Zinc

L’industrie du zinc connaît un véritable essor au XVIIIesiècle en Europe avec de nombreuses expérimentations et un investissement poussé dans la métallurgie du zinc. Le chimiste suédois Anton von Swab réussit à extraire du zinc à partir de la calamine et de la blende en 1742 et en 1744. Le Hollandais Marggraf fit la même expérience avec de la blende en 1746 en réduisant de l’oxyde de zinc à l’abri de l’air. William Champion bâtit la première usine d’extraction industrielle de zinc en 1743 à Bristol, Angleterre, en utilisant des condenseurs inspirés de la méthode indienne. Le procédé consistait à utiliser des creusets verticaux refroidis par des condenseurs trempés dans l’eau. Le rendement était de 400 kg en 70 heures, ce qui consommait beaucoup d’énergie. En 1798, Johann Ruberg essaya de résoudre le problème d’inefficacité énergétique en utilisant des creusets horizontaux afin d’éliminer le refroidissement. Cette technique inspira le chimiste belge Jean-Jacques Dony dans la création de la première usine métallurgique de zinc belge en 1805 et en 1810 à la Vieille-Montagne, dans le faubourg de Saint-Léonard, à proximité de Liège. Son processus amélioré des creusets horizontaux consiste à chauffer à forte température (+950 °C) de la poudre blanche à froid avec du charbon de bois pour obtenir du zinc distillé et du monoxyde de carbone. Ce fut le début de la Société des mines et fonderie de la Vieille Montagne, un des leaders de la production de zinc.

L’utilisation du zinc s’étend dans de nouveaux domaines au XIX^e siècle. Il a été utilisé en électronique avec les premières piles voltaïques et en imprimerie où les alliages de zinc, de plomb et d’étain permettent d’améliorer la résistance des caractères d’imprimerie. D’autres découvertes primordiales relatives au zinc ont eu lieu vers la deuxième moitié du siècle. La découverte des premiers composés organométalliques zincifères, que l’on doit au chimiste anglais Edward Frankland, a été possible grâce aux techniques de chauffage à reflux et de distillation sous vide. Le zincage du fer a révolutionné l’architecture avec l’utilisation du zinc pour la protection du fer contre la corrosion.

Origine étymologique du zinc

L’origine étymologique du mot « zinc » remonte à plusieurs sources.

Certains linguistes ont suggéré que le mot « zinc » peut être dérivé du mot latin zirconium, qui désignait une pierre précieuse. Cependant, cette théorie n’est pas largement acceptée. Mais l’origine la plus probable du mot est le mot allemand Zink, qui signifie « étain blanc ». Cette appellation donnée par le savant Paracelse en 1526 peut être attribuée au fait que le zinc est souvent associé à l’étain en raison de leur similitude dans l’apparence et les propriétés. Au Moyen Âge, l’étain était souvent appelé zincum en latin ou zinken en allemand, ce qui  a pu influencer la dénomination du zinc. Le fait que le zinc fondu présente des dendrites ou des barbes une fois refroidi expliquerait en partie cette qualification.

Une autre origine possible du mot « zinc » est le mot italien zincare, qui signifie galvaniser. Ce terme est associé à la galvanisation depuis que le zinc a été utilisé pour protéger le fer de la corrosion.

Une troisième source possible du mot « zinc » est l’ancien mot persan Sing, qui signifie pierre. Cela est lié au fait que le zinc est souvent trouvé dans des minerais de pierre. Le terme Sing a été introduit en Europe par les marchands persans et est devenu zinke en allemand, avant d’être adopté par d’autres langues européennes.

Le terme usité en 1666 fut d’abord zinch, cité dans un livre de l’écrivain Jean de Thévenot. Il fut ensuite simplifié officiellement en zin ou zain en 1680 avant que le terme technique zing se vulgarise à la fin du XVII^e siècle. C’est dans les années 1873 à 1876 que l’expression courante a été popularisée dans la littérature par Zola et Huysmans qui utilisent le terme pour désigner le revêtement lustré des comptoirs. Le vocable autour du zinc se développe à partir de cette époque, notamment avec l’apparition du verbe zinguer et des divers mots dérivés tels que zingueur, zincifère…

Quelle que soit l’origine exacte du mot, il est vrai que le zinc est présent dans plusieurs minerais de pierre.

Minerais zincifères et leurs propriétés

Le zinc est le 24^e élément le plus abondant de l’écorce terrestre. Il existe plusieurs minerais qui contiennent du zinc, chacun ayant des propriétés distinctes.

