alpha 23]}. Au début des années 1990, un tiers du cuivre consommé en Europe occidentale provenait déjà du cuivre recyclé, soit par l'étape du raffinage soit par fabrication directe de demi-produits (laminés ou tubes en cuivre, barre de laiton, etc.).

Le recyclage provient de deux sources :

• la revalorisation du « cuivre secondaire » issu des produits arrivés au terme de leur cycle de vie, qui sont récupérés, triés et dont le cuivre peut être refondu ;
• la réintroduction directe des chutes d’usine dans le processus productif (également appelée « refonte des chutes neuves »).

Parmi les applications contenant les plus fortes proportions de cuivre et présentant le potentiel de recyclage le plus élevé, on peut citer les câbles, les canalisations, valves et raccords, les toitures et bardages cuivre, les moteurs industriels, l’équipement ménager, ainsi que l’équipement informatique et électronique.

L’augmentation constante de la demande, en hausse de 134 % depuis 1970, associée aux importantes fluctuations du prix de la matière première, font du recyclage du cuivre un complément indispensable à la production primaire. Outre l’argument environnemental, la disponibilité du cuivre recyclé à des prix compétitifs constitue aujourd’hui une nécessité économique et une partie essentielle de la chaîne de valeur du cuivre.

Production de cuivre en 2005.

Quelques données économiques

Prix du cuivre 2003–2011 en USD/t.

• Début 2022, le cours du cuivre était à environ 9 000 €/t, en forte hausse par rapport à 2020, son cours ayant oscillé entre 4500 et 6500 €/t entre 2012 et 2020.
• Les plus importantes sociétés productrices de cuivre sont la compagnie nationale chilienne Codelco, puis l'américain Freeport-McMoRan, l'anglo-australien Rio Tinto et l'anglo-suisse Xstrata.
• Le cuivre, ses contrats à terme et ses options se négocient sur trois bourses des métaux à travers le monde : le London Metal Exchange (LME), la Comex, marché des métaux du Nymex (New York Mercantile Exchange), et le SHME (Shanghaï Metal Exchange). À Londres, le cuivre est négocié en lots de 25 t et coté en dollars américains par tonne. À New York, il est négocié en lots de 25 000 livres et coté en cents américains par livre. À Shanghai, il est négocié en lots de 5 t et coté en yuans par tonne^[27].
• À la suite de la crise de 2008-2009, le cuivre, qui cotait 9 000 $/t en juillet 2008 à Londres, a plongé à un plus bas de 2 800 $/t fin 2008, puis repris 140 % en 2009 et atteint 8 501 $/t en octobre 2010^[90].
• Le recyclage primaire a gagné 20 % en cinq ans dans le monde, puis a chuté de 2,6 % à la suite de la crise de 2008 (par rapport à 2007), en raison d'une moindre refonte des « chutes neuves^[91] ».
• Le recyclage secondaire a augmenté de 3 % en 2008 dans le monde (soit + 49 % de 2002 à 2008)^[91] (pour 23,5 Mt utilisées dans le monde en 2008, ce qui correspond à une consommation ayant cru de 140 % depuis 1976, les besoins ont augmenté de 140 %. 2 Mt ont ainsi été recyclées en 2005, soit 13 % de la production totale de ce métal.
• Les ferrailleurs participent pleinement au recyclage en rachetant les anciens métaux et déchets de métaux aux particuliers et entreprises. En 2015, le cours de cuivre au rachat varie de 4 à 5 €/kg en France^[92].
• L'Europe (en incluant la Russie) serait le premier utilisateur mondial de cuivre recyclé, avec plus de 40 % de sa consommation^[91], et serait la région ou la proportion de cuivre recyclé a progressé (passant de 41,3 % en 2007 à 43 % en 2008), avec 2,5 Mt de cuivre recyclées utilisées en 2008^[91].
• Les derniers chiffres indiquent, selon l'ICSG^[93], que plus du tiers des besoins mondiaux et 42 % des besoins européens proviennent du recyclage en 2009. Ce taux atteint même 70 % dans la construction. La Chine est le premier producteur de cuivre de recyclage secondaire^[27].
• De 1967 et 1988, les gros pays producteurs de cuivre s’étaient regroupés au sein d’un consortium : le CIPEC. Créé et dissous à l’initiative du Chili, le Conseil intergouvernemental des pays exportateurs de cuivre (CIPEC) représentait environ 30 % du marché mondial de cuivre, et plus de 50 % des réserves mondiales connues.
• En 2020, l'Europe est exportatrice de cuivre, d'après la Direction générale des Douanes et Droits indirects ; le prix moyen à l'export et à l'import était respectivement de 2 232 et 5 598 €/t^[94].
• En mai 2021, le cours du cuivre atteint un niveau record avec une tonne s'échangeant à plus de 10 300 dollars sur le London Metal Exchange (LME), tiré par la reprise consécutive à la pandémie de Covid-19 en 2020^[95].

