Zinc

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Zinc
Zinc fragment sublimed and 1cm3 cube.jpg
CuivreZincGallium
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
30
Zn
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Zn
Cd
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Zinc, Zn, 30
Série chimique Métaux de transition
Groupe, période, bloc 12, 4, d
Masse volumique 7,134 g·cm-3 (25 °C)[1]
Dureté 2,5
Couleur Gris-bleuté
No CAS 7440-66-6[2]
No EINECS 231-175-3
Propriétés atomiques
Masse atomique 65,409 ± 0,004 u[1]
Rayon atomique (calc) 135 pm (142 pm)
Rayon de covalence 122 ± 4 pm[3]
Rayon de van der Waals 139 pm
Configuration électronique [Ar] 3d10 4s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 2
État(s) d’oxydation 2
Oxyde amphotère
Structure cristalline Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide (diamagnétique)
Point de fusion 419,527 °C (congélation)[4]
Point d’ébullition 907 °C[1]
Énergie de fusion 7,322 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 115,3 kJ·mol-1
Volume molaire 9,16×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 192,2 Pa
à 419,53 °C
Vitesse du son 3 700 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,65
Chaleur massique 390 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 16,6×106 S·m-1
Conductivité thermique 116 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HCl[5]
Énergies d’ionisation[1]
1re : 9,394199 eV 2e : 17,96439 eV
3e : 39,723 eV 4e : 59,4 eV
5e : 82,6 eV 6e : 108 eV
7e : 134 eV 8e : 174 eV
9e : 203 eV 10e : 238 eV
11e : 274 eV 12e : 310,8 eV
13e : 419,7 eV 14e : 454 eV
15e : 490 eV 16e : 542 eV
17e : 579 eV 18e : 619 eV
19e : 698 eV 20e : 738 eV
21e : 1 856 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
64Zn 48,2 % >4,3×1018 a ε
β+
65Zn {syn.} 244,26 j ε
β+
1,352 65Cu
66Zn 28,0 % stable avec 36 neutrons
67Zn 4,1 % stable avec 37 neutrons
68Zn 19,0 % stable avec 38 neutrons
70Zn 0,6 % >1,3×1016 a 2β-
Précautions
SGH[6]
SGH02 : InflammableSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H250, H260, H410,
Transport[7]
X423
   1436   

423
   1436   
Directive 67/548/EEC[7]
Facilement inflammable
F
Dangereux pour l’environnement
N



Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le zinc (prononciation /zɛ̃g/ en France, /zɛ̃k/ au Canada, /zɛ̃/ en Suisse) est l'élément chimique de numéro atomique 30 et de symbole Zn.

Généralités sur l'élément zinc[modifier | modifier le code]

Le zinc est par certains aspects semblable au magnésium dans la mesure où son état d'oxydation courant est +2, donnant un cation de taille comparable à celle de Mg2+. C'est le 24e élément le plus abondant dans l'écorce terrestre. Il possède cinq isotopes naturels stables.

Le zinc est un élément de la première série des éléments de transition, un élément du groupe 12 et de période 4. Il fait partie du "groupe du zinc" ou groupe IIB qui comprend par ordre de numéro atomique Zn30, Cd48 et Hg80 caractérisés par deux électrons s au-delà d'un niveau d complet. La configuration électronique du zinc est [Ar](3d)10(4s)2. Zinc et cadmium Cd sont des métaux électropositifs assez similaires, alors que le mercure Hg présente une réactivité encore plus faible et un caractère métallique encore plus noble. Pour les chimistes, le groupe du zinc, comportant des métaux insolubles dans l'eau aux points de fusion et d'ébullition assez bas, aux petits rayons ioniques, ayant tendance à former des complexes se distinguent nettement des alcalino-terreux.

Le zinc est environ 600 fois plus abondant que le cadmium, environ 1500 fois plus abondant que le mercure.

Les minéralogistes considèrent l'espèce minérale, le corps simple ou "métal au sens moderne" connu avant l'Antiquité. Le zinc cassant à température ambiante et qui s'oxyde facilement n'a jamais été considéré comme un "métal antique". De plus, il n'avait pas grand intérêt directement. De manière pratique, les métallurgistes de l'Antiquité employaient ses minerais mélangés à d'autre minerais de cuivre et/ou d'étain qui permettaient de fabriquer divers laitons et/ou des bronzes ou airains sophistiqués.

Les Anciens qui connaissaient la cadmeia, petra cadmeïana ou pierre cadméenne, la cadmia déjà extraite dans les mines de la cité thébaine, dénommée en français du XVIIIe siècle la "cadmie", pierre calamineuse ou "calamine", un minéral ou minerai carbonaté de zinc, paraissent avoir connu le corps simple zinc obtenu dans des conditions strictement réductrices[8]. Homère cite ce composant du laiton, et, des idoles principalement à base de zinc probablement mises en forme à chaud ne sont pas inconnues aux temps homériques en Grèce continentale ou îlienne. Il existe aussi des bracelets remplis de zinc, par exemple ceux découverts sur l'île de Rhodes dans l'antique cité de Camiros ou Cadmeiros détruite au Ve siècle av. J.-C., ce qui a permis de donner une estimation bornée sur la période de leur fabrication[9].

