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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Tous les éléments présentés

Etain

L’étain est un métal à l’aspect argenté, mou et très facile à travailler. Disponible sous forme de plaques ou de fil, il peut être réduit en poudre en dessous de 10°C, température à laquelle il émet un crissement particulier. Il fond facilement vers 230°C, n’est pas attaqué par l’eau et s’oxyde assez lentement à l’air ambiant. Il n’est pas très abondant au sein de la croûte terrestre (un peu moins de 2 ppm, soit 2 g/tonne). A l’état naturel, il n’existe pas sous forme métallique mais uniquement sous forme oxydée, le principal minerai exploitable étant la cassitérite (SnO2).

Cassitérite, mine de Telamayu, Bolivie - Crédit photo : Rojinegro81, 2014
Cube d’étain métallique (Sn) - Crédit photo : Carsten Niehaus, 2006

Largement présent dans la vie courante (objets alimentaires, bronze…), il n’a pas de rôle biologique et est considéré comme présentant une innocuité parfaite dans les conditions normales d’utilisation (peu ou pas d’absorption digestive). Pour un pH suffisamment bas (acide), l’étain métallique est oxydé et peut passer plus facilement la barrière digestive, entrainant des effets toxiques : en effet, l’étain interfère dans le métabolisme du fer et du cuivre (lesquels sont essentiels aux êtres vivants). Utilisés uniquement en laboratoire, les dérivés organiques de l’étain sont hautement toxiques.

Étymologie  : l’origine du nom attribué à notre élément n’est pas claire. Le substantif français « étain » dérive de racines indo-européennes (tin en anglais, zinn dans les langues germaniques). Le symbole Sn est relié au latin ancien stannum, qui désignait à l’origine un alliage de plomb et d’argent. L’origine même de « stannum » est très ancienne, mais actuellement non datée.

Origine  : L’étain est un élément produit par capture de neutrons dans les noyaux d’éléments du pic du fer. Les neutrons peuvent provenir de la réaction nucléaire qui transforme le néon en magnésium, ou celui qui transforme le carbone 13 en oxygène 16. Ces processus de capture de neutrons peuvent être rapides, comme par exemple lors de la fusion d’étoiles à neutrons, où les neutrons rapides sont capturés et grossissent les noyaux des éléments du pic du fer. La réaction nucléaire peut aussi être une capture lente de neutrons, par exemple dans les étoiles de masse intermédiaire en fin de vie (branche asymptotique des géantes).
Dans le cas de l’étain, il est produit à environ 70% par des processus de capture lente.

Historique  : L’étain est un des plus anciens métaux connus. L’alliage étain/cuivre (bronze) est directement relié à l’époque dite de « l’âge du bronze » ; les premières utilisations du bronze remontent à 3 000 avant J.C. (Mésopotamie, vallée de l’Indus). L’origine même du bronze est par ailleurs encore inconnue. Lorsque le cuivre est allié à environ 5% d’étain, le bronze formé fond non seulement à une température plus basse que l’étain lui-même, facilitant ainsi le travail du matériau, mais produit un alliage plus dur, idéal pour la fabrication d’outils et d’armes.
Un anneau en étain et une bouteille de pèlerin ont été trouvés dans une tombe égyptienne de la dix-huitième dynastie (1580-1350 av. J.-C.). Des mines d’étain ont été exploitées en Chine vers 700 avant JC. L’ancienne cité inca du Machu Pichu abrite également des reliques en étain.

Les ressources minérales de la Vallée de l’Indus à l’Âge de Bronze.
Étain : étoiles grises. Cuivre : étoiles oranges. Or : losanges oranges - Crédit photo : Merikanto, 2018

L’étain dans la vie courante :
Les utilisations de l’étain, seul ou allié, sont nombreuses et diversifiées.
Donnant facilement une finition d’un haut degré de polissage, l’étain sert à recouvrir les métaux oxydables afin de les protéger contre la corrosion (étamage). Les boites de conserves en acier revêtu d’étain sont d’utilisation commune.

Intérieur d’une gourde en acier étamé - Crédit photo : Schtone, 2009

L’alliage niobium-étain est utilisé pour l’obtention d’aimants supraconducteurs. L’alliage étain-plomb de composition massique 62/38 est disponible en fil pour effectuer les soudures dites « à l’étain ».
Les tuyaux des orgues sont composées d’un alliage étain/plomb en proportion variable selon la tonalité désirée. Les cymbales et la majorité des cordes des instruments de concert sont à base de bronze. Cet alliage a une vaste application dans la sculpture, la numismatique et la miroiterie.

Corde de guitare acoustique en acier (diamètre 1,12 mm)
recouverte de bronze phosphoreux - Crédit photo : Badagnani, 2008

Les sels d’étain pulvérisés sur le verre sont utilisés pour produire des revêtements électriquement conducteurs.
Le sel d’étain le plus important utilisé est le chlorure d’étain (II), qui sert d’agent réducteur et de mordant pour la teinture des toiles en coton et de la soie. Le stannate de zinc (Zn2SnO4) est un ignifuge utilisé dans les plastiques.

L’étain à l’Institut UTINAM :
Des alternatives aux traitements de surfaces par le nickel doivent impérativement être envisagées. En effet, les sels de nickel ont été classés CMR (cancérogène, mutagène et toxique pour la reproduction) et deviennent des produits chimiques à éviter. Des alternatives au revêtement de nickel représentent un enjeu important pour les industriels afin de respecter la protection de l’environnement et des personnes, tout en gardant des performances équivalentes (tenue à la corrosion, par exemple).

Parmi les solutions possibles, les alliages cuivre-étain sont de « bons candidats » d’un point de vue scientifique et industriel : coût raisonnable, bonnes propriétés anticorrosion, résistance à l’usure.

Des travaux à l’Institut UTINAM portent sur la compréhension des mécanismes de croissance des revêtements Cu-Sn élaborés en milieu acide. L’absence d’additif conduit à des morphologies non homogènes. L’ajout de gélatine facilite la formation des alliages Cu-Sn et affine la morphologie. La formulation complète (concentration des espèces métalliques, concentrations en additifs…) est envisagée en vue d’applications industrielles.

Revêtement Cu-Sn a) sans additif et b) avec gélatine - Crédits photo : Institut UTINAM