Néolithique

Le cuivre est, avec l'or, le premier métal à avoir été utilisé par l'Homme, dès le V^e millénaire av. J.-C., parce qu'il fait partie des rares métaux qui se trouvent naturellement en tant que minéral pur, sous une forme native. Il est probable que l’or et le fer météorique étaient les seuls métaux utilisés par l’Homme avant la découverte du cuivre^[96]. Il est a ce titre très étudié en archéométallurgie.

Sur le site de Tell Qaramel en Syrie, une pépite de cuivre polie transformée en perle ornementale datant du X^e millénaire av. J.-C., a été trouvée et est la plus ancienne pièce en cuivre connue des archéologues^[97].

Dans les Balkans, les archéologues retrouvent communément des pingen ou fosses minières de 20 à 25 m de profondeur pour extraire le cuivre dont le creusement à partir de la surface peut être daté avant le IV^e millénaire av. J.-C. Le grain d'un collier en cuivre, mis au jour en Grèce, remonte à 4700 av. J.-C. Mais des objets des environs de l'ancienne Mésopotamie ou actuelle Irak datant du IX^e millénaire av. J.-C. ont été aussi mis au jour.

On a retrouvé des traces de fusion du cuivre, dues au raffinage de celui-ci à partir de composés simples comme l’azurite et la malachite, datant d'environ 5 000 ans avant notre ère. Parmi les sites archéologiques d’Anatolie, Çatal Höyük (environ 6000 av. J.-C.) recèle des artefacts en cuivre et des couches de plomb fondu, mais pas de cuivre fondu. Le plus ancien artefact en cuivre fondu découvert (un ciseau en cuivre du site chalcolithique de Prokuplje, en Serbie) date de 5500 av. J.-C. Un peu plus tard, le peuple de Can Hasan (environ 5000 av. J.-C.) a laissé des traces de l'utilisation de cuivre fondu.

Les sites métallurgiques des Balkans semblent avoir été plus avancés que ceux d’Anatolie. Il est donc assez probable que la technique de fusion du cuivre prenne son origine dans les Balkans.

On utilisait par ailleurs le moulage à la cire perdue vers 4500 à 4000 av. J.-C. en Asie du Sud-Est^[98].

Quant aux débuts de l'exploitation minière, des sites miniers d'Alderley Edge dans le Cheshire, Royaume-Uni, ont été datés par le carbone 14 et remonteraient à 2280 et 1890 av. J.-C.^[99].

Cette pièce en cuivre corrodée provenant de Zakros, Crète, a la forme d’une peau d’animal, typique de cette époque.

La métallurgie du cuivre semble s’être développée indépendamment dans plusieurs parties du monde. En plus de son développement dans les Balkans vers 5500 av. J.-C., elle s’était développée en Chine avant 2800 av. J.-C., dans la Andes autour de 2000 av. J.-C., en Amérique centrale vers l’an 600 et en Afrique occidentale vers l'an 900 avant notre ère^[100]. On le trouve de manière systématique dans la civilisation de la vallée de l’Indus pendant le III^e millénaire avant notre ère. En Europe, Ötzi, une momie masculine bien conservée datant de la période du Chalcolithique (4 546 ± 15 ans BP avant calibration) été retrouvée accompagnée d’un fer de hache en cuivre pur à 99,7 %. Des concentrations élevées d’arsenic trouvées dans sa chevelure font penser qu’il travaillait à la fusion du cuivre. Au fil des siècles, l’expérience acquise en métallurgie du cuivre a aidé au développement de celle des autres métaux ; par exemple, la connaissance des techniques de fusion du cuivre a conduit à la découverte des techniques de fusion du fer.

Martelage traditionnel du cuivre.

Sur le continent américain, la production dans le Old Copper Complex, situé dans le Michigan et le Wisconsin actuels, date d’environ 6000 à 3000 av. J.-C.^[101]. Certains ouvrages affirment que les anciennes civilisations américaines, telles que les Mound Builders, connaissaient une méthode de trempe du cuivre qui n’a toujours pas été redécouverte. Selon l’historien Gerard Fowke, il n’existe aucune preuve d’un tel « savoir-faire perdu » et la meilleure technique connue pour durcir le cuivre à cette époque était le battage^[102].