La métallurgie indienne produit abondamment du zinc purifié dès le XIIe siècle, à partir de carbonate de zinc et de matières organiques réductrices, comme de la laine usagée. Les marchands arabes, en contact avec les Indiens du Nord l'exportent vers l'Occident et l'Orient. L'Indonésie, puis la Chine semblent en fabriquer de même qualité respectivement un et deux siècles plus tard. Les navigateurs portugais cassent le monopole des caravaniers ou navigateurs arabes. Ils sont bientôt concurrencés par les compagnies hollandaises.

Ce corps simple, autrefois confondu parfois avec de mauvaises variétés d'étain, mais permettant la fabrication directe des laitons, est présenté dans le "livre des forges" de Georgius Agricola comme il semble aussi apparaître dans les écrits abscons de Basile Valentin, vers 1650. Il faut attendre en 1695 la préparation publique du zinc à partir de la calamine ou carbonate de zinc, ou à défaut la blende, par le chimiste batave Guillaume Homberg, professeur de chimie du généreux futur duc d'Orléans, et futur régent Philippe. Au XVIIe siècle, la plupart des bronzes d'art sont des "bronzes au zinc", en réalité des bronzes fortement cuivrés avec plus de zinc que d'étain ou de plomb[10]. Le métal zinc favorisant le coulage dans des moules est souvent présent, mais en faible quantité, dans les objets d'art obtenu par moulage

L'industrie du zinc se développe progressivement du milieu du XVIIIe siècle à 1820, où il existe une véritable industrie du zinc. La première fonderie de zinc, procédant par réduction d'oxyde de zinc à l'abri de l'air, est installée par Andreas Margraff entre 1746 et 1749[11]. Les métallurgistes anglais investissent dans la production du zinc, à l'exemple de William Champion fabricant de laitons. Le chimiste liégeois Jean-Jacques Dony perfectionne avant 1810 les procédés à l'usine de la Vielle-montagne près de Liège.

ZnO poudre blanche à froid, jaune à chaud + C charbon de bois, chauffage minimal vers 950 °C[12] → Zn métal fondu + CO gaz monoxyde de carbone

Le métal zinc est utilisé comme anode dans les premières piles à empilement métallique, par exemple les piles voltaïques au début du XIXe siècle. Les premiers alliages de zinc, plomb et étain sous pression sont mis au point entre 1804 et 1814 ː ils permettent d'obtenir des caractères d'imprimerie plus résistants.

Le chimiste britannique Edward Frankland découvre les premiers composés organométalliques à base de zinc (à liaison C - Zn) vers 1850, en appliquant et maîtrisant des techniques de chauffage à reflux et de distillation sous vide ou atmosphère inerte.

L'utilisation du zinc pour le zincage du fer par bain liquide de Zn fondu ou par galvanisation (dépôts d'électrolyse), comme matériau en feuille ou plaque de couverture ou pour système d'évacuation d'eaux de pluie, a permis l'essor de l'architecture de fer, ainsi les halles centrales de Paris, le palais de l'industrie, les nombreux théâtres et gares monumentales de chemin de fer entre 1860 et 1880. Encore dans les années 1980, la moitié du zinc employé dans le monde servait à protéger le fer, aisément dégradé par la corrosion. La recherche sur les alliages de zinc sous pression se poursuit durant l'entre-deux-guerres et débouchent sur des applications industrielles massives.

Tranche de zinc à coté d'une pièce d'un pence (Zn recouvert de cuivre)

L'adjectif zincifère qualifie corps ou matière qui contiennent du zinc de manière significative, par exemple un minerai zincifère, un sol zincifère. Le zinc est une ressource non renouvelable. Le zingueur est l'ouvrier qui manipule, taille et met en forme les feuilles de zinc, dans le bâtiment. Le plombier-zingueur désigne un plombier qui est également zingueur, la zinguerie désigne l'ensemble des activités concernant le zinc [13].

Lexicographie[modifier | modifier le code]

Ce métal importé d'Asie lointaine dès le XIIe siècle se nommait en pratique « étain des Indes ».

C'est le savant Paracelse, tenant de l'iatrochimie, qui donne le nom latin et savant zincum, à ce qu'il affirme désormais être un métal par l'étude de ses qualités chimiques et sa nouvelle classification. Le mot latin est le décalque du terme alémanique Zinke ou Zinken qui signifie « pointe acérée » ou « dent » dans la théorie iatrochimique des pointes acides (expliquant l'acidité avec la sensation sur la langue), et « fourchon », « structure fourchée » ou « forme hachée, découpée ou hachurée » dans la vie paysanne[14]. Une autre explication complémentaire proposée par Paracelse, friand d'association de « morphologies naturelles », est liée à l'apparence de la matière fondue après refroidissement, le zinc refroidi dans un récipient de coulée présentant ces excroissances nommées aujourd'hui dendrites. Ces dépôts de zinc métallique en forme de dendrites ou Zinken, bien connus sous le nom de barbes en cristallographie, apparaissaient lors de la fusion réductrice des minerais de plomb.

