Cette page répertorie différents polymorphes, solides qui possèdent la même composition chimique mais une structure cristalline différente.  

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Dioxyde de titane
Oxyde de Titane
Général
Nom IUPAC	Dioxyde de titane
Synonymes	C. I. 77891 C. I. Pigment White 6
No CAS	13463-67-7
No EINECS	236-675-5
PubChem	26042
No E	E171
SMILES
InChI
Apparence	poudre cristalline incolore a blanche[1].
Propriétés chimiques
Formule brute	O2TiTiO2
Masse molaire[2]	79, 866 ± 0, 002 g·mol-1 O 40, 07 %, Ti 59, 93 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 855 °C[1]
T° ébullition	2 500 à 3 000 °C[1]
Solubilité	Peu sol dans HF, HNO3 concentré, H2SO4 concentré. Insol dans l'eau, dans HCl, HNO3 dilué, H2SO4 dilué
Masse volumique	3, 9–4, 3 g·cm-3[1]
Thermochimie
S0gaz, 1 bar	260, 14 J·K-1·mol-1 [3]
S0liquide, 1 bar	72, 32 J·K-1·mol-1 [3]
ΔfH0gaz	-305, 43 kJ·mol-1 [3]
ΔfH0liquide	-894, 05 kJ·mol-1 [3]
ΔfusH°	11 400 calth·mol-1
Cristallographie
Système cristallin	tétragonal
Classe cristalline ou groupe d'espace	P 42/mnm (rutile)
Paramètres de maille	a = 4, 5933 Å c = 2, 9592 Å.
Précautions
SIMDUT[5]
D2A,
Classification du CIRC
Groupe 2B : Peut-être cancérogène pour l'homme[4]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.

Dans la nature, le titane est présent sous la forme de rutile. C'est un minéral tétragonal, à groupe d'espace P 4/mnm ayant pour paramètres de maille^{[6], [7]} :

• a = 4, 5933 Å ;
• c = 2, 9592 Å.

Il a une densité théorique de 4, 250 mais la densité le plus souvent mesurée est de 4, 230.

Voir les articles détaillés sur les substances suivantes constituées essentiellement de dioxyde de titane : Anatase Brookite et Rutile.

Anatase

L'anatase est un minéral tétragonal, à groupe d'espace I 4₁/amd, ayant pour paramètres de maille^{[8], [9]} :

• a = 3, 7852 Å ;
• c = 9, 5139 Å.

Elle a une densité théorique de 3, 893. Chauffée au-delà de 700 °C, elle se transforme en rutile.

L'anatase fut isolé pour la première fois en 1791 par le révérend William Gregor dans le sable noir du Devon (Angleterre). En 1795, Martin Klaproth remarqua que ce produit était identique aux traces qu'on trouvait dans le rutile. Le brevet de fabrication industrielle fut déposé en 1917. La présence d'anatase est un des éléments qui permit à Walter Mac Crone de prouver que la «carte du Vinland» était un faux document.

Usages

L'anatase est essentiellement utilisé comme pigment et opacifiant pour toutes sortes de substances :

• peinture : le fameux blanc de titane, mais également comme agent opacifiant pour l'ensemble des teintes ;
• papier ;
• plastiques ;
• céramiques
• médicaments ;
• dentifrices ;
• pâtisserie ;
• Crème solaire ;
• etc.

Toxicité et écotoxicité

Sous forme micrométrique, les poussières de dioxyde de titane sont source d'irritation oculaire et des voies respiratoires (irritation mécanique).

Le 10 mars 2006, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le dioxyde de titane cancérogène envisageable pour l'homme (catégorie 2 B) ^[10]. ^{[11], [12], [13]}

Des discussions existent quant à l'éventuelle toxicité du TiO₂ nanométrique. Sous cette forme, les tests in vitro montrent une toxicité cellulaire de type inflammatoire (stress oxydant) due - comme cela semble être toujours le cas chez les nanoparticules intéressantes comme catalyseur - à une réactivité de surface augmentée.

Les toxicologues craignent que ce TiO₂ puisse passer les barrières biologiques, ou alors s'accumuler dans certains organes (cytoplasme cellulaire) faute d'élimination suffisante par le rein. Ils craignent que le TiO₂ ayant pénétré les cellules ne lèse leur ADN (observé in vitro) avec des effets à long terme sur l'individu et les générations suivantes ^[14].

