DécouverteLe fer est connu depuis l'antiquité. Il a été utilisé semble-t-il dès 4000 avant JC chez les Egyptiens et les Sumériens.
EtymologieVient du latin « ferrum » signifiant fer
CommentairesLe fer est un métal gris-blanc, malléable et ductile. Sur les surfaces exposées à l'air humide se forment des oxydes bruns-rouges.
Les alliages de fer (aciers) sont très résistants. Il est ferromagnétique. Le fer en poudre s'enflamme.
C'est le quatrième élément par ordre d'importance dans la croûte terrestre.
Le noyau de l'atome de fer 56 est l'isotope le plus stable de tous les éléments chimiques, car il possède l'énergie de liaison par nucléon la plus élevée. Le fer est le dernier élément pouvant être produit par les réactions de fusion au coeur des étoiles (si celles-ci pèsent au moins 5 masses solaires) et donc l'élément le plus lourd dont la formation ne nécessite pas un évènement cataclysmique comme une supernova.
C'est un métal qui, en fonction de la température, se présente sous plusieurs formes allotropiques.
Dans les conditions normales de pression et de température, c'est un solide cristallin de structure cubique centré (fer a ou ferrite) ; à partir de 912 °C, il devient cubique à faces centrées (fer ou austénite).
Au-delà de 1 394 °C, il redevient cubique centré (fer d). Le fer est ferromagnétique : les moments magnétiques des atomes s'alignent sous l'influence d'un champ magnétique extérieur et conservent leur nouvelle orientation après la disparition de ce champ. Des courants de convection riches en fer liquide dans la couche externe du noyau terrestre (noyau externe) sont supposés être à l'origine du champ magnétique terrestre.
Laissé à l'air libre en présence d'humidité, il se corrode en formant de la rouille Fe2O3. La rouille étant un matériau poreux, la réaction d'oxydation peut se propager jusqu'au coeur du métal, contrairement, par exemple, à l'aluminium, qui forme une couche fine d'oxyde imperméable. En solution, il présente deux valences principales :
Fe2+ qui présente une faible couleur verte
Fe3+ qui possède une couleur rouille caractéristique.
Fe3+ peut être réduit par du cuivre métallique, par exemple, réaction à l'origine du procédé de gravure des circuits imprimés par le perchlorure de fer, FeCl3. L'hémoglobine du sang, qui permet aux globules rouges de transporter le dioxygène, contient du fer.
Dans la nature, les minerais de fer exploitables sont essentiellement des oxydes : notamment l'hématite Fe2O3, la magnétite Fe3O4 et la limonite HFeO2.
L'oxyde magnétique ou magnétite Fe3O4 est connu depuis l'Antiquité grecque. Il tire son nom du mont Magnetos (le grand mont), une montagne grecque particulièrement riche en ce minéral.
Industrie
Le fer s'obtient industriellement en réduisant par le monoxyde de carbone (CO) provenant du carbone, les oxydes contenus dans le minerai.
Ceci peut être réalisé :
Depuis l'âge du fer et jusqu'au XIXe siècle dans certaines régions du monde : par réduction du minerai avec du charbon de bois dans un bas fourneau ou bas-foyer : on obtient, sans passer par une phase liquide, une masse hétérogène de fer et d'acier appelée "loupe", "massiot" ou "éponge de fer".
Cette masse de métal brute se forme en incorporant plus ou moins de scories (déchet minéral de la réduction) et de porosités.
Afin de rendre le métal propre à l'élaboration d'objets, la "loupe" peut être brisée et triée par type de teneur en carbone ou plus simplement être directement compactée à la forge.
Ce travail, dit d'épuration, varie en fonction des régions et des cultures techniques. Globalement, son principe consiste à évacuer la scorie et à souder les différentes parties de la masse de métal.
On parle de cinglage pour l'étape consistant à marteler le métal à chaud pour évacuer la scorie et de corroyage pour désigner la fin de l'opération d'épuration, consistant à réaliser plusieurs passes à la forge en repliant et en soudant le métal sur lui-même.
C'est avec le développement des moulins et de la force hydraulique, que la lignée technique du haut-fourneau a pu se développer et s'est globalement imposée sur celle du bas-fourneau.
La principale différence dans ce procédé est la réduction des oxydes de fer à une température supérieur au point de fusion du fer. Le métal est produit en phase liquide, formant la fonte.
Dans ce cas, les déchets minéraux, appelés laitiers, sont séparés du métal. C'est en ajoutant de la silice au minerai à gangue calcaire ou du calcaire au minerai à gangue siliceuse que l'on est passé au haut fourneau : ce fondant permet la formation de laitier, et permet au fer d'absorber du carbone pour faire de la fonte bien liquide, car sa température de fusion est plus basse que le fer.
