Le cuivre comme élément
Le cuivre occupe la position 29 dans le tableau périodique, porte le symbole Cu et un poids atomique de 63,546. Il cristallise dans un réseau cubique à faces-centrées, raison pour laquelle il se déforme si facilement lors du travail à froid, et il contient deux isotopes stables, Cu-63 à environ 69,15 % d'abondance et Cu-65 à environ 30,85 %. Ses deux états d'oxydation courants, plus un et plus deux, expliquent la patine verte qui se forme sur les surfaces altérées et la couleur bleu-vert des minéraux comme la malachite et l'azurite. Le cuivre est présent dans la nature à la fois sous forme de métal natif et dans les minéraux sulfurés et oxydés, et est obtenu par flottation, fusion, lixiviation et électrolyse. Le cuivre raffiné commercialement atteint des puretés de 99,99 % et plus, et la désignation et la composition de chaque qualité sont fixées par des normes telles que GB/T 5231 en Chine et le système UNS au niveau international, avec ASTM B115 et EN 1978 régissant la cathode.
Les systèmes d'alliage construits sur le cuivre
Le cuivre pur n’est qu’un point de départ. L'ajout de zinc produit du laiton, du laiton de décolletage-à 62 % en passant par le laiton en cartouche jusqu'au laiton naval pour la quincaillerie marine. L'ajout d'étain, avec ou sans phosphore, produit du bronze, recouvrant les qualités de roulements coulés telles que le C93200 et les qualités de ressorts forgés telles que le C51000. L'ajout de nickel produit du cupronickel, de 90-10 C70600 pour les canalisations d'eau de mer à 70-30 C71500 pour des vitesses et des pressions plus élevées. L'ajout de béryllium produit la famille cuivre-béryllium, qui combine une résistance élevée avec une bonne conductivité et est spécifiée pour les ressorts et les outils anti-étincelles. Chaque système comporte ses propres normes de produit, de sorte qu'un acheteur doit traiter le laiton, le bronze et le cupronickel comme des chaînes d'approvisionnement distinctes plutôt que comme des variantes d'un seul produit.
Repères de propriétés physiques et électriques
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 8,96 g/cm3 à 20°C |
| Point de fusion | 1083.4 C (1356 K) |
| Point d'ébullition | 2567 C (2840 K) |
| Conductivité électrique, cuivre recuit | 58,0 MS/m, défini comme 100 % IACS |
| Résistivité électrique | 0,017241 ohm.mm2/m à 20 C |
| Conductivité thermique | 385-401 W/(mK) selon la qualité |
| Chaleur spécifique | 0.385 J/(g.K) |
| Classement | deuxième derrière l'argent parmi les métaux pour la conductivité |
Ces valeurs sont les points de référence sur lesquels chaque certificat d'usine et chaque spécification de conductivité est construit, mesurés par des méthodes telles que ASTM B193 pour la résistivité et ASTM E1004 pour la conductivité par courants de Foucault.
Comment le cuivre est produit et consommé aujourd’hui
La production raffinée a atteint environ 27 millions de tonnes, dont environ 12 millions de tonnes en Chine. Le cuivre se classe au troisième rang des métaux consommés dans le monde, après l'acier et l'aluminium. Les données sur l'utilisation finale du marché américain placent la construction de bâtiments à environ 45 % de la consommation, les produits électriques et électroniques à environ 22 %, les équipements de transport à environ 16 %, les produits de consommation et les produits généraux à environ 10 % et les machines industrielles à environ 7 %. Cette répartition explique pourquoi la demande de cuivre répond à la fois à l’activité de construction et aux investissements dans les réseaux et l’électrification, et pourquoi la volatilité des prix est une caractéristique permanente du marché plutôt qu’une exception.
Recyclage et chaîne d’approvisionnement circulaire
Le cuivre est recyclé sans perte de ses propriétés utiles, et le métal secondaire nécessite une fraction de l'énergie consommée lors de la production primaire. Aux États-Unis, le cuivre récupéré des déchets anciens et nouveaux représentait environ 33 % de l’offre en 2023, les usines de laiton et de fil machine accaparant la plus grande part des déchets de fabrication. Pour un acheteur, cela est important de deux manières : la composition des matières secondaires doit être contrôlée si elles entrent dans un alliage fondu spécifié, et la documentation du contenu recyclé est de plus en plus demandée dans les rapports sur la chaîne d'approvisionnement. Aucune de ces exigences ne modifie les tests d'acceptation, qui restent l'analyse chimique, les tests mécaniques et la vérification de la conductivité par rapport à la norme du matériau.
Ce que les acheteurs doivent vérifier avant d'accepter une livraison de cuivre
L'acceptation pratique commence par les documents et se termine par le métal. Confirmez que le certificat indique la norme et la qualité correctes, que le numéro de série ou de lot sur le certificat correspond au marquage sur la bobine, le faisceau ou la barre, et que les valeurs rapportées ont été obtenues par les méthodes d'essai requises par la norme. Vérifiez ensuite par échantillonnage : analyse spectrométrique pour la chimie, essais de traction selon ASTM E8, dureté selon ASTM E18, conductivité selon ASTM E1004 ou résistivité selon ASTM B193, dimensions par rapport au tableau de tolérance de la norme de produit et vérification visuelle par rapport au calendrier de défauts autorisé. Lorsque le matériau est destiné à une application critique pour la sécurité-ou à l'exportation-contrôlée, les mêmes preuves doivent être conservées avec le dossier de traçabilité afin qu'il soit possible de répondre à une question de substitution des années plus tard.
Foire aux questions
Q : Quelle est la conductivité du cuivre par rapport à d’autres métaux ?
R : Le cuivre recuit est défini comme 100 % IACS, équivalent à 58,0 MS/m à 20 C, ce qui le place au deuxième rang des métaux derrière l'argent.
Q : Quels alliages font partie de la famille du cuivre ?
R : Le laiton avec du zinc, le bronze avec de l'étain ou de l'aluminium, le cupronickel avec du nickel et le cuivre-béryllium, chacun étant régi par sa propre norme de produit et son propre système de numérotation.
Q : Quelle quantité de cuivre est produite chaque année ?
R : La production minière mondiale était d'environ 22 millions de tonnes de cuivre contenu en 2023 et la production raffinée d'environ 27 millions de tonnes, la Chine raffinant environ 12 millions de tonnes.
Q : Quelle quantité de cuivre provient du recyclage ?
R : Les déchets anciens et nouveaux recyclés représentaient environ 33 % de l'approvisionnement en cuivre des États-Unis en 2023, et le cuivre peut être recyclé à plusieurs reprises sans perdre ses propriétés.
Q : Quelle est l’utilisation industrielle la plus courante du cuivre ?
R : La construction de bâtiments constitue l'utilisation finale la plus importante, suivie par les produits électriques et électroniques, le matériel de transport et les machines industrielles représentant la majeure partie du reste.