Si le mot allemand Zink provient du latin zincum, le mot français est emprunté à l'allemand. Jean de Thévenot, dans ses Relations de divers voyages curieux en 1666, le nomme zinch. Le dictionnaire de Richelet, en respectant la prononciation française courante vers 1680, le simplifie provisoirement en zin ou zain.

Mais la prononciation académique ou technique zɛ̃ɡ (« zing' ») s'impose et se retrouve dans la famille de ce mot qui s'élargit de la fin du XVIIIe siècle au début du XXe siècle, avec le verbe « zinguer », les mots dérivés (parfois de plus en plus polysémiques) zingueur, zinguerie (1870, Larousse), « zincage » ou zingage, zincographie (1852, Dumont), l'adjectif zincifère (1840, Académie)... sans oublier les termes de minéralogie zincite, zincosite... et surtout de chimie comme zincate (prononcé zɛ̃ɡat, « zingat' »), zincide, zincique[15].

Dans les années 1873 à 1876, les écrivains français consignant l'expression populaire, aussi bien Zola que Huysmans, nomment zinc la surface propre des bars anglais ou le revêtement brillant des comptoirs souvent étamés ou cuivrés, plus rarement zingués.

Il est possible que le mot persan zangâr : rouille ; vert-de-gris [Azagar, asugar, asingar, zingar, ziniar (vert-gris) ; de ar. al-zanjâ, qui est le persan zangâr, même signification, puisse être associé à la même racine indo-européenne.

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du zinc.

Le zinc possède 30 isotopes connus, de nombre de masse variant de 54 à 83, ainsi que dix isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, cinq sont stables[16], 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn et 70Zn, et constituent l'ensemble du zinc, le plus abondant étant 64Zn (48,6% d'abondance naturelle). Sa masse atomique standard est de 65,409(4) u.

Vingt-cinq radioisotopes ont été caractérisés, le plus abondant et le plus stable étant 65Zn avec une demi-vie de 244,26 jours, suivis du 72Zn avec une demi-vie de 46,5 heures. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie de moins de 14 heures, la majorité d'entre eux inférieure à une seconde.

Occurrences dans les milieux naturels, minéralogie et géologie, gîtes et gisements[modifier | modifier le code]

Le zinc est un élément moyennement abondant dans l'écorce terrestre. Le clarke s'élève entre 70 g et 132 g par tonne selon les estimations[17]. L'élément zinc est présent dans de très nombreux minéraux.

Le zinc natif est un métal natif très rare. Au milieu du XIXe siècle, il est recensé en Australie.

Le sulfate de zinc figure parmi les sulfates d'altération les plus solubles, provenant par exemple des couches oxydées de roches sulfures portées en surface. Il percole dans ce cas sous le "chapeau de fer" et entre dans des réactions complexes au voisinage de la zone de cémentation, fournissant le plus souvent du gypse, et aussi du carbonate de zinc, qui correspond à l'antique "cadmeïa" ou à notre minéral smithsonite[18].

Le principal minerai de zinc est la "blende" au sens générique, minerai à base de sphalérite, le sulfure de zinc ZnS α.

Minéraux de base et minerais de zinc[modifier | modifier le code]

Le minerai qui est le plus utilisé est le sulfure de zinc appelé blende ou sphalérite (ZnS). Le mot blende, désormais abandonné par la littérature minéralogique, proviendrait selon la tradition savante du mot allemand blenden : « aveugler, éblouir, tromper ». Ce sulfure — le plus répandu dans la lithosphère — cristallise dans le système cubique. Il peut contenir des impuretés métalliques, telles que celles du fer (blendes foncées) : la marmatite, (Zn, Fe)S, contient jusqu’à 14 % de fer. Dans la nature, la sphalérite est associée à d’autres sulfures, comme la galène (sulfure de plomb : PbS).

La wurtzite ZnS β a la même composition chimique mais cristallise dans le système hexagonal : c'est le polymorphe de haute température de ZnS.

Minerai de zinc des mines de Franklin au nord du New-Jersey (marbre cambro-ordovicien à base de calcite blanche, parsemée de zincite rouge et franklinite noire)

Sous l’ancien vocable de calamine, par ailleurs impropre en minéralogie, ont été rassemblées la smithsonite (carbonate de zinc : ZnCO3) et l'hémimorphite (silicate de zinc : Zn4Si2O7(OH) 2, H2O), mais aussi l'hydrozincite Zn5(CO3)2(OH)6, autrefois parfois dénommée zinconise, ou des willemites hydratée ou altérée[19]. Les deux premiers minéraux peuvent être associés. Si historiquement la calamine fut utilisée au début du développement industriel de ce métal, elle est maintenant peu exploitée.

Autres minéraux plus rares ou parfois moins facilement exploitables :

Gisements de zinc[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Extraction du zinc.