Pendant longtemps les hauts fourneaux ont fonctionné au charbon de bois.
Le coke plus dur a permis de faire des hauts fourneaux beaucoup plus hauts mais produisant une fonte moins pure.
Pour obtenir un métal forgeable, il faut affiner la fonte. Cette étape consiste à décarburer la fonte pour obtenir un alliage plus faible en carbone : fer ou acier.
Là encore, les techniques d'élaboration du métal en haut-fourneau varient en fonction des régions, des cultures techniques et des produits qu'on veut obtenir.
Actuellement : les oxydes de fer (minerais) sont réduits par le monoxyde de carbone obtenu par la réaction du coke et de l'air dans un haut fourneau. On obtient de la fonte liquide et du laitier liquide. La fonte est transformée en acier au convertisseur. Dans cette cuve, on souffle de l'oxygène sur la fonte pour en éliminer le carbone.
L'acier et la fonte sont des alliages de fer contenant une faible proportion de carbone en masse, mais une proportion bien plus importante en nombre d'atomes (55,845 ÷ 12 = 4,65 fois plus).
La fonte contient de 1,7 % à 6,67 % de carbone ;
L'acier contient de 0,025 % à 1,7 % de carbone ;
En-dessous de 0,025 % de carbone, on parle de fers industriels.
Diverses additions permettent d'obtenir des aciers spéciaux :
Manganèse pour améliorer la résistance à l'usure ;
Tungstène pour la dureté à haute température ;
Silicium pour améliorer l'élasticité (utilisé pour les ressorts).
Les aciers inoxydables sont des alliages contenant de fortes proportions de chrome. On peut aussi y ajouter du nickel et parfois du molybdène ou du vanadium. Par exemple, les couverts possèdent une inscription « 18/8 » ou « 18/10 », cela signifie qu'ils contiennent 18 % de chrome et 8 ou 10 % de nickel.
Le fer est largement utilisé sous forme d'acier dans la construction métallique. Le fer métallique et ses oxydes sont utilisés depuis des décennies pour fixer des informations analogiques ou numériques sur des supports appropriés (bandes magnétiques, cassettes audio et vidéo, disquettes).
L'usage de ces matériaux est cependant désormais supplanté par des composés possédant une meilleure permittivité, par exemple dans les disques durs.
Utilisation thérapeutiqueLe fer est un composant majeur de l’hémoglobine.
Apports journaliersLes besoins sont de 10 mg et de 18 à 20 mg pour les femmes enceintes ou allaitantes.
UtilisationLa carence alimentaire en fer est un problème mondial. Les groupes à haut risque que sont les enfants et les femmes enceintes ont des besoins élevés directement liés aux métabolismes. La gravité et la durée d'une déficience sont caractérisées par trois états successifs :
La carence d'ingestion entraîne une baisse des réserves et une diminution de l'absorption sans qu'il y ait modification de la concentration sérique ni de la saturation transferrine (homéostasie). C'est la phase pré latente de la déficience.
La déplétion latente se caractérise par une chute de la concentration sérique avec une augmentation de la transferrine, on note alors une modification de l'érythropoïèse qui entraîne une augmentation de la protoporphyrine. Ces deux états ne sont pas détectables par l'hématocrite, l'Hb, le comptage des globules rouge ni par le MCV.
L'anémie ferriprive. Le fer est alors mis en réserve sous forme de ferritine et d'hémosidérine principalement dans les cellules parenchymateuses du foie et les cellules du système réticulo-endothéliale du foie, de la rate et de la moelle.
L'accès à la notion quantité de fer non hémique en réserve est possible par le dosage urinaire de l'élément par induction à la desferrioxamine, mais également par biopsies ou par dosage de l'hémosidérine sur des biopsies de moelle.
Cependant, nous devons bien considérer que le dosage de la ferritine sérique permet de corréler à la fois sa concentration et les réserves de fer et de poser le diagnostic différentiel de l'anémie ferriprive par rapport à des réserves normales.
En effet, la concentration de la ferritine circulante est une fonction de sa sécrétion tissulaire. Cette sécrétion de ferritine a tendance à augmenter fortement lors d'états inflammatoires hépatiques aigus, de leucémie ou d'autres pathologies malignes ce qui en diminue la valeur diagnostique dans des cas identiques.
Nous devons bien reconnaître, en conséquence, qu'il est donc difficile de poser un diagnostic de carence alimentaire en Fer, d'autant plus, que cet élément peut subir des inductions ou des interactions secondaires par d'autres oligo-éléments.
