L’étain porte le numéro atomique 50 et le symbole Sn venant du latin « stannum ». Il s’agit d’un métal pauvre du groupe 14 du tableau périodique. Il existe dix isotopes stables de cet élément. Ceux-ci disposent notamment de masses égales à 120, 118 et 116. Le Sn peut se présenter aux états d’oxydation zéro, +II et +IV. Le corps simple étain est un solide métallique lorsqu’il est à température ambiante. On connaît cette substance depuis l’Antiquité. Il a toujours servi à protéger la vaisselle et à préparer le bronze. On l’utilise également depuis longtemps pour le brasage. Il n’est pas très toxique et se rencontre rarement à l’état natif. On l’extrait d’un minéral du nom de « cassitérite » sous forme d’oxyde SnO2. Voici davantage de détails sur cet élément chimique.
Le Sn se présente sous la forme d’un métal gris-argenté. Il est malléable et moyennement ductile à température ambiante. Il est hautement cristallisé et la déformation d’une lame réalisée avec cette matière fait du bruit. On dit notamment que l’étain « crie » ou « pleure ». Il s’agit du phénomène de maclage. Cet élément résiste à la corrosion par l’eau de mer et par l’eau douce. En revanche, les acides forts peuvent l’attaquer. Sa résistance est notamment de nature cinétique. En effet, le potentiel normal du couple Sn2+Sn est de -0,136 V. L’eau et l’oxygène peuvent donc attaquer thermodynamiquement cet élément.
L’étain dispose de trois variétés allotropiques (formes cristallines) qui dépendent de la pression atmosphérique. Entre 13 °C et 162 °C, il possède une structure tétragonale (forme β) qui est le Sn blanc, de masse volumique égale à 7,28 g/cm-3. Au-dessus de 162 °C, il bénéficie d’une structure orthorhombique (forme γ) cassante qu’il est possible de pulvériser avec un mortier. En dessous de 13 °C, le Sn blanc devient lentement gris. Il dispose d’une structure en diamant (forme α), de masse volumique égale à 5,75 g/cm-3.
Cette transformation et la variation de densité qui s’ensuit agissent sur la teneur mécanique du matériau. Ainsi, à moins de 50 °C, la transformation est rapide, ce qui rend l’élément pulvérulent (tombe en poussière). On parle alors de « peste » ou de « lèpre de l’étain ». Cette dernière expression s’utilise lorsque le cas est superficiel. Les soldats de Napoléon ont notamment décrit ce phénomène durant la campagne de Russie. Il est tout à fait logique pour eux de faire cette observation, car les boutons de leurs pantalons étaient en Sn.
La déposition contrôlée de l’élément en phase gazeuse sur un substrat solide donne une monocouche d’atomes de Sn de structure hexagonale. Il s’agit du stanène (isolant topologique bidimensionnel), similaire au graphène.
L’étain dispose de 40 isotopes connus avec un nombre de masse allant de 99 à 138. Il possède également 32 isomères nucléaires, dont 10 sont stables et trois sont potentiellement radioactifs. En revanche, on n’a pu observer aucune désintégration pour le moment. Cela fait du Sn l’élément ayant la plus grande quantité d’isotopes stables, juste devant le xénon. Cette propriété est présumée être due au fait que la substance possède 50 protons (nombre magique).
L’usage et la connaissance de l’étain sur toute la Terre remontent à la Préhistoire. Cet élément est un des constituants de la métallurgie du bronze. La substance doit son nom au latin « stannum » ou « stagnum ». Il s’agit d’un mélange d’argent et de plomb.
Les Grecs et les Mésopotamiens étaient ceux qui l’utilisaient au début de l’âge du bronze. À l’époque, l’élément exploité était généralement extrait en Afghanistan. Afin de trouver le Sn, les navires phéniciens passèrent par les colonnes d’Hercule pour ensuite se diriger vers la Bretagne et les Cornouailles. L’étain était notamment connu sous l’appellation « κασσίτερος » en grec ancien.