Ce sont des gisements d'origines magmatiques, dits primaires ou bien sédimentaires, dits secondaires. Les minerais de zinc sont souvent associés à ceux de plomb, de cuivre, de fer. Les principaux gisements de minerais de zinc se situent en Chine et en Australie.

En 1990, les gisements exploités se situaient également aux États-Unis, au Canada, en Russie (CEI), en République Démocratique du Congo, au Zimbabwe, au Mexique, au Japon, au Maroc, en Espagne, en Suède et dans les Balkans. Leurs teneurs minimales étaient de 40 kg par tonne.

Zinc, métal pur à 99,995 %

AU XIXe siècle, les minerais de zinc, à base de carbonates de zinc ou de blende, encore dénommée autrefois "fausse galène", était considérés comme abondants en Europe, notamment en Angleterre, en Allemagne et en Belgique, en particulier entre Liège et Aix-La-Chapelle, en Haute-Silésie... mais aussi en France dans le département du Lot ou au sud des Cévennes, département du Gard.

Propriétés physiques et chimiques, préparation du corps simple, alliages[modifier | modifier le code]

Caractéristiques notables du corps simple métal[modifier | modifier le code]

Le zinc est un métal brillant, gris bleuté à blanc légèrement teinté en bleu-gris, de blanc bleuâtre à gris blanc métallique. Sa texture cristalline est nette, le cristal a une maille hexagonale compacte, sa densité avoisine 7,14. Le réseau hexagonal est souvent allongé, ce qui confère au corps simple des propriétés anisotropes.

Un corps simple métal polymorphe[modifier | modifier le code]

Le zinc est polymorphe, la forme α stable à températures inférieures à 175 °C qui est celle du zinc natif, la forme β transitoire entre 175 °C et 300 °C, et la forme γ aux plus fortes températures.

Le métal est dur et assez peu tenace, fragile et cassant à température ordinaire[20]. Le métal est cassant à froid. Les couvreurs zingueurs savent en outre que les larges plaques ou les feuilles en zinc autrefois pur des toitures manipulées en période de gel, vers −10 °C, se déchirent.

Il n'est ductile, malléable et laminable qu'entre 105 °C et 130 °C, voire 150 °C. Dans ces domaines contrôlé de température, le laminage en feuille mince s'opère facilement. Dans la pratique, la densité d'un morceau de zinc obtenu après fusion avoisine 6,8 et elle peut s'élever par martelage jusqu'à 7,2 (zinc écroui, martelé à chaud), valeur légèrement supérieure à la densité normale. Mais au-delà de 200 °C, la matière zinc redevient cassante et il est alors aisée vers 250 °C de la pulvériser dans un mortier.

Flamme verte du zinc

Le polissage du métal permet d'obtenir de belles surfaces réfléchissantes, avec une réflectance visible de l'ordre de 57 % et assez constante. Ce métal est inaltérable à l'air sec et même dans le gaz dioxygène, en absence stricte d'humidité et de dioxyde de carbone. Il est assez bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, de l'ordre de 27 % des conductivités thermique et électrique du cuivre.

Le corps simple zinc fond au-dessus de 419 °C et bout vers 907 °C.

Chauffé à l'air, largement au-dessus de sa température de fusion, il brûle générant une lumière bleue-verte caractéristique du test de flamme, laissant un oxyde ZnO infusible sous forme de flocons légers dans l'air, blanc à basses températures, jaunes à hautes températures. Les vapeurs de zinc s'enflamment à l'air vers 500 °C en laissant des flammèches blanches éclatantes qu'utilisent les "étoiles" des feux d'artifices.

2 Zn solide cristal + O2 gaz → 2 ZnO flocons légers dans l'air ou poudre blanche dans les parties froides confinées avec
Feuille et poudre de zinc

Les poussières de zinc qui apparaissent par condensation des vapeurs de zinc dans une phase gazeuse chimiquement inerte, comme l'azote ou le dioxyde de carbone, peuvent avoir de grandes surfaces spécifiques. Ces poudres de zinc présentent alors une réactivité accrue ou exacerbée par rapport au zinc métal, corps solide compacte ou matière condensée massive. C'est ce zinc pulvérisé à plus grande réactivité qui est employé pour produire les "étoiles brillantes" des feux d'artifices.

Dissolution en milieux aqueux[modifier | modifier le code]

L'eau distillée est sans action sur le zinc, même à ébullition.

Il est insoluble dans l'eau, mais assez facilement soluble dans les acides et les alcalis, de même que dans l'acide acétique. Les solutions aqueuses de chlorure de sodium NaCl, des sulfates alcalins ou alcalino-terreux, comme Na2SO4 ou CaSO4 attaquent le métal.

Le zinc est soluble facilement dans les acides forts et dans les bases fortes, avec dégagement de gaz hydrogène. Il peut être assez facilement soluble dans les acides faibles surtout si le zinc n'est pas très pur (effet de pile en milieu aqueux).