• La sphalérite : la sphalérite ou blende est le principal minerai de zinc. Étant le plus répandu dans la lithosphère, ce minerai représente environ 80 % de la production mondiale de zinc. Elle est composée de sulfure de zinc (ZnS) et contient souvent des impuretés de fer, de plomb et de cuivre. La sphalérite est généralement de couleur brune, jaune ou gris foncé et a une dureté de 3,5-4 sur l’échelle de Mohs, avec un système cristallin cubique. Elle se trouve dans les gisements de sulfures polymétalliques comme la marmatite (sulfure, zinc, fer), la galène (sulfure de plomb) et les gisements d’oxydes de zinc.
• La smithsonite : ce minerai de zinc moins commun se compose de carbonate de zinc (ZnCO₃). Elle a une couleur variable, allant du blanc au vert, au bleu, au rose et au brun. La smithsonite a une dureté de 4-5 sur l’échelle de Mohs et se trouve généralement dans les gisements de carbonate de zinc.
• La willemite : il s’agit d’un autre minerai de zinc qui se compose de silicate de zinc (Zn₂SiO₄). Elle est généralement de couleur verte, jaune ou brune et a une dureté de 5-6 sur l’échelle de Mohs. La willemite se trouve souvent dans les gisements de sulfures polymétalliques et les gisements de manganèse.
• L’hémimorphite : ce minerai de zinc se compose de silicate d’hydroxyde de zinc (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O). Elle est généralement de couleur bleue, verte ou blanche et a une dureté de 5-6 sur l’échelle de Mohs. L’hémimorphite se trouve souvent dans les gisements de carbonate de zinc.

Tous ces minerais zincifères sont des sources importantes de zinc pour l’industrie et sont extraits dans des mines à travers le monde.

Commercialisation

Le marché mondial du Zinc connaît une poussée exponentielle depuis quelques années due principalement aux importants investissements effectués par certains pays afin de développer leur production industrielle. Des flux commerciaux majeurs ont été observés entre le Pérou et la Chine, à 5,5 % des exportations mondiales en 2021, si le Pérou était le premier exportateur de zinc. La Chine, le Japon, la Corée du Sud comptent quant à eux parmi les plus grands importateurs de minerai de zinc.

Les prix internationaux ont flambé au cours des cinq dernières années en raison de la hausse significative de la production chinoise qui a entraîné une augmentation importante de la demande globale. Cette tendance devrait se poursuivre au cours des prochaines années, car les principaux acteurs continueront à investir massivement dans l’industrie minière afin d’accroître la capacité minière existante ou de développer un nouveau projet minier présentant un potentiel important en termes de ressources naturelles. Le prix du zinc était estimé à 2 912,25 USD sur les marchés internationaux du 10 au 15 avril.

Procédés industriels

La production de zinc est réalisée à partir de minerais de zinc tels que la blende, la smithsonite et la wurtzite, qui sont extraits de mines souterraines ou à ciel ouvert. Le traitement du minerai de zinc est possible selon deux techniques : la pyrométallurgie et l’hydrométallurgie.

La méthode pyrométallurgique

Dans la méthode pyrométallurgique, le traitement du minerai de zinc se fait par étape, l’extraction, le concassage, la flottation, le grillage, la réduction, la purification, le moulage et la finition. Cette méthode est couramment utilisée pour produire du zinc à partir de minerais contenant plus de 15 % de zinc.

Les minerais de zinc sont extraits des mines souterraines ou à ciel ouvert à l’aide d’explosifs, de bulldozers et de pelles mécaniques. Ils sont ensuite transportés vers des installations de concassage et de broyage pour être réduits en petites particules. Les particules de minerai sont mélangées à de l’eau et à des produits chimiques spécifiques pour former une pulpe. Cette pulpe est soumise à un processus appelé flottation, qui permet de séparer le minerai de zinc des autres minéraux. Le minerai de zinc flotte à la surface de la pulpe et est ensuite prélevé pour être traité davantage. Le minerai de zinc est ensuite chauffé dans un four de grillage pour éliminer les impuretés telles que le soufre, le carbone et l’oxygène. Cela laisse le zinc sous forme d’oxyde de zinc. Celui-ci est ensuite réduit en zinc métallique à l’aide du processus pyrométallurgique proprement dit. Le processus de réduction implique la chauffe de l’oxyde de zinc avec du carbone à haute température dans un four. Le zinc métallique se vaporise et est ensuite recueilli dans des récipients refroidis où il se condense en lingots solides. Les lingots de zinc sont alors purifiés pour éliminer les impuretés restantes dont le plomb et le fer. Cela peut être accompli en utilisant diverses méthodes dont la distillation ou l’électrolyse. Le zinc purifié est ensuite fondu et moulé en lingots, en plaques, en feuilles ou en fils. Ces produits sont ensuite usinés pour obtenir les formes et les dimensions souhaitées.

La pyrométallurgie implique l’utilisation de hautes températures pour transformer les minéraux en métaux. Bien que très utilisée, il s’agit d’un procédé très énergivore, qui peut produire des émissions de gaz à effet de serre et d’autres polluants.