Suite à cela, Jules César a signalé l’exploitation de minerai de Sn en Bretagne. Au lieu de le situer en Cornouailles, il le situe à tort dans le centre du pays.
La métallurgie de cet élément consiste à réduire de l’oxyde SnO2 dans du carbone à haute température.
En revanche, il est possible de compter sur le circuit de recyclage qui peut produire 30 % de l’élément. En effet, on peut trouver ce dernier dans un alliage du nom de « fer-blanc ». Il s’agit d’un acier recouvert de 0,3 % d’étain destiné à le protéger. Il est notamment récupérable par traitement à la soude à 70 °C. L’acier conserve son état métallique, tandis que le Sn est attaqué. Celui-ci génère des ions stannate SnO44- que l’on réduit en Sn métallique par électrolyse.
Par ailleurs, il faut préciser qu’il n’existe plus de mines d’étain en France depuis 1975. Les dernières, se trouvant en Bretagne, dont celle de Saint-Renan, produisaient en tout 500 t/an.
Les réserves mondiales de Sn sont de nos jours situées majoritairement en Malaisie. On y exploite la cassitérite par dragage de fonds sous-marins. Cela engendre, cependant, des problèmes environnementaux majeurs. La Chine et l’Indonésie dominent la production mondiale minière de cet élément. Ces deux pays fournissent environ la moitié du minerai de toute la Planète. La Birmanie devance le Pérou et se place troisième dans la fabrication de concentrés de Sn. La majorité de sa production (environ 30k t en 2021) est issue d’une région semi-autonome contrôlée par l’armée unie de l’État Wa. Cela se trouve à la frontière sino-birmane.
De nos jours, les bronzes se composent de Cu et de Sn. Par le passé, le terme « étain » désignait tous les alliages de cuivre. Il était aussi connu sous le nom de « airain », sans que la composition de l’alliage soit plus précise. L’élément était connu depuis l’Antiquité et a marqué l’âge du bronze.
Les autres alliages sont connus pour être moins notoires et les termes qui les décrivent sont plus précis. Par ailleurs, on n’utilise plus le plomb-étain, parfois appelé « métal blanc », pour le contact alimentaire en raison de la toxicité du Pb. En revanche, il sert toujours pour la brasure.
Le « métal anglais » représente un alliage de Sn (70 à 94 %), de Sb (5 à 24 %) et de Cu (5 %). On l’utilise notamment pour fabriquer des vaisselles et des objets de décoration.
Le plomb typographique est un alliage destiné à la fabrication de caractères typographiques. Sa constitution est d’environ 5 % de Sn pour 70 % de Pb et 25 % de Sb. Auparavant, les proportions étaient de 15 % de Sn pour 80 % de Pb et 5 % de Sb.
La conception de certains verres nécessite l’oxyde d’étain SnO2 en guise d’opacifiant. Grâce au SnCl4, il est possible de préparer les dérivés organoétains. Par ailleurs, il agit comme catalyseur de Friedel-Crafts réactions d’acylation, d’alkylation et de cyclisation.
Les stannates SnO44- constituent des sources de Sn pour les étamages électrolytiques. Par ailleurs, le Sn(C7H15COO)2 constitue un catalyseur servant à la production de mousses de polyuréthane. Les organoétains comptent une utilisation mondiale de 50 000 t/an. Le plus utilisé est notamment le tributylétain n-(C4H9)3Sn-H. Il sert dans les peintures navales antifouling. On a ensuite les dialkylétains (20 940 t). Il s’agit d’un stabilisant thermique du PVC. On peut ensuite citer le dilaurate de dibutylétain (C32H64O4Sn) qui est un catalyseur dans la fabrication des caoutchoucs en silicone. Enfin, on a l’oxyde de tributylétain (C24H54OSn2), un fongicide nécessaire à la préservation du bois. Il sert également en guise de peinture pour coques de bateau afin d’empêcher la fixation des algues. Par contre, il faut noter qu’il peut nuire à l’environnement. Son usage est alors limité pour le moment.