Lorsque le zinc est très pur, la réaction est lente, mais elle peut être vive avec quelques impuretés ː

Zn corps simple métal blanc + 2 HClaqueux liquide acide fumant → ZnCl2 aqueux + H2 gaz
2 Zn corps simple métal blanc + 2 NaOHaqueux soude caustique en excès + 2 H2O → Zn(OH)2 aqueux + 2 NaOHaqueux + H2 gaz

Le dégagement de gaz dihydrogène est plus important en cas de chauffage à ébullition avec la soude ou la potasse caustique. Poussé jusqu'à dessication du mélange, il ne reste plus que ce qu'on prenait autrefois pour un résidu d'oxyde de zinc et d'alcalis solides (soude ou potasse caustique), mais qui est en fait un zincate de formule type Na2ZnO2 ou K2ZnO2.

Le zinc réagit avec l'eau bouillante sous pression, à une température supérieure à 100 °C, en libérant de l'hydrogène. La réaction de décomposition existe pourtant à froid dans l'eau, mais elle est très lente, elle n'est concrètement observée qu'en présence d'acide. En réalité, la passivation est d'abord due à des bulles d'hydrogène qui empêche la poursuite de la réaction, c'est une passivation par adsorption du gaz hydrogène en surface du métal (potentiel hydrogène).

Pour favoriser la réaction par exemple avec l'eau acidulée à l'acide sulfurique, il suffit de mettre le zinc au contact du cuivre ou du plomb, en créant un effet de pile. Le résultat est le même si le métal ordinaire zinc employé contient des impuretés significatives de métaux plus électronégatifs.

L'addition de copeaux de zinc à une solution aqueuse stable d'ions métalliques, par exemple de cuivre, de plomb, de mercure ou d'argent, métaux plus nobles que le zinc, provoque par un effet redox la précipitation des métaux nobles et la dissolution du zinc en solution.

Corrosion et couches passivantes d'hydroxy-carbonates de zinc[modifier | modifier le code]

Le zinc est inaltérable à froid dans l'air sec. La surface du zinc se ternit à l'air, du fait de la présence de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau (humidité relative). Le zinc peut réagir avec les facteurs ambiants : vapeur d'eau ou humidité, condensat aqueux, oxygène, dioxyde de carbone, carbonate basique formé en milieu aqueux, etc, pour former une patine ou couche blanche couvrante. Cette patine se traduit par une diminution progressive de l'éclat métallique de la surface. La couche formée, insoluble, adhérente et protectrice, a comme constituant principal du carbonate basique de zinc.

L'altération superficielle à l'air humide est drastiquement limitée, voire arrêtée par une patine légèrement grise ou blanchâtre que les Anciens appelaient "hydrocarbonate d'oxyde de zinc". Cette couche passivante est formée de carbonates basiques ou hydroxy-carbonates de zinc peu soluble, couvrant, de formule générique Zn(OH)x(CO3)y. Le composé le plus connu est l'hydrozinguite Zn5(OH)6(CO3)2 [21]. La couche formée est en pratique passivante parce qu'elle présente une bonne adhésion au support métallique, stable autant en milieu aqueux salé qu'en milieu sucré et que son coefficient de dilatation reste proche de celui du métal.

Cette propriété justifie l'usage du zinc en feuille mince ou plaque en zinguerie et en zingage des couvertures de toit, en gouttière pour l'évacuation des eaux, en baignoire ou bassin de rétention d'eau ou bien son emploi pour la protection anti-corrosion du fer, par exemple le "fer galvanisé" (obtenu par immersion de pièce dans un bain de zinc fondu ou par dépôts électrochimiques)[22].

En contact avec de l'eau stagnante, il forme des taches blanchâtres constituées notamment d'hydroxyde et d'oxyde de zinc, produits pulvérulents généralement peu adhérents et non protecteurs, parfois appelés rouille blanche.

L'altération d'une couche de zinc pur à l'air sec est plus nette car la surface de zinc résiste modérément à la corrosion en milieu neutre ou alcalin.

Production de zinc[modifier | modifier le code]

La métallurgie ancienne du zinc comportait trois étapes clefs,

  • le grillage à l'air pour obtenir l'oxyde de zinc. Le carbonate de zinc dégage de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Mais la blende grillée relargue du gaz dioxyde de soufre, qui pouvait être utilisé par une "chambre de plomb" ou une unité de production associée d'acide sulfurique.
  • la réduction de l'oxyde de zinc plus ou moins impur par le carbone (charbon de bois, charbon ou houille sèche avec quelques fragments) à plus de 900 °C avec libération de monoxyde de carbone.
  • la distillation en cornues ou fours spécifiques du zinc impur selon deux grandes techniques dénommées per ascensum (cornues de cylindres de terres réfractaires de l'usine de Vieil-Montagne, près de Liège, cornues en forme de moufles en Silésie) ou per descensum (Angleterre)[23].