Âge du cuivre

Les environs lointains de l'île de Chypre attestent avant cette période d'un commerce important du cuivre extrait de l'île.

En Europe occidentale, on situe l'âge du cuivre ou Chalcolithique, entre 3200 et 2000 environ av. J.-C.^[103], suivant les régions (Italie, Suisse, Alpes, Cévennes, Espagne et Portugal). Cette période technologique est bien plus ancienne à l'est de la Méditerranée. Des objets en cuivre datant de 8700 av. J.-C. ont été retrouvés au Moyen-Orient^[104]. C'est le cas d'un pendentif en cuivre retrouvé au nord de l’actuel Irak^[105].

Mine de cuivre au chalcolithique, vallée de Timna, désert du Néguev, Israël.

La période de transition, dans certaines régions, entre la période précédente (Néolithique) et l’âge du bronze a été nommée « chalcolithique » (« pierre-cuivre »), certains outils en cuivre très pur étant utilisés en même temps que les outils de pierre.

Âge du bronze

Le fait d’allier artificiellement du cuivre avec de l’étain ou du zinc, d'abord par traitement de leurs minerais intimement associés, puis par traitement de mélange raffiné de minerais choisis, puis par fusion de métaux déjà préalablement obtenus et pesés, pour obtenir, selon notre conception moderne, du bronze ou du laiton se pratique 2 300 ans après la découverte du cuivre lui-même. Ce qui a amené précocement les peuples de l'Europe centrale à un art maîtrisé du martelage de grande feuille de bronze.

Les artefacts de cuivre et de bronze provenant des cités sumériennes datent de 3000 av. J.-C.^[106], et les objets égyptiens en cuivre et en alliage cuivre-étain sont à peu près aussi anciens. L’utilisation du bronze s’est tellement propagée en Europe autour de 2500 à 600 av. J.-C. que cette période a été nommée « âge du bronze ». Les lingots de bronze servent vraisemblablement d'unités monétaires dans le monde méditerranéen. Comme le minerai de cuivre, sans être abondant, mais parfois concentré en certains sites, n'est pas rare, le contrôle des ressources d'étain, nettement plus rares et aux lieux d'exploitation restrictifs, est devenu crucial. D'où la recherche par les marchands et marins-négociateurs des terres ou îles légendaires qualifiées de Cassitérides^{[alpha 24]}.

Au XIII^e, les navires de commerce, non dépourvus de ponts étanches, transportent souvent plus de deux cents lingots de bronze en Méditerranée orientale^{[alpha 25]}.

Antiquité et Moyen Âge

En Grèce, le nom donné à ce métal était chalkos (χαλκός) ; selon Pline l'Ancien d’après Théophraste^[107], couler le cuivre et le tremper sont des inventions d'un Phrygien nommé Délas. Le cuivre constituait, pour les Romains, les Grecs et d’autres peuples de l’Antiquité une ressource importante. À l’époque romaine, il était connu sous le nom d’aes Cyprium (aes étant le terme latin générique désignant les alliages de cuivre tels que le bronze et les autres métaux, et cyprium parce que, puisque la plus grande partie venait de Chypre, le monde hellénique désignait ainsi ce métal rougeâtre et ses composés notables. Ensuite, on simplifia ce terme en cuprum, d’où le nom anglais copper. Dans la mythologie et l’alchimie, le cuivre était associé avec la déesse Aphrodite (Vénus), du fait de son éclat brillant, de son utilisation ancienne pour la production de miroirs, et de son association avec Chypre, île consacrée à la déesse. En astrologie et en alchimie, les sept corps célestes connus des anciens étaient associés à sept métaux également connus dans l’Antiquité, et Vénus était associée au cuivre^[108].

Époque moderne

La grande montagne de cuivre de Falun était une mine située en Suède, qui a fonctionné pendant un millénaire, du X^e siècle à 1992. Au XVII^e siècle, elle produisait environ les deux tiers des besoins européens et permit, à cette époque, de financer une partie des guerres menées par la Suède. Le cuivre était considéré comme trésor national ; la Suède possédait une monnaie (papier) garantie par du cuivre^[114].