La méthode hydrométallurgie

La méthode alternative de production du zinc consiste à l’hydrométallurgie. Elle consiste à utiliser de l’acide sulfurique sur le minerai de zinc pour produire du sulfate de zinc. Le sulfate de zinc est ensuite purifié et électrolytiquement raffiné pour produire du zinc métallique. Cette méthode est utilisée pour produire du zinc à partir de minerais contenant moins de 15 % de zinc. Le procédé électrolytique est souvent considéré comme plus respectueux de l’environnement que la pyrométallurgie, car il utilise moins d’énergie et produit moins d’émissions de gaz à effet de serre. Cependant, le procédé électrolytique peut nécessiter des quantités importantes d’eau et d’acide sulfurique pour extraire le zinc des minerais, ce qui peut poser des défis en matière de gestion des déchets et de l’utilisation des ressources.

Alliage de zinc

La formation d’amalgame de zinc et d’autres métaux est simple par fusion et laminage. Le premier procédé consiste à faire fondre les métaux pour créer un alliage liquide. Les métaux sont fondus à une température élevée, puis mélangés pour former l’alliage souhaité. Une fois le mélange complet, il est coulé dans un moule pour former un lingot ou une plaque. Le second procédé est une méthode courante dans la production d’alliages de zinc. Elle implique l’utilisation d’un laminoir pour aplatir et façonner l’alliage en feuille ou en bande. Les métaux sont d’abord fondus, puis versés dans des moules pour créer des lingots. Ces derniers sont ensuite chauffés à haute température et pressés dans un laminoir.

Plusieurs alliages de zinc comme le métal peuvent facilement fusionner avec d’autres. Leurs propriétés et leurs applications varient en fonction de leur composition. Les alliages les plus récurrents sont le zircal ou l’alliage aluminium-zinc, très prisé pour sa légèreté et sa résistance à la corrosion et pouvant contenir jusqu’à 4 à 40 % d’aluminium ; l’alliage de zinc et de nickel (jusqu’à 30 %) qui est très usité dans les applications marines pour sa forte résistance à la corrosion. Citons aussi les laitons ou cuivre jaune qui sont à base de cuivre et de zinc ; le virenium (cuivre, zinc, nickel) ; l’ormolu ou bronze doré avec du cuivre, du zinc et de l’étain ; le zamak, un alliage de zinc, d’aluminium, de magnésium et de cuivre ; l’argentan, composé de nickel, de cuivre et de zinc ; le chrysocale, avec du cuivre, du zinc et de l’étain ; le cuivre chinois ou pacfung, contenant du cuivre, du nickel et du zinc et surtout utilisé en bijouterie, ainsi que les bronzes au zinc.

Oxydation du zinc

Le zinc est un élément chimique qui peut avoir différents états d’oxydation, c’est-à-dire différents nombres d’électrons perdus ou gagnés lors d’une réaction chimique. Les états d’oxydation les plus courants pour le zinc sont +2 et +0 (le zinc métallique pur). Le zinc peut de même avoir d’autres états d’oxydation, mais ils sont moins courants. Par exemple, le zinc peut avoir un état d’oxydation de +1 dans le composé Zn2O, où chaque atome de zinc a perdu un seul électron. Le zinc joue un rôle important dans de nombreuses applications industrielles et biologiques compte tenu de ses différents états d’oxydation.

Dans l’état d’oxydation +2, le zinc a perdu deux électrons et a une charge positive de 2+. Cet état d’oxydation est le plus commun pour le zinc dans les composés chimiques tels que l’oxyde de zinc (ZnO), le sulfate de zinc (ZnSO4) et le chlorure de zinc (ZnCl2). Ces composés sont utilisés dans diverses applications comme les peintures, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et les engrais.

Capacité de réduction du zinc

La capacité de réduction du zinc est une mesure de la propension d’un composé contenant du zinc à subir une réaction de réduction, autrement dit à gagner des électrons. Cette propriété est souvent exprimée en termes de potentiel de réduction, qui mesure la tendance d’un composé à subir une réduction en solution aqueuse. Cette caractéristique de réduction fait du zinc un métal réducteur qui peut ainsi agir sur d’autres éléments ou composés en gagnant des électrons. Cette propriété a des implications importantes dans de nombreuses applications industrielles et biologiques comme il sera expliqué plus bas.

Propriétés acido-basiques du zinc

Le zinc peut avoir des propriétés acido-basiques, c’est-à-dire qu’il peut agir comme des acides ou des bases dans certaines réactions chimiques. Cela dépend de la disposition du métal à donner ou à accepter des électrons.

Lorsque le métal réagit avec un acide, il peut agir comme une base et accepter un proton (un ion hydrogène) du milieu acide, formant un sel métallique et libérant de l’hydrogène gazeux. Par exemple, le zinc réagit avec l’acide chlorhydrique pour former du chlorure de zinc et du dihydrogène (H2) :

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Lorsque le métal réagit avec une base, il peut agir comme un acide et donner des électrons pour former un sel métallique et de l’hydrogène gazeux. Par exemple, le zinc réagit avec l’hydroxyde de sodium pour former du zincate de sodium et du dihydrogène :

Zn + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂

Les propriétés acido-basiques du zinc ont de nombreuses applications incluant son utilisation comme catalyseur pour les réactions acido-basiques dans l’industrie chimique, et la production de sels métalliques pour une variété de produits chimiques et pharmaceutiques.