La production de zinc à partir de minerai (blende) est aujourd'hui effectuée dans deux filières technologiques distinctes :

Les opérations du procédé pyrométallurgique sont :

  • grillage du minerai type blende ou sulfure de zinc (ZnS) pour obtenir idéalement l'oxyde de zinc ZnO et en réalité un mélange d'oxydes (ZnO impur, avec l'oxyde de cadmium CdO, l'oxyde de plomb PbO, les oxydes de fer...);
  • réduction par exemple par le carbone C, de la masse d'oxyde pour obtenir du zinc métallique (Zn) ;
  • affinage du zinc par liquation et distillation pour en séparer les impuretés comme le plomb, le cadmium ou le fer.

Les opérations du procédé hydrométallurgique sont :

  • grillage du sulfure de zinc (ZnS) pour obtenir un oxyde de zinc (ZnO) et supprimer certaines impuretés (fer) ;
  • lixiviation pour solubiliser le zinc sous forme de sulfate de zinc (ZnSO4) ;
  • cémentation pour éliminer les impuretés : cobalt, nickel, cadmium et cuivre de la solution de sulfate de zinc ;
  • électrolyse pour transformer le sulfate de zinc en zinc métal.

Cuivre, cadmium, plomb, cobalt et nickel peuvent être des sous-produits de la production de zinc.

Le zinc est laminé en feuilles minces, qui peuvent atteindre O,87 mm d'épaisseur. Il peut être vendu en feuilles, en bobines de diverses caractéristiques, en profilés, en pièces spécifiques, en éléments ou composants de surface prépatinés...

Plaque de zinc centimétrique

Les tôles minces ou feuillards de zinc peuvent être caractérisées par un coefficient d'anisotropie moyen rm de l'ordre d'un demi (0,5) et un coefficient d'écrouissage d'un dixième (O,1). Le premier coefficient indique que le zinc est très peu apte à l'emboutissage profond, à l'instar des plus médiocres feuillards d'aluminium soumis à une mise en forme à froid. Le second coefficient montre la faible déformation plastique du zinc dans les mes conditions. Les alliages métalliques s'imposent, en particulier, pour garantir des propriétés mécaniques convenables ou même inespérées, comme avec les matériaux superplastiques obtenus avec le cuivre.

Alliages[modifier | modifier le code]

Il existe des alliages importants, comme les laitons ou le cuivre jaune principalement à base de cuivre et de zinc, le tombac, les maillechorts ZnCuNi, le virenium à base de cuivre, nickel et zinc, le zicral à base d'aluminium et de zinc, le prestal Zn0.78Al0.22 très résistant, le zamak alliage à base de zinc, aluminium, magnésium et cuivre comme le rappelle la concaténation des initiales formant la dénomination en allemand... voire les nombreux alliages pour soudures ou pour les caractères d'imprimerie à base de plomb, de bismuth et d'étain, les zinc alliés, les alliages de zinc à très faibles teneurs de titane et de cuivre pour le bâtiment, le "chrysocale" ou "chrysocalque" à base de cuivre, étain et zinc, l'"argentan" à base de cuivre, nickel et zinc ou encore le "pacfung" ou "cuivre chinois" à base de cuivre, zinc et nickel en bijouterie et orfèvrerie, les bronzes au zinc....

Certains alliages sont conçus pour le moulage sous pression, par exemple dans l'industrie automobile. Les alliages de cuivre, d'argent, d'étain et de cadmium sont employés pour certaines brasures, ainsi le Cu0.45Zn0.30Ag0.20Cd0.05 fond vers 615 °C ou le Ag0.35Cu0.26Ag0.22Cd0.18 à 607 °C.

L'alliage "gun metal" mis au point au XIXe siècle sous l'autorité de l'amirauté britannique était un bronze technique au zinc du type Cu0.88Sn0.10Zn0.02. Mais la Royal Navy constate assez vite l'usure de l'alliage d'armement, la perte de résistance et même la lente perte systématique du zinc au contact de l'eau de mer et des embruns. Une solution métallurgique fut l'addition de 0,04 % d'arsenic à l'alliage pour restreindre l'évolution néfaste.

Les pièces britanniques d'un penny ou deux pennies, à valeur de pence(s), étaient également du cuivre légèrement bronzé au zinc et à l'étain Cu0.97Zn0.025Sn0.005

Chimie, corps composés, complexes de l'élément zinc[modifier | modifier le code]

Le zinc existe principalement aux états d'oxydation 0, I et II.

À l'état 0, c'est presque exclusivement un réducteur. L'état I concerne quelques composés organozinciques.

À l'état II, l'élément possède des propriétés acidobasique, il intervient dans des complexes et de nombreux composés, et possède encore une plus vaste chimie organométallique. de rayon ionique

Le zinc est moyennement réactif, qui se combine assez facilement avec l'oxygène, vigoureusement avec le soufre et d'autres non-métaux comme le phosphore et les halogènes. Le zinc est chalcophile. Il réagit avec des acides dilués en dégageant de l'hydrogène.

