L'étain est l'élément chimique de numéro atomique 50, de symbole Sn (du latin stannum). Il appartient au groupe des cristallogènes ainsi qu'à la famille des métaux pauvres. Il existe dix isotopes stables de l'étain, principalement ceux de masses 120, 118 et 116.

L'étain existe aux états d'oxydation 0, +II et +IV. À température ambiante le corps simple étain est un solide métallique.

L'étain est connu depuis l'antiquité où il servait à protéger la vaisselle de l'oxydation et pour préparer le bronze. Il est toujours utilisé pour cet usage, et pour le brasage. Cet élément est peu toxique. Rare à l'état natif, l'étain est essentiellement extrait d'un minéral appelé cassitérite où il se trouve sous forme d'oxyde SnO₂.

Caractéristiques

C'est un métal gris-argent, malléable, moyennement ductile à température ambiante. Il est hautement cristallisé et la déformation d'une lame d'étain produit du bruit ; on dit que l'étain « crie » ou « pleure » (phénomène de maclage).

Il résiste à la corrosion par l'eau de mer et l'eau douce, mais peut être attaqué par les acides forts. Cette résistance est de nature cinétique puisque le potentiel normal du couple Sn²⁺Sn = -0,136 V. Il est donc thermodynamiquement attaqué par l'eau, et bien sûr par l'oxygène.

Variétés allotropiques

À la pression atmosphérique, l'étain pur possède trois variétés allotropiques (il peut exister sous trois formes cristallines). Entre 13 °C et 162 °C, l'étain est sous forme ${\displaystyle \beta }$, c'est l'étain blanc, de masse volumique 7,28 g cm⁻³. Au-dessus de 162 °C, on trouve la forme ${\displaystyle \gamma }$, structure orthorhombique, cassante, que l'on peut pulvériser avec un mortier. En dessous de 13 °C, l'étain blanc se transforme lentement en étain gris, de structure diamant, c'est la forme ${\displaystyle \alpha }$, de masse volumique 5,75 g cm⁻³.

Cette transformation et le changement de densité qui l'accompagne affectent la tenue mécanique du matériau. En dessous de −50 °C, la transformation est rapide et l'étain devient pulvérulent (tombe en poussière). C'est la « peste de l'étain » (« lèpre de l'étain » quand le phénomène reste superficiel). Ce phénomène « est décrit lors de la campagne de Russie par les soldats de Napoléon, bien placés pour faire cette observation, leurs boutons de pantalons étaient en étain^[10] ».

Isotopes

L'étain possède 39 isotopes connus, de nombre de masse variant de 99 à 137, et 32 isomères nucléaires. Parmi eux, 10 sont stables (trois sont potentiellement radioactifs, mais aucune désintégration n'a pour l'instant été observée), ce qui fait de l'étain l'élément comportant le plus d'isotopes stables, suivi par le xénon. Il y a de grandes chances que cette propriété ait un rapport avec le fait que l'étain possède 50 protons, un nombre magique.

Historique

L'étain était connu dans l'Antiquité sur toute la planète. C'est un des composants de la métallurgie du bronze. Le nom d'origine latine stannum ou stagnum fut d'abord utilisé pour un mélange d'argent et de plomb. Les navires phéniciens franchirent les colonnes d'Hercule et allèrent jusqu'en Bretagne et en Cornouaille (les mythiques « îles Cassitérides ») à la recherche des mines d'étain (en grec ancien κασσίτερος). Plus tard, Jules César a décrit l'exploitation de minerais d'étain dans les mines de Cornouailles en Grande-Bretagne. Retirer aux Gaulois et aux Grecs qui l'exportaient par le port de Massalia (Marseille) le contrôle de la route de l'étain depuis la Grande-Bretagne par la Gaule transalpine en empruntant le Rhône, faisait partie des objectifs de la conquête césarienne^{[réf. souhaitée]}.

Production

Extraction

La métallurgie de l'étain est une réduction de l'oxyde SnO₂ par le carbone à haute température^[11].