Composés du zinc

Le zinc forme une variété de composés chimiques incluant les oxydes de zinc, les sulfates de zinc, les chlorures de zinc, les nitrates de zinc, les carbonates de zinc et les hydroxydes de zinc.

• L’oxyde de zinc (ZnO) est un composé blanc qui se forme après la réaction du zinc avec l’oxygène atmosphérique. Il agit comme une barrière protectrice pour empêcher l’oxydation ultérieure du métal et est insoluble dans l’eau, mais soluble dans les solutions d’acides forts et de bases fortes. Sa structure cristalline et sa densité est de 5,61 g/cm³. Il est utilisé comme pigment blanc dans les peintures et les plastiques pour sa couleur blanche et de son pouvoir couvrant élevé.
• Le sulfate de zinc (ZnSO₄) est un sel soluble dans l’eau. Il est hygroscopique, ce qui signifie qu’il absorbe l’humidité de l’air. Le sulfate de zinc est utilisé comme source de zinc dans les compléments alimentaires et les engrais.
• Le chlorure de zinc (ZnCl₂) est un solide incolore ou blanc hygroscopique, c’est-à-dire, pouvant absorber l’humidité de l’air. Il a une densité de 2,907 g/cm³. Il est utilisé comme agent de traitement du bois et dans la production de produits chimiques tels que les colles, les textiles et les détergents.
• Le sélénite de zinc (ZnSeO₃) est un composé incolore. Il a une densité de 5,6 g/cm³. Il est utilisé comme pigment dans les peintures et les verres optiques en raison de sa transparence élevée.
• Les nitrates de zinc (Zn(NO₃)₂) sont des sels solubles dans l’eau et utilisés comme engrais et comme oxydants dans les procédés de fabrication.
• Le carbonate de zinc (ZnCO₃) est un composé insoluble dans l’eau. Il est utilisé comme pigment dans les peintures, les plastiques et les revêtements pour sa blancheur et de son opacité.
• Les hydroxydes de zinc (Zn(OH)₂) sont des composés blancs gélatineux insolubles dans l’eau et sont utilisés comme agent de remplissage dans les produits en caoutchouc et les cosmétiques.

Allotropie du zinc

Le zinc a un seul allotrope stable à température et pression ambiantes, qui est une forme cristalline hexagonale compacte appelée alpha-zinc. Cependant, le zinc peut former des allotropes à des températures et des pressions élevées.

Le zinc gamma est une forme métastable de zinc qui se forme à des températures supérieures à 419 °C. Il est plus dense et moins ductile que l’alpha-zinc. Le zinc bêta est une autre forme métastable de zinc qui se forme à des températures supérieures à 906 °C. Il est plus dense que l’alpha-zinc, mais moins dense que le zinc gamma. Le zinc tétragonal est une forme stable de zinc qui se forme sous une pression élevée de plus de 50 000 atmosphères. Il a une structure tétragonale à faces centrées.

Les propriétés physiques et chimiques des allotropes du zinc varient en fonction de leur structure cristalline. Par exemple, le zinc gamma est plus dense et moins ductile que l’alpha-zinc compte tenu de sa structure cristalline différente. Le zinc tétragonal a également des propriétés différentes en raison de sa structure cristalline unique. Cependant, la plupart des applications industrielles et commerciales du zinc utilisent l’alpha-zinc, car il est le plus couramment disponible et le plus facile à utiliser.

Chimie organométallique du zinc

Sa chimie organométallique constitue une des propriétés les plus importantes du zinc, comme elle explique sa criticité dans de nombreuses applications. Un composé organométallique est un composé chimique qui contient à la fois des atomes de carbone et des atomes de métaux, comme le zinc. Les composés organométalliques du zinc sont généralement préparés à partir de la réaction entre un halogénure d’alkyle ou d’aryle et un composé de zinc, comme le zinc métallique ou le chlorure de zinc. Ces composés sont largement utilisés comme catalyseurs dans une variété de réactions chimiques et comme intermédiaires dans la synthèse de composés organiques plus complexes. Les organozinciques de Grignard et le diméthylzinc sont des exemples importants de composés organométalliques de zinc.

Galvanisation

La galvanisation constitue la principale application du zinc. Elle consiste en un procédé de revêtement dans lequel la surface de l’acier est recouverte d’une couche de zinc dense et adhérente pour la sceller contre l’exposition à l’oxygène, aux sulfures et aux carbonates. Il existe plusieurs procédés de galvanisation.

Le premier type, la galvanisation à chaud en continu, est destiné au traitement de l’acier laminé dans un bain de zinc pur fondu à l’aciérie. Il sert dans la fabrication de tôles, de bandes et de fils d’acier qui sont ductiles et abrasifs une fois galvanisés. Ils serviront ensuite dans la production de carrosseries de voitures, d’appareils ménagers et de pièces en tôle ondulée.