L'état d'oxydation le plus commun du zinc est +II , l'ion Zn2+ de faible rayon ionique 0,74 Å est parfois appelé ion zincique[24]. Il est incolore et peu acide. Dans le solvant eau, le cation zinc divalent est présent sous forme d'un hydrate complexe Zn(H2O)42+

L'obtention d'un précipité de ZnS, par exemple par ajout d'une solution d'hygrogénosufure d'ammonium à un échantillon de zinc solubilisé, permet une analyse pondérale de la quantité de zinc de l'échantillon.

Zinc métal réducteur[modifier | modifier le code]

Avec un E° de -0,7 V ENH, le zinc est un métal qui réduit l'eau et de nombreux autres ions métalliques. La réduction est lente à pH neutre, mais assez rapide en milieux très acides ou très basiques. La réduction d'autres ions métalliques est utilisée :

  • dans les piles (anode des piles Daniell et Leclanché, premières piles alcalines avec cathodes CuO, MnO2, AgO, Ag2O, HgO, ONi(OH) notamment; En terme de puissance unitaire développée ou de densité energétique, les piles zinc-air l'emportent devant les piles AgZn puis NiZn...
  • dans des procédés industriels d'hydrométallurgie
  • avec les plaques pour clichage galvanoplastique...

Chimie acidobasique à l'état II[modifier | modifier le code]

Les ions Zn2+ réagissent vers pH 5 - 6 avec les ions hydroxydes pour donner un précipité d'hydroxyde de zinc Zn(OH)2. L'hydroxyde formé réagit avec des ions H+ pour redonner Zn2+ (à ce titre Zn(OH)2 est une base) mais aussi avec des ions HO pour donner l'ion zincate Zn(OH)42− (à ce titre Zn(OH)2 est un acide).

ZnO oxyde blanc + 2 OH aqueux soude caustique en excès + H2O → Zn(OH)42−aqueux

L'hydroxyde de zinc (et l'oxyde ZnO dont il dérive par hydratation) est donc un hydroxyde (un oxyde) amphotère.

Précipitation de Zn2+ et test d'identification[modifier | modifier le code]

Quelques anions précipitent les ions Zn2+, comme les anions HO (sans excès), CO32−, S2−, PO42− ...

De même, l'ion ferrocyanure Fe(CN)64− et l'ion potassium K+ piègent fortement le cation zincique.

3 Zn2+ ion zincique aqueux + 2 Fe(CN)64− + 2 K+ → K2Zn3[Fe (CN)6]2 précipité avec pKs = 95

Mais les précipités du cation zinc avec l'ion tétracyanatomercurate constituent un test d'identification décisif, à condition d'avoir des traces d'ions cobalt Co2+ (précipité de couleur bleu) ou d'ions cuivre Cu2+ (couleur mauve).

Complexation de Zn2+[modifier | modifier le code]

Les ions Zn2+ peuvent donner des complexes généralement incolores avec des corps solvants, eau H2O, ammoniac NH3...avec la plupart des ligands ou agents complexants courants que sont les amines, les anions cyanures CN, les anions halogénures, les anions thiocyanates SCN, oxalates, tartrates, l'EDTA...

Ainsi les ions complexes Zn(NH3)42+, Zn(CN)42−, Zn(C2O4)22−, Zn(C4H4O6)22−, Zn(EDTA)2−...

L'ion Zn2+ existe également dans des métalloprotéines, telles que certaines histone désacétylases.

Corps composés[modifier | modifier le code]

L'oxyde de zinc est plus stable que l'oxyde de cadmium. L'oxyde de zinc est amphotère, c'est-à-dire qu'il se dissout dans les solutions d'acides forts et les solutions de bases fortes, alors que l'oxyde de cadmium est basique[25]. Mais les deux corps (à caractères covalents croissants) se subliment alors que l'oxyde de mercure HgO se décompose vers 500 °C en libérant son oxygène et le corps simple mercure métal.

Le zinc n'est attaqué par les corps simples halogènes qu'à des températures assez élevées. Les halogénures de zinc ont une structure ionique, un point de fusion assez peu élevé et un net caractère hygroscopique. Ces corps ioniques à lacunes tétraèdriques sont des conducteurs à l'état fondu.

Les corps composés les mieux connus sont :