Il existe également un circuit de recyclage qui produit 30 % de l'étain. Ainsi, l'étain contenu dans un alliage appelé fer-blanc (acier recouvert de 0,3 % d'étain pour le protéger) est récupéré par traitement à la soude à 70 °C. L'acier reste à l'état métallique alors que l'étain est attaqué et produit des ions stanate SnO₄^4-. Ceux-ci sont ensuite réduits en étain métallique par électrolyse^[11].

La France ne possède plus de mine d'étain depuis 1975. Les dernières, en Bretagne (mine de Saint Renan), produisaient 500 t/an^[11].

La Malaisie est le pays où se situent la plupart des réserves mondiales d'étain. La cassitérite y est notamment exploitée par dragage des fonds sous-marins, ce qui n'est pas sans poser de sérieux problèmes environnementaux.

Production minière mondiale 2014 ^[12]

Alliages

• Le bronze, anciennent dit airain, un mélange de cuivre et d'étain, a été utilisé depuis l'Antiquité (âge du bronze).
• L'alliage plomb-étain, dit aussi parfois métal blanc n'est plus utilisé pour le contact alimentaire en raison de la toxicité du plomb, mais sert pour la brasure.
• Le « métal anglais » est un alliage d'étain (de 70 à 94 %), d'antimoine (de 5 à 24 %) et de cuivre (jusqu'à 5 %) servant pour la fabrication de vaisselle et d'objets de décoration.

Composés

• L'oxyde d'étain SnO₂ est utilisé entre 4 et 8 % dans certains verres comme opacifiant^[11].
• Le tétrachlorure d'étain SnCl₄ permet de préparer les dérivés organoétains ou sert comme catalyseur de Friedel-Crafts pour les réactions d'acylation, d'alkylation et de cyclisation^[11].
• Les stannates SnO₄^4- sont des sources d'étain pour les étamages électrolytiques^[11].
• L'octanoate d'étain (II) Sn(C₇H₁₅COO)₂ s'utilise comme catalyseur pour la production de mousses de polyuréthane^[11].
• Les organoétains (50 000 t/ans utilisées dans le monde), dont :
  • le plus utilisé, le tributylétain n-(C₄H₉)₃Sn-H. Il est utilisé pour les peintures navales antifouling^[11].
  • les dialkylétains (20 940 t) sont utilisés comme stabilisant thermique du PVC^[11].
  • Le dilaurate de dibutylétain, (nC₄H₉)₂Sn(OOCC₁₁H₂₃)₂, sert de catalyseur pour la fabrication des caoutchoucs silicones^[11].
  • L'oxyde de tributylétain [(n-C₄H₉)₃Sn]₂O est un fongicide utilisé pour la préservation du bois^[11]. On l'utilise dans des peintures pour coques de bateau pour empêcher la fixation des algues. Ce composé est toxique pour l'environnement, ce qui en fait limiter l'usage actuellement.

Utilisations

L'étain peut s'utiliser au contact des aliments.

L'étain intervient sous forme pure ou alliée dans la fabrication de nombreux objets, notamment :

• Les feuilles d’étain ont été utilisées pour la conservation de la viande et du Roquefort.
• Les tubes souples pour l'emballage de produits pâteux à l'abri de l'air ont été d'abord produits en étain. En 1841, un fabricant de couleurs à l'huile propose le tube de peinture souple en étain. Il servira ensuite pour des cosmétiques et le dentifrice ou des produits alimentaires au début du XX^e siècle. L'étain sera ensuite remplacé par de l'aluminium, moins coûteux, puis souvent par de la matière plastique.
• La vaisselle et les objets décoratifs sont généralement en « métal anglais », de composition variable.
• Figurines, soldats dits « de plomb », objets décoratifs sont fondus en étain ou alliage avec du plomb.
• L'alliage « noble » pour fondre les sculptures est le bronze, qui a aussi servi pour les Canons de l'ancienne artillerie.
• La robinetterie utilise un alliage intermédiaire entre le laiton et le bronze qui comprend 10 % d'étain et 3 % de zinc^{[réf. souhaitée]}.
• La Brasure (nommé abusivement soudure) s'effectue avec un métal d'apport constitué par un alliage souvent d'étain, comme en électronique.
• On incorpore souvent de l'étain dans l'alliage des pièces de monnaie. Les pièces de 50 centimes, 20 centimes et 10 centimes d'Euro en contiennent 1 %.
• L'alliage étain-niobium Nb₃Sn est supraconducteur à des températures relativement « élevées » (température critique de −254,15 °C). Ses performances : densité de courant de 750 A mm⁻² sous 12 teslas le désigne comme le successeur du niobium-titane pour les applications à grande échelle.