La galvanisation à chaud par lots reprend le précédent procédé, mais est destinée aux petites usines pour le traitement de différentes pièces en acier, notamment des écrous, des boulons, des clous ou des pièces en acier de construction et aux profils en acier compliqués.

L’électrogalvanisation est un procédé de revêtement continu de tôles et de bandes d’acier par trempage dans une anode électrolytique de zinc, comme le plomb-argent, des électrolytes de sulfates de zinc ou d’autres anodes insolubles. Le revêtement se forme lorsque les ions de zinc chargés positivement dans la solution sont réduits électriquement en zinc métal et se déposent sur la surface de l’anode. L’électrogalvanisation ne forme qu’une fine couche de zinc d’une épaisseur maximale de 9,1 μm par face sur la surface de l’acier. Le zingage est le même processus pour les petites pièces telles que les attaches, les manivelles, les ressorts et autres articles de quincaillerie plutôt que les tôles et bandes, mais avec un revêtement de zinc d’une épaisseur maximale de 25 μm. La durée de vie des articles galvanisés par électrolyse est courte, mais la finition de la surface est excellente et l’épaisseur uniforme par rapport à la galvanisation par immersion à chaud.

Les autres procédés galvaniques sont la peinture riche en zinc, le placage mécanique, la shérardisation et la coulée sous pression de zinc. La peinture riche en zinc est un type de revêtement de surface dans lequel le revêtement est lié mécaniquement à la surface de l’acier. Le procédé de zingage mécanique est conçu pour revêtir des fixations à haute résistance et d’autres petites pièces aux formes moins compliquées qui ne se prêtent pas à la galvanisation à chaud. La shérardisation, quant à elle, porte le nom du métallurgiste britannique Sherard Osborn Cowper-Coles qui a inventé et breveté la méthode. Le procédé est aussi connu sous le nom de galvanisation par diffusion thermique, galvanisation à sec ou galvanisation à l’état solide. Il consiste à diffuser de la poudre de zinc métallique à forte température sur des petites pièces préfabriquées dans un tambour rotatif contenant du sable.

Alliages

Le zinc s’allie facilement à d’autres corps par coulée sous pression. La résistance, la fluidité et l’esthétique de ses alliages moulés sous pression en font un matériau idéal pour de nombreuses applications, notamment les appareils électroménagers, les pièces automobiles, les équipements de télécommunication et les poignées de porte. Le laiton (cuivre-zinc), par exemple, est couramment utilisé à des fins décoratives ou dans la fabrication d’instruments de musique grâce à sa maniabilité et sa durabilité. Le bronze, un autre alliage courant du zinc avec du cuivre et de l’étain, bien qu’il contienne en général moins de 1 % de zinc, est prisé pour ses propriétés de faible friction dans la fabrication des bagues et des roulements, la construction et les médailles.

Applications dans la construction

Le zinc laminé est utilisé dans la construction pour les toitures, les gouttières, les parements et les clôtures. Les toitures en zinc laminé sont durables, résistantes aux intempéries et faciles à entretenir. Les gouttières en zinc sont également populaires du fait de leur résistance à la corrosion et de leur faible coût. Les produits en zinc laminé ont une longue durée de vie, jusqu’à 100 ans, et peuvent être recyclés et réutilisés. Le zinc laminé se corrode très peu grâce à la protection de la patine de zinc formée par la réaction entre la surface métallique du zinc, l’oxygène, l’eau de pluie et le dioxyde de carbone.

Applications dans l’automobile

L’utilisation du zinc dans le marché automobile connaît une forte croissance, une tendance qui devrait continuer à l’avenir. L’association internationale du zinc prévoit même une hausse de consommation du zinc de 154 kt d’ici à 2030 si la valeur annuelle est estimée à 700 kt par an. Le zinc est utilisé dans l’industrie automobile pour les composants de carrosserie, les pièces de moteur et les accessoires : les roues, les freins ou les transmissions. Les pièces de carrosserie en zinc sont légères, durables et résistantes à la corrosion et au choc, ce qui les rend idéales pour les applications automobiles.

Applications dans l’électronique

Le zinc est utilisé dans l’industrie électronique pour les piles, les circuits imprimés et les contacts électriques. Les piles au zinc, comme les piles alcalines, sont couramment utilisées dans les appareils électroniques portables pour leur durée de vie prolongée et de leur faible coût.