L’élément peut se présenter sous forme pure ou alliée dans la conception de divers objets. Il est possible de le mettre au contact des aliments. À cet effet, les feuilles d’étain peuvent servir à conserver de la viande et du roquefort. Les tubes souples destinés à l’emballage de produits pâteux pour les protéger de l’air étaient aussi initialement fabriqués à base de cette substance.
En 1841, un fabricant de couleurs à l’huile propose pour la première fois le tube de peinture souple en étain. L’objet va servir pour les cosmétiques, le dentifrice et les produits alimentaires vers le début du XXe siècle. Cependant, plus tard, l’aluminium et la matière plastique remplacèrent l’étain, en raison de leur faible coût.
Les vaisselles et certains objets décoratifs sont majoritairement en « métal anglais » de composition variable. On peut aussi trouver du Sn dans les figurines de soldats dits « de plomb ». En effet, ces objets décoratifs se composent d’étain fondu ou en alliage avec du plomb. Le bronze est l’alliage dit « noble » dans la fonte des sculptures réalisées à base de cette matière. Il a également servi pour les canons dans l’ancienne artillerie. Dans la robinetterie, cet élément constitue un alliage intermédiaire entre le laiton et le bronze. On en utilise notamment 10 % avec 3 % de zinc. Par ailleurs, la brasure (soudure) se fait avec un métal d’apport constitué d’alliage d’étain. D’habitude, on trouve cela en électronique. Il est également possible de trouver cet élément dans l’alliage des pièces de monnaie. Celles de 50 centimes, de 20 centimes et de 10 centimes d’euro en possèdent à 1 %. À températures relativement élevées, l’alliage Nb3Sn est supraconducteur. On suppose qu’il est le successeur du niobium-titane qui est destiné à des applications à grande échelle. L’alliage de Newton est de 50 % de Bi, 20 % de Pb et 30 % de Sn. À bas point de fusion (98 °C), il sert de radioprotection. Cet élément sert également d’auxiliaire de fabrication. Le procédé le plus connu pour celle du verre plat est le flottage sur lit de Sn en fusion dit verre « float » ou verre flotté.
Pour le tuyau d’orgue, l’étain donne une sonorité agréable et résiste bien à la corrosion. Il garde aussi une belle couleur pour les tuyaux de « montre ». Les facteurs d’orgues utilisent rarement le Sn pur. Ils se servent plutôt d’un alliage de l’élément. Il peut s’agir de 50 % de Sn avec du Pb, du Cu et des traces d’autres métaux tels que le Sb.
Les cloches se fondent notamment en bronze. À cet effet, elles se composent aussi d’étain entre 21,5 et 24 %. La dureté du métal dépend de la teneur en Sn. Ainsi, cette dernière agit également sur la qualité du son de la cloche.
L’alliage joue un rôle important dans la sonorité d’une cymbale. Mis à part le mode de fabrication, la composition du métal est différente si celui-ci est conçu pour gagner sa structure par martelage. Le B8 (CuSn8) avec 8 % d’étain et 92 % de cuivre fait partie des alliages les plus courants. On peut aussi citer le B20 (CuSn20) avec 20 % de Sn et 80 % de Cu.
Le Sn ne figure généralement pas dans la fabrication des instruments de la famille des cuivres. L’exception est qu’il l’est dans les brasages à l’aide d’alliage comportant de l’étain.
L’étamage consiste à recouvrir une pièce métallique d’une fine couche de Sn ou d’un alliage plomb-étain.
Ainsi, on étame le verre afin de bénéficier de miroirs et de casseroles en Cu protégés de l’oxyde de cuivre toxique (vert-de-gris). Grâce à cette méthode, on peut aussi obtenir des conducteurs électriques, améliorer les contacts et faciliter la brasure de composants.