Lors du nanoforum du CNAM, la représentante de l'Agence française de sécurité sanitaire des produits de santé (AFSSAPS) ^[15] a dit craindre :

• des maladies auto-immunes ;
• une accumulation dans le foie (qui est un des organes de détoxication des métaux)  ;
• des accidents graves avec des produits d'écho-contraste.

Des industriels (cimenteries, fabricants d'enduits et peintures) proposent d'utiliser des particules nanométriques de dioxyde de titane comme catalyseur épurateur des COV et NOx émis par les véhicules dans l'air. Ces particules seraient ajoutés lors de leur fabrication dans les murs de béton ou dans certains matériaux routiers (enrobé, mur anti-bruit... ).

Une polémique existe sur le risque que ces nanoparticules (TiO₂) puissent quitter le substrat (routier surtout, suite à l'usure du matériaux) pour pénétrer les organismes vivants :

• Les toxicologues des industriels estiment que ce TiO₂ ne serait plus présent sous sa forme nanométrique dans la structure «poreuse» du ciment contenant du TiO₂, car, selon eux, il y formerait des agglomérats ^[14].
• D'autres toxicologues (Mme Marano de l'université Paris 7 et M. Boczkowski de l'Inserm par exemples), indépendants des fabricants, considèrent que si une activité photocatalytique significative existe toujours, cela implique que les nanoparticules de TiO₂ soient toujours accessibles aux gaz qui circulent dans le matériaux ou au contact de surfaces microporeuses ^[14]. Or cette réactivité est ce qui rend ces particules pathogènes pour la cellule, peut-être au sein d'agglomérats qui ne peuvent par conséquent pas être denses, stables et solides ^[14].
• Se pose aussi la question de la toxicité des produits de dégradation (ex.  : alcool transformé en formaldéhyde, NOx en nitrates déjà trop présents dans notre environnement eutrophisé) avec des impacts immédiats et différés envisageables, dans l'espace et dans le temps, via la contamination de l'eau, de l'air et des sols (via la bioturbation) ^[14].

Les enfants seraient spécifiquement sensibles aux effets du dioxyde de titane. C'est pourquoi l'Autorité européenne pour la sécurité alimentaire (EFSA) et l'Agence Française de Sécurité Sanitaire, de l'Environnement et du Travail (AFSSET), conseillent d'éviter les crèmes solaires comprenant du dioxyde de titane chez les enfants en bas âge. ^[16]

Autres polymorphes

Brookite

de structure orthorhombique, groupe d'espace Pcab ses paramètres de maille sont^{[17], [18]} :

• a = 5, 4558 Å ;
• b = 9, 1819 Å ;
• c = 5, 1429 Å.

Elle a une densité théorique de 4, 120 et une densité le plus souvent mesurée de 4, 140.

TiO₂ α

de structure rhomboédrique, ses paramètres de maille sont^{[19], [20]} :

• a = 5, 133 Å ;
• c = 13, 61 Å ;

Elle a une densité théorique de 3, 757 et une densité le plus souvent mesurée de 3, 640.

TiO₂ β

de structure monoclinique, ses paramètres de maille sont^{[21], [22]} :

• a = 12, 163 Å ;
• b = 3, 735 Å ;
• c = 6, 513 Å ;
• β = 107, 29 °

Elle a une densité théorique de 1, 538 et une densité le plus souvent mesurée de 4, 6.

Autres applications

Catalyse : Le dioxyde de titane est envisagé pour

• catalyser la dégradation de pesticides contenus dans l'eau, sous l'effet des ultraviolets^[23].
• catalyser l'oxydation de NO₂ (polluant issus des pots d'échappement) en NO₃ (nitrates), par exemple en l'introduisant dans l'enrobé routier.

Annexes

Bibliographie

• Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data)
• Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 7, (1969)
• Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 3, page 57 (1964)
• Bendeliani et coll., Geochem. Int., volume 3, page 387 (1966)
• Halla, F., Z. Anorg. Chem., volume 184, page 423 (1929)
• Marchand, R., Brohan, L., Tournoux, M., Mater. Res. Bull., volume 15, page 1129 (1980)
• W. S. Kuo, Photocatalytic oxidation of pesticide rinsate. , J À peu près Sci Health B., janvier 2002, vol. 37 (1), p.  65–74

Liens externes

• (en) Historical Development of Titanium Dioxide, selon le fabricant Millenium Chemicals
• Données sur la fabrication (selon le fabricant Huntsman)

Références

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