Mais le potentiel le plus important du zinc réside dans le stockage d’énergie, en particulier face à la demande croissante en batteries. Si les batteries au lithium inondent encore le marché, celles au zinc-air offrent une alternative plus viable à cette ressource. Celles-ci utilisent de l’air comme cathode et du zinc comme anode, ce qui permet de stocker l’énergie électrique sous forme de zinc. Elles peuvent être utilisées pour stocker l’énergie produite par les sources d’énergie renouvelable telles que les panneaux solaires et les éoliennes, et pour fournir de l’énergie à la demande. Les batteries zinc-air sont notamment plus rentables, dotées d’une capacité de stockage supérieure et avec un coût de production minime vu la forte disponibilité des matières et la diversité de la chaîne d’approvisionnement. Ces batteries sont plus flexibles et durables, avec des puissances et des niveaux d’énergie élevés. Elles demandent un entretien minimum et sont plus sécuritaires et non toxiques. Ces divers avantages sont propices à une hausse de la consommation en zinc dans le futur. Selon les statistiques prévisionnelles, la part de marché mondial du zinc en stockage d’énergie équivaudrait à près de 1 194 GWh, soit une hausse de consommation de 300 kt d’ici à 2030.

Applications dans l’alimentation

Le zinc est un nutriment essentiel pour les humains et les animaux. On le trouve comme composant des additifs alimentaires comme le sulfate de zinc ou l’oxyde de zinc utilisés pour enrichir certains aliments ou boissons nutritives en vitamine E pour améliorer l’absorption digestive des nutriments essentiels par notre organisme.

Importance pour la santé humaine

Le zinc joue un rôle important dans notre organisme. Il intervient activement dans certaines fonctions biologiques comme la synthèse des protéines nouvelles, la croissance cellulaire normale et l’immunité naturelle contre les infections bactériennes ou virales.

Il est important pour la croissance et la réparation des tissus, la cicatrisation des plaies, le système immunitaire. Le zinc est un ion métallique positif qui peut se lier à des groupes sulfhydryles de certaines protéines appelées facteurs de transcription. Il s’agit de protéines qui se lient à des séquences spécifiques d’ADN pour contrôler l’expression des gènes. Le zinc est donc impliqué dans la régulation de la transcription de l’ADN en activant ou en désactivant certains facteurs de transcription, ce qui permet à notre corps de produire les protéines nécessaires à une bonne santé et à une croissance normale.

Il aide à maintenir la peau et les cheveux en bonne santé. Cela s’explique par le fait que le zinc est important pour la synthèse de la kératine et du collagène, qui sont des protéines importantes pour la santé de la peau, des cheveux et des ongles. Le zinc est aussi important pour le développement et le maintien de la vision, car il est présent dans la rétine de l’œil.

Cet élément est également un antioxydant puissant qui peut aider à protéger les cellules du corps contre les dommages causés par les radicaux libres. Il s’agit des molécules instables qui peuvent endommager les cellules et entraîner des maladies chroniques : le cancer, les maladies cardiovasculaires et le vieillissement prématuré.

Applications thérapeutiques et cosmétiques

Les composés du zinc sont utilisés dans l’industrie pharmaceutique, principalement l’oxyde de zinc. Ce dernier possède des vertus thérapeutiques contre les maladies de la peau comme l’érythème fessier, les éruptions cutanées ou l’acné. Grâce à ses propriétés anti-inflammatoires et antibactériennes, il est notamment utilisé dans les pâtes à l’eau ou les pommades dermatologiques. Le zinc accélère aussi la cicatrisation des plaies et est donc utilisé dans la fabrication des produits de soins en cas de blessures ou de cicatrices.

Les nombreuses propriétés du zinc en font un excellent composant dans les produits cosmétiques. Le zinc est utilisé dans les produits de protection solaire pour sa capacité à protéger la peau des rayons UV. Ces produits contenant du zinc sont souvent appelés écrans solaires minéraux ou écrans solaires physiques. Le zinc forme une barrière protectrice sur la peau qui réfléchit les rayons UV, offrant ainsi une protection contre les dommages causés par le soleil.

Le zinc possède des propriétés antioxydantes, ce qui signifie qu’il peut aider à protéger la peau contre les radicaux libres et les dommages causés par l’environnement. Les produits de soins de la peau contenant du zinc peuvent aider à prévenir les signes du vieillissement prématuré en protégeant la peau contre les facteurs de stress environnementaux.

Applications dans l’agriculture

Le zinc est essentiel dans la sécurité alimentaire, car il sert d’élément nutritif dans les engrais pour les plantes. La carence en zinc serait la cause de la déficience en micronutriment touchant plus de 50 % des terres agricoles dans le monde. Les statistiques montrent également que les engrais zincifères permettent d’augmenter les rendements, ainsi que leur qualité.

Le zinc joue un rôle important dans de nombreux processus métaboliques, tels que la synthèse des protéines, la photosynthèse et la régulation de la croissance et du développement des plantes. Le zinc est nécessaire pour la synthèse des hormones de croissance végétale, ce qui stimule la croissance des racines et des tiges des plantes. Il est impliqué dans la régulation de l’ouverture et de la fermeture des stomates des plantes qui contrôlent la respiration et la transpiration des plantes.

De plus, cet élément joue un rôle important dans la photosynthèse en étant un élément clé de la structure des protéines des chloroplastes, où se déroule la photosynthèse. Le zinc aide à protéger les plantes contre les dommages causés par les radicaux libres qui sont produits lors de la photosynthèse.