L'étain sert encore comme auxiliaire de fabrication. Le procédé le plus répandu pour celle du verre plat est le flottage sur lit d'étain en fusion (verre « float » ou verre flotté).

Instruments de musique

Tuyau d'orgue 

Les facteurs d'orgue utilisent un alliage comprenant au moins 50 % d'étain avec du plomb, du cuivre et souvent des traces d'autres métaux comme l'antimoine pouvant aller rarement jusqu'à l'étain pur. L'étain donne une belle sonorité, résiste bien à la corrosion et garde une belle couleur pour les tuyaux de « montre ».

Cloche 

Les cloches se fondent en bronze contenant entre 21,5 et 24 % d'étain (d'autant plus que la cloche est petite). La teneur en étain influe sur la dureté du métal, et, par conséquent, sur la qualité du son de la cloche.

Cymbale 

Comme pour la cloche, l'alliage joue un rôle important dans la sonorité de l'instrument, en plus du mode de fabrication ; la composition du métal est différente si celui-ci est destiné à gagner sa structure par martelage. Les alliages les plus connus sont le B8 (CuSn8) avec 8 % d'étain et 92 % de cuivre, et le B20 (CuSn20) avec 20 % d'étain et 80 % de cuivre^{[réf. souhaitée]}.

Étamage

L'étamage consiste à recouvrir une pièce métallique d'une fine couche d'étain ou d'un alliage plomb-étain.

On étame le verre pour fabriquer des miroirs, les casseroles en cuivre pour éviter la formation d'oxyde de cuivre toxique (vert-de-gris), ou les conducteurs électriques pour améliorer les contacts et faciliter la brasure de composants.

Le fer-blanc est une tôle fine d'acier doux étamée, généralement par électro-déposition. Le fer-blanc était surtout utilisé pour fabriquer les emballages métalliques (boîtes de conserve).

Sur un circuit imprimé, l'étain pur (sans plomb) peut former des « whiskers », c'est-à-dire des fils micrométriques susceptibles de provoquer des courts-circuits. Le processus de formation des « whiskers », qui dure plusieurs mois, est mal compris (il semble que l'intensité du champ magnétique joue un rôle). Des remèdes existent (ajouts de traces d'autres métaux au moment du dépôt de la couche d'étain)^{[réf. souhaitée]}.

Couleur

L'étain utilisé en décoration a un brillant assez faible par rapport à celui d'autres métaux, mais suffisant pour être difficile à répliquer, sauf avec des peintures métallisées. La surface de l'étain oxydée (patinée) est plus sombre et moins brillante que celle de l'étain neuf.

La couleur étain est un nom de couleur en usage dans la mode, pour désigner une nuance de gris, qui ne peut avoir l'apparence du métal. Dans la décoration et le bâtiment, il s'utilise pour des surfaces grises ayant un certain brillant.

Dans les répertoires commerciaux, on trouve en fil à broder 169 étain^[13] ; en matériaux de construction béton ciré étain^[14].

L'étain est le composant principal d'un pigment jaune historique, l'or mussif, un bi-sulfure d'étain d'aspect doré, utilisé notamment dans l'art byzantin pour les icônes et les mosaïques. Il se compose de fines plaquettes donnant un éclat à la peinture. Il est référencé PY38 au Colour Index. C'est un produit vénéneux, abandonné aujourd'hui au profit de poudres de bronze^[15].

Significations conventionnelles

• Les noces d'étain symbolisent les 10 ans de mariage dans le folklore français.
• L'étain est le 4^e niveau dans la progression de la sarbacane sportive.
• Fabre d'Églantine proposa d'associer à chaque jour du calendrier républicain un des « objets qui composent la véritable richesse nationale », à la place des saints du calendrier romain. Le 26^e jour du mois de nivôse a donc été dédié à l'étain^[16].