Tout au long de l’histoire, l’utilisation du cuivre dans le domaine de l’art s’étendit bien au-delà de la monnaie. Il a été utilisé par les sculpteurs de la Renaissance, dans la technique pré-photographique connue sous le nom de daguerréotype, et pour la statue de la Liberté. Le placage et le doublage en cuivre des coques de navires étaient largement répandus. Les navires de Christophe Colomb furent parmi les premiers à bénéficier de cette protection^[115]. La Norddeutsche Affinerie de Hambourg fut la première usine galvanoplastique, dont la production a commencé en 1876^[116]. Le scientifique allemand Gottfried Osann inventa la métallurgie des poudres et l’appliqua au cuivre en 1830 en déterminant le poids atomique de ce métal. Par ailleurs, on découvrit également que le type et la quantité de métal d’alliage (ex. : étain) affectait la sonorité des cloches, ce qui a entraîné la fonderie de cloches. La fusion éclair a été développée par Outokumpu en Finlande et fut appliquée pour la première fois à l’usine de Harjavalta en 1949. Ce processus économe en énergie fournit 50 % de la production mondiale de cuivre brut^[117].

Une fraction de communautés rurales, souvent à l'origine des fundi gallo-romains, se sont spécialisées dans le travail des métaux, en particulier pour les chaudrons et ustensiles en cuivre vendus au foire de printemps et d'automne. Ainsi le musée de Durfort dans la montagne Noire rappelle cette activité^[118].

Les banquiers et financiers Fugger ont construit un monopole marchand sur la ressource en cuivre autour des années 1500. À cette époque les canons sont essentiellement coulés en bronze.

Époque contemporaine

À la fin du XIX^e siècle, le sous-oxyde Cu₂O et le carbonate CuCO₃ sont des minerais massivement exportés en Europe par le Pérou, le Chili et l'Oural russe. La France dans la mouvance de l'économie maritime anglo-saxonne préfère importer d'Amérique latine, Pérou et Chili. Ces minerais sont traités au voisinage des ports de réception, par fusion avec du charbon dans des fours à cuve. La réaction pour l'obtention de cuivre métal plus ou moins impur, parfois appelé « cuivre de rosette », implique un dégagement de dioxyde de carbone.

Cu(CO₃·Cu(OH)_{2 minerai ou vert-de-gris} + C _{charbon de bois} → 2 Cu _{métal impur} + 2 CO_{2 gaz} + H₂O _{vapeur d'eau}

Il s'agit d'une voie de facilité, car l'autre catégorie de minerais très abondants et encore moins coûteux, du type chalcosine Cu₂S ou chalcopyrite ou pyrite cuivreuse à base de sulfure double de cuivre et de fer, Cu₂S.Fe₂S₃ nécessite un long traitement du fait de la rémanence du S et du Fe (parfois Ag). Il

Une oxydation partielle du stock de minerai chalcosine est nécessaire.

Cu₂S _{minerai sulfuré} + O_{2 gaz de l'air} → 2 Cu₂O _{oxyde cuivreux}

Une fusion à haute température du mélange est ensuite nécessaire, nécessitant un fort chauffage.

2 Cu₂O _{oxyde cuivreux} + Cu₂S _{minerai sulfuré} → 6 Cu _{cuivre noir impur (Fe,Ag) (en partie sulfuré)} + SO_{2 gaz}

Les pays exportateurs de ces minerais cuprifères soufrés sont l'Angleterre, l'Allemagne, le Mexique, le Chili, la Chine et le Japon. Les mines de Chessy et de Saint-Bel, près de Lyon, dans le département du Rhône, extraient ce type de minerais.

Le sou de 1900, pièce de vingt centimes de la République française, est une pièce de cuivre trouée. Encore en 1990, le cent US ou la pièce d'un ou deux pfennigs est à base de cuivre.

Dans le monde sociologique et économique, le cuivre s’est avéré un élément crucial, du fait essentiellement des conflits impliquant des mines de cuivre. La grève de Cananea de 1906 à Mexico porta sur les problèmes d’une organisation mondiale. La mine de cuivre de Teniente (1904–1951) mit en lumière les problèmes politiques liés au capitalisme et à la structure de classes. La plus grosse mine de cuivre du Japon, la mine d’Ashio, fut le théâtre d’une émeute en 1907^[119]. La grève des mineurs de l’Arizona en 1938 fut déclenchée par les problèmes liés au travail des Américains, notamment le droit de grève.

Chaudron-chaudière en cuivre du maître fromager-gruyère.

L'industriel Eugène Secrétan est un acteur-inventeur et témoin de l'évolution des techniques industriels du cuivre.

Le terme français pour désigner une fabrique de cuivre et d'alliages communs de cuivre, tels le maillechort, est « cuivrerie ». Ainsi par exemple la cuivrerie de Cerdon dans l'Ain.

Au XXI^e siècle

Au XXI^e siècle, le cuivre est utilisé dans différentes industries, entre autres pour le câble électrique, les tuyaux de plomberie et les supraconducteurs.

Notes

Références