Il joue également un rôle important dans la défense des plantes contre les maladies en stimulant la production d’enzymes qui détruisent les agents pathogènes.

Application dans l’énergie renouvelable

Le zinc est utilisé dans le domaine de l’énergie renouvelable. Il sert de revêtement pour les panneaux solaires en silicium cristallin afin d’améliorer leur durabilité et leur résistance à la corrosion. En outre, le zinc est utilisé dans la fabrication des cellules photovoltaïques à couche mince, en particulier pour les couches de contact arrière, pour améliorer l’efficacité et la durabilité de ces cellules.

Le zinc peut aussi être utilisé comme catalyseur dans la production d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables. La production d’hydrogène est considérée comme une méthode prometteuse pour stocker et transporter l’énergie renouvelable à grande échelle et le zinc peut jouer un rôle clé dans cette technologie en tant que catalyseur pour la production d’hydrogène à partir d’eau.

Autres utilisations

Le zinc dispose de nombreuses autres utilisations. Parmi celles-ci figure son rôle de métal réducteur. Cet élément est souvent utilisé comme tel pour sa grande réactivité chimique et sa capacité à perdre des électrons facilement. Il est alors souvent utilisé pour réduire des composés organiques ou inorganiques dans des réactions chimiques. Par exemple, le zinc est couramment utilisé pour la réduction des sels de métaux nobles, comme l’or et l’argent, à partir de leurs solutions. Cette réduction se produit lorsque le zinc est ajouté à la solution contenant les ions métalliques et il perd des électrons pour se transformer en ions de zinc, tandis que les ions métalliques sont réduits en métal pur.

Le zinc, en tant que métal réducteur, est également utilisé dans l’industrie pour la production de certains métaux tels que le cuivre, le nickel et le cobalt, par électrolyse. Dans ce processus, il agit en tant que métal réducteur pour éliminer l’oxygène des minerais métalliques afin de produire des métaux purs. Enfin, le zinc sert dans l’industrie chimique pour la production de nombreux composés organiques et inorganiques (pigments, lubrifiants, plastifiants, etc.) qui nécessitent des réactions de réduction.

Une autre utilisation notable du zinc est la fabrication de pièces de monnaies. Les pièces fabriquées à partir de ce métal sont particulièrement populaires grâce à leur légèreté, de leur résistance à la corrosion et de leur coût relativement faible par rapport à d’autres métaux tels que l’argent ou l’or. Le zinc est également facile à travailler et à mouler en différentes formes et tailles, ce qui le rend idéal pour la production de pièces de monnaie en grande quantité.

Cependant, les pièces de monnaie en zinc ne sont pas aussi durables que les pièces en métaux précieux, car elles ont tendance à se corroder et à s’user plus rapidement en cas d’utilisation régulière. C’est pourquoi de nombreux pays préfèrent utiliser le zinc comme un alliage pour les pièces de monnaie plutôt que comme métal principal. Par exemple, les pièces d’euro sont composées d’un noyau en laiton recouvert de couches de nickel et de cuivre-zinc pour améliorer leur résistance à la corrosion et prolonger leur durée de vie.

Les applications possibles du zinc sont légion. Il constitue une matière idéale pour les appareils ménagers, les jouets, les divers outils grâce à sa résistance, sa fluidité, sa capacité de traitement de surface et ses faibles points de fusion. Ses nombreux composés entrent dans la fabrication des pneus, des articles en caoutchouc, des pigments de peinture, ainsi que du verre.

Avantages et inconvénients du zinc

Résistance à la corrosion

Le zinc est connu pour sa résistance à la corrosion, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications en extérieur et en milieu marin. Les revêtements de zinc protègent les surfaces métalliques de la rouille, de la corrosion et de l’érosion.

Durabilité

Le zinc est un matériau durable qui peut résister à des conditions difficiles, comme les intempéries, l’exposition aux produits chimiques et l’usure mécanique. En raison de sa résistance à la corrosion, il peut durer des décennies sans nécessiter de réparations ou de remplacements.

Propriétés esthétiques

Le zinc a une apparence attrayante, comme il peut être poli pour obtenir de superbes surfaces réfléchissantes. Il peut être utilisé pour créer des designs esthétiques pour les toitures, les façades de bâtiments et les ornements architecturaux. Il peut également être facilement teinté pour s’adapter à l’esthétique d’un projet.

Recyclabilité

Le zinc est un métal recyclable qui peut être utilisé à plusieurs reprises sans perdre ses propriétés. Il peut être fondu et retransformé en produits en acier galvanisé ou en alliages de zinc pour une utilisation future. La récupération du zinc peut être effectuée à partir de déchets de construction, d’appareils électroménagers et d’autres sources. Ce qui réduit les coûts de production et diminue l’impact environnemental.

Oligo-élément indispensable à la vie

Le zinc est un oligo-élément important pour les organismes végétaux et animaux en quantités très faibles. Il active les enzymes, favorise la croissance, contrôle les réactions biochimiques et peut influencer la santé pulmonaire. Le corps humain contient généralement 2 à 4 g de zinc, avec des besoins journaliers estimés à environ 15 mg pour un homme normal et jusqu’à deux fois plus pour une femme allaitante.