  • oxydes
oxyde de zinc ZnO hexagonal ou minéral naturel zincite
oxyde de zinc ZnO amorphe
Oxyde de zinc
  • oxydes
peroxyde de zinc ZnO2
  • hydroxydes
hydroxyde de zinc Zn(OH)2 blanc gélatineux
hydroxyde de zinc tétragonal ou minéral naturel sweetite
hydroxyde de zinc tétragonal ou minéral naturel ashoverite
hydroxyde de zinc orthorhombique ou minéral naturel wülfingite
  • fluorures
fluorure de zinc ZnF2 monoclinique ou triclinique, correspondant minéral "fluorine de zinc"
Dihydrate de fluorure de zinc ZnF2. 2 H2O orthorhombique
  • chlorures
chlorure de zinc ZnCl2
  • bromures
bromure de zinc ZnBr2
  • iodures
iodure de zinc ZnI2 hexagonal
  • hydrures
ZnH2
  • sulfures
sulfure de zinc ZnS amorphe (artificiel)
sulfure de zinc ZnS hexagonal (minéral naturel alias wurtzite)
sulfure de zinc ZnS cubique (minéral naturel alias sphalérite)
  • séléniures
séléniure de zinc ZnSe cubique
  • tellures
tellure de zinc ZnTe
  • nitrures
nitrure de zinc Zn3N2
  • phosphures
phosphure de zinc Zn3P2
  • silicates
silicate de zinc ZnSiO3 orthorhombique
hexafluorosilicate de zinc[26]
  • aluminates
aluminate de zinc ZnAl2O4 cubique (minéral naturel alias gahnite)
alun naturel de zinc ou zincalaluminate
  • chromates
chromate de zinc ZnCrO4[27]
  • chlorates
chlorate de zinc Zn(ClO3)2
chlorate de zinc tétrahydraté Zn(ClO3)2. 4 H2O cubique
  • perchlorates
Zn(ClO4)2
Zn(ClO4)2. 6 H2O
  • bromates
bromate de zinc Zn(BrO3)2
bromate den zinc heptahydraté Zn(BrO3)2. 6 H2O cubique
  • borates
Zn(BO2)2
  • carbonates
carbonate de zinc ZnCO3 trigonal
Cristaux de sulfate de zinc
  • nitrates
Zn(NO3)2
Zn(NO3)2. 6 H2O quadratique
  • sulfates
sulfate de zinc ZnSO4
ZnSO4. H2O
ZnSO4. 6 H2O
ZnSO4. 7 H2O (naturel alias goslarite). Il s'agit du vitriol blanc ou couperose blanche des Anciens.
  • sulfites
sulfite de zinc ZnSO3
sulfite de zinc hydraté ZnSO3. 5/2 H2O monoclinique
  • phosphates
phosphate de zinc ZnPO4 [28]
orthophosphate hydraté de zinc Zn3(PO4)2. 4 H2O orthorhombique (minéral naturel alias α hopéite)
phosphate hydraté de zinc Zn3(PO4)2. 4 H2O orthorhombique (minéral naturel alias β hopéite)
phosphate hydraté de zinc Zn3(PO4)2. 4 H2O triclinique (minéral naturel alias parahopéite)
  • pyrophosphates
  • arséniates
arséniate de zinc Zn3(AsO4)2 monoclinique
Zn3(AsO4)2. 2 H2O triclinique ou minéral warikahnite
Zn3(AsO4)2. 4 H2O orthorhombique ou minéral arsénohopéite
  • arsénites
méta-arsénite de zinc Zn(AsO2)2
  • molybdates
ZnMoO4
  • cyanures
cyanure de zinc Zn(CN)2 orthorhombique
  • thiocyanates
thiocyanate de zinc Zn(SCN)2
  • formiates
formiate de zinc Zn(HCO2)2
formiate dihydraté de zinc Zn(HCO2)2. 2 H2O monoclinique
Gros cristaux d'acétate de zinc
  • acétates
acétate de zinc Zn(CH3COO)2 monoclinique
acétate de zinc dihydraté Zn(CH3COO)2. 2 H2O} monoclinique
  • stéarates
  • oxydes de mercapto-2 pyridine
zinc pyrithione ou Pyridine-2-thiol-1-oxyde de zinc

Chimie organométallique ou organozinciques[modifier | modifier le code]

Le zinc fut un des tout premiers métaux dont la chimie organométallique fut en particulier étudiée en France à la suite de Philippe Barbier. Il permet par exemple la réaction éponyme.

Citons parmi les corps organozinciques ː

Utilisations[modifier | modifier le code]

seau en zinc, ustensile agricole

Les utilisations peuvent être classées en fonction de leur importance décroissante du zinc exploité dans le monde[29] :

  • galvanisation (protection du fer) : 50% ;
  • fabrication de laiton et du bronze : 17% ;
  • alliages d'aluminium (Zamaks, Kayems) : 17% ;
  • produits semi-finis à base de zinc : 6%
  • produits chimiques : 6%
  • autres : 4%

Protection du fer[modifier | modifier le code]

Le dépôt d'une mince couche de zinc en surface de l'acier ou du matériau fer le protège de la corrosion : c'est le zincage ou zingage, voire au sens générique la galvanisation. L'acier galvanisé est utilisé dans l'automobile, la construction, l'électroménager, les équipements industriels, etc. Le zingage du fer est la plus grosse utilisation du zinc.

Les deux principales techniques qui permettent de produire l'acier zingué ou du fer galvanisé sont :

  • Le zincage ou "galvanisation à chaud" de produits finis correspond au trempage de l'acier ou du fer préalablement décapé, dans un bain de métal fondu, ici du zinc en fusion à 450 °C[30]. Ce procédé d'immersion dans le métal fondu, analogue au principe traditionnel d'étamage, a été adapté, amélioré, et breveté par l'ingénieur français Stanislas Sorel en 1837[31] ; l'alliage de surface a une épaisseur de 40 à 200 μm en quelques minutes ; la couche ