Le soufre, élément atomique n°50 de symbole Sn : ses caractéristiques, son histoire et ses utilisations

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.

Ses isotopes

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’histoire de l’élément étain

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.

Alliages de l’étain

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.

Composés de l’élément

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 SnO₄^4- 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.

Les instruments de musique

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’étain et l’étamage

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.

La toxicologie de l’étain

Cet élément n’est pas toxique. Cependant, il est souvent associé à des traces de plomb qui, eux, le sont.

Imprégnation des populations humaines par l’élément

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.

La couleur de l’élément

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.

Les significations conventionnelles de l’étain

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 26^e jour du mois de nivôse.