Notablement, une déficience en cuivre ou une augmentation du zinc peut induire une anémie par interaction métabolique.
Le zinc, en particulier réduit la longévité des érythrocytes et réduit la captation de fer par système réticulo-endothélial, entraînant une diminution de la ferritine et par conséquent un turn-over du fer très rapide sans mise en réserve.
Seul un diagnostic différentiel basé sur les dosages de la transferrine, de la ferritine, du fer sérique et surtout du fer sur sang total, combinée aux dosages de la B12 et de l'acide folique permettent de poser un diagnostic sûr.
Une concentration trop élevée de cobalt crée une inhibition compétitive au niveau de l'absorption intestinale du fer. Le plomb réduit la synthèse de l'hème.
Il y a quelques années on a pu démontrer qu'une carence en nickel pouvait également induire une anémie et une déplétion du stockage de fer.
Il est donc nécessaire de connaître les concentrations du plomb, du zinc, du cobalt et du nickel avant de poser un diagnostic de carence alimentaire en fer.
Nous nous devons de signaler que la carence en fer crée un terrain immunodéprimé qui est la porte ouverte aux pathologies infectieuses et cancéreuses.
La déficience en fer s'associe souvent à une augmentation de l'absorption intestinale du cobalt, du manganèse, du nickel et du zinc.
Seule l'absorption de cuivre n'est pas augmentée en cas de déficience en fer. Du point de vue oligo-élémentaire, il nous faut tenir compte du fait que le fer présent dans l'alimentation doit être divisé en deux groupes bien distincts :
Le fer non-hémique retrouvé dans les céréales, les végétaux et les fruits.
Le fer hémique dérivé de l'hémoglobine et da la myoglobine d'origine carnée.
Une alimentation équilibrée apportera donc les éléments réducteurs (cystéine, acide ascorbique, glutathion, vitamine E...) potentialisant de cette manière la transformation du fer à l'état ferreux et favorisant l'absorption du fer non hémique. Une nourriture uniquement végétale riche en phytates et tanins inhibera l'absorption intestinale du fer. Il est nécessaire à la fonction cellulaire et au transport de l'oxygène.
Sa carence entraine :
Fatigue générale
Faiblesse musculaire
Problèmes respiratoires
Anémie
Baisse des défenses immunitaires
C'est le principal constituant de l'hémoglobine qui transporte l'oxygène dans les vaisseaux sanguins. Bien que très élevé la dose dangereuse existe : on extime le DL 50 (dose létale) aux environs de 30 mg/kg.
Son inhalation favorise l'apparition de cancer du poumon.
Le cuivre et le cobalt sont nécessaire à l'assimilation du fer. 70 % du fer de l'organisme est contenu dans le sang.
On le prescrit généralement pour les pathologies suivantes :
Personnes fatiguées
Anémie - Baisse des globules rouges
Consommation excessive de thé, de café ou d'oeufs
Problème de squelette
Grossesse
Hémorragies
NOTA BENE : Ne jamais supplémenter en fer en cas de cancer.
NanonutritionIl est l'un des trois composants du tryptique de l'incarnation.
DangersIl peut causer des conjonctivites, des problèmes de rétines s'il est en contact et reste dans les tissus.
L'inhalation chronique de concentrations excessives de vapeurs d'oxyde de fer peut avoir comme conséquence le développement d'une pneumoconiose bénigne, appelé la sidérose, qui est observable lorsqu'il y a changement de rayon X.
Les fonctions des poumons ne sont pas affaiblies avec la sidérose. L'inhalation de concentrations excessives d'oxyde de fer peut augmenter le risque de développement de cancer du poumon, particulièrement pour les ouvriers exposés. DL50 (oral, rat) = 30 mg/kg. (DL50: Dose Létale 50, dose unique d'une substance qui cause la mort de 50% d'une population animale exposée à la substance par n'importe quel itinéraire autre que l'inhalation.
Habituellement exprimé en milligrammes ou en grammes de matériel par kilogramme de poids animal (mg/kg ou g/kg).)
Risques environnementauxLe Fer (III)-O-arsénite, penta hydrate peut être dangereux pour l'environnement. Une attention particulière devrait être portée aux plantes, à l'air et à l'eau. Il est fortement conseillé de ne pas laisser entrer le produit chimique dans l'environnement parce qu'il y persiste.
© Jean-Claude THIMOLÉON JOLY
reproduction intégrale interdite, tout extrait doit citer mon site www.theraneo.com/thimoleon
Mots clés : oligo-éléments,fer,hémoglobine,santé,nutrition
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