Oxyde de fer(III)

L'oxyde de fer(III) Fe₂O₃, sous sa forme cristalline hématite (du grec haima, sang), est probablement la couleur la plus présente dans l'imaginaire géologique humain. Il donne sa teinte rouge à la surface de Mars (que les Romains nommaient déjà la « planète rouge » sans connaître sa composition), aux ocres préhistoriques utilisés dans les peintures rupestres de Lascaux et Altamira, à la rouille qui ronge l'acier non protégé, et aux falaises sédimentaires colorées du Colorado, de Petra ou des Devon Cliffs anglaises. Sur Terre, c'est le principal minerai de fer exploité — environ 1,8 Gt extraites annuellement, dont l'Australie et le Brésil fournissent plus de 60 %.

Du point de vue cristallographique, Fe₂O₃ adopte plusieurs polymorphes. Le plus stable, α-Fe₂O₃ (hématite), a une structure rhomboédrique de type corindon où chaque atome de fer est en coordination octaédrique avec six oxygènes. La forme γ-Fe₂O₃ (maghémite), métastable, est ferrimagnétique — elle a fait la fortune des bandes magnétiques des années 1960-1990. À haute température (>800 °C), la maghémite se convertit irréversiblement en hématite.

Industriellement, la transformation en fer métallique se fait au haut fourneau : Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂, à ~1500 °C avec du coke comme réducteur. Cette voie produit environ 1,9 Gt d'acier par an mais émet ~2 Gt de CO₂ par an — environ 7 % des émissions mondiales. La sidérurgie « hydrogène » émergente cherche à remplacer le coke par H₂ vert : Fe₂O₃ + 3 H₂ → 2 Fe + 3 H₂O, ce qui supprime les émissions directes de CO₂ et constitue le principal espoir de décarbonation profonde du secteur. La startup suédoise HYBRIT a livré ses premières tonnes en 2021.