Le fer-blanc constitue une tôle fine d’acier doux étamée principalement par électrodéposition. Il sert à fabriquer des emballages métalliques tels que les boîtes de conserve.
Le Sn pur (sans plomb) forme des « whiskers » sur un circuit imprimé. Il s’agit de fils micrométriques pouvant provoquer des courts-circuits. Les « whiskers » prennent des mois pour se former, sans que l’on sache comment. En l’occurrence, l’intensité du champ magnétique est supposée être la raison. Malgré tout, il est possible d’y remédier. L’ajout de traces d’autres métaux au moment du dépôt de la couche d’étain est réputé pour être très efficace.
Cet élément n’est pas toxique. Cependant, il est souvent associé à des traces de plomb qui, eux, le sont.
Dans les pays riches, l’imprégnation des populations humaines est presque systématique. Cependant, les proportions sont encore mal connues, en raison de la variation engendrée par de nombreux paramètres. Ces derniers peuvent être environnementaux, alimentaires, etc.
En France, en 2018, « Volet périnatal », un programme national de biosurveillance, publie une évaluation. Le sujet est notamment l’imprégnation des femmes enceintes par le cobalt, par 12 autres métaux ou métalloïdes et par quelques polluants organiques. Cela s’est fait à l’occasion du suivi d’une cohorte (Cohorte Elfe) de 4 145 femmes enceintes. Celle-ci concernait notamment des femmes qui ont accouché en France en 2011 hors Corse et TOM. Ainsi, le dosage urinaire de 990 femmes enceintes qui sont venues à la maternité a montré une quasi-omniprésence de l’étain dans l’environnement. En effet, 91 % des échantillons d’urine présentaient une moyenne géométrique de 0,29 μg/l et de la créatinine de 0,39 μ μg/g. Ces résultats sont assez similaires à ceux récoltés en dehors de la France. Ces études ont notamment porté sur des adultes en général, mais pas seulement sur les femmes enceintes.
Selon le contexte périnatal français de 2011, on estime que le risque d’imprégnation par l’élément croît avec la consommation d’eau du robinet. Cela est dû à la fréquence du Sn dans les produits de soudure des canalisations ou dans certains matériaux entrant en contact avec l’eau que l’on boit.
Cet élément peut servir pour la fabrication d’objets décoratifs. Il présente une brillance assez faible par rapport aux autres métaux, mais cela est suffisant pour être difficile à répliquer.
Il est possible de trouver du fil à broder 169-étain dans les répertoires commerciaux. Il existe également des matériaux de construction béton ciré Sn.
Le nom de cet élément désigne une couleur fréquemment utilisée dans le domaine de la mode. Il désigne une nuance de gris ne pouvant pas avoir l’apparence du métal. Dans la décoration et le bâtiment, il contribue à la composition de surfaces grises ayant un certain brillant.
Cet élément constitue le composant majeur d’un pigment jaune historique qui servait surtout dans l’art byzantin pour les icônes et les mosaïques. On parle notamment de l’or mussif qui n’est autre qu’un bisulfure d’étain d’aspect doré. Il présente de fines plaquettes qui donnent un éclat à l’œuvre. Au Colour Index, sa référence est PY38. L’usage du produit n’est cependant plus d’actualité, car celui-ci est toxique. On utilise désormais des poudres de bronze.
Dans le folklore français, on appelle les 10 ans de mariage des « noces d’étain ». Par ailleurs, le nom de cet élément représente le quatrième niveau dans la progression de la sarbacane sportive.
La Fabre d’Églantine a aussi fait une proposition. En l’occurrence, il s’agit d’associer chaque jour du calendrier républicain à un des objets constituant la véritable richesse nationale. Cela en guise de remplacement des saints du calendrier romain. Ainsi, l’étain correspond au 26e jour du mois de nivôse.
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