Le zinc se trouve dans divers aliments comme la viande rouge bovine et les fruits de mer, les légumineuses et les noix. Mais sa biodisponibilité d’origine végétale peut être remise en question à cause des anti nutriments contenus dans les plantes qui peuvent diminuer son absorption. Cependant, les carences en zinc ne semblent pas plus courantes chez les véganes comme ils consomment des légumineuses, des grains entiers et des noix. Les végétariens et les végétaliens peuvent néanmoins avoir besoin de prendre des suppléments de zinc pour répondre à leurs besoins nutritionnels.

L’un des principaux avantages de la consommation de zinc dans l’alimentation est qu’il aide à renforcer le système immunitaire et à réduire les risques d’infections, en particulier chez les personnes âgées, les femmes enceintes et les enfants. Cet élément est important pour la synthèse des protéines, ce qui est important pour la croissance et la réparation des tissus corporels.

Le corps humain ne stocke pas le zinc et les excès sont éliminés par la sueur et les selles. La carence en zinc est fréquente chez un tiers de la population mondiale en raison de la sous-nutrition, mais elle peut apparaître dans les pays développés due à un régime alimentaire déséquilibré, en particulier chez les enfants et les personnes âgées.

Une déficience en zinc a des effets néfastes sur les fonctions immunitaires et peut entraîner une sensibilité accrue aux infections, des troubles de la croissance chez les enfants et les adolescents, des retards sexuels, des problèmes de santé reproductive et de guérison des blessures. Les élevages de porcs et de volailles sont également concernés par les carences en zinc.

Ce type de carence peut aggraver l’impact de la pollution des sols sur la santé, car le zinc peut être remplacé par des métaux lourds toxiques du type cadmium dans le corps.

Toxicité

Le zinc est un élément indispensable à la vie, présent naturellement dans l’environnement. Cependant, à des doses élevées, il peut être toxique pour les organismes vivants : les humains et l’écologie. Cette toxicité dépend de plusieurs facteurs dont la voie d’exposition, la dose et la durée d’exposition, l’âge, le sexe, l’état de santé et les facteurs génétiques.

Chez l’homme, l’inhalation de particules de zinc peut causer des irritations respiratoires telles que la toux, la bronchite et la pneumonie. À des doses très élevées, l’inhalation de poussières de zinc peut provoquer une maladie respiratoire connue sous le nom de fièvre des soudeurs, caractérisée par de la fièvre, des douleurs musculaires et de la fatigue.

L’ingestion de grandes quantités de zinc peut également causer des nausées, des vomissements, des douleurs abdominales et de la diarrhée. Dans les cas graves, cela peut entraîner une déshydratation, une anémie et des troubles rénaux.

Le contact prolongé avec des solutions contenant du zinc peut aussi causer des irritations cutanées : des éruptions cutanées, des rougeurs et des démangeaisons.

Les effets toxiques du zinc pour l’écologie sont généralement observés lorsque des doses élevées sont libérées dans l’environnement. Les rejets de zinc peuvent entraîner des effets négatifs sur les organismes aquatiques tels que les poissons, les crustacés et les mollusques, ainsi que sur les plantes et les animaux terrestres qui dépendent de l’eau pour leur survie.

Les sources courantes de libération de zinc dans l’environnement incluent les déchets industriels, les eaux usées, les pesticides, les engrais et les produits chimiques utilisés dans les mines et les exploitations minières. Les eaux usées municipales peuvent contenir du zinc provenant de produits de soins personnels, par exemple les crèmes solaires et les produits de maquillage.

Les organismes aquatiques peuvent être particulièrement vulnérables à la toxicité du zinc en raison de leur exposition constante à l’eau contaminée. Les effets négatifs sur les poissons peuvent inclure des troubles de la reproduction, des anomalies congénitales, des changements comportementaux et la mort.

Sensibilité à la chaleur

Le zinc peut se dégrader à des températures élevées, ce qui peut entraîner une perte de propriétés et de performance. Il est donc important de prendre en compte les propriétés thermiques du zinc lors de l’utilisation de ce métal dans des applications à haute température.

Le zinc est un métal largement utilisé dans de nombreuses industries grâce à ses propriétés uniques, notamment sa résistance à la corrosion, sa facilité de travail et son faible coût. Il est également important pour la santé humaine et animale en tant que nutriment essentiel. Cependant, il est important de prendre en compte les inconvénients potentiels du zinc dont sa toxicité à des niveaux élevés et sa sensibilité à la chaleur. Le zinc reste un matériau polyvalent et critique pour de nombreuses applications industrielles et domestiques. Face à la forte demande de consommation, son utilisation ne peut que se voir à la hausse. Le risque demeure même que le zinc diminue et donc que son prix augmente au cours des 30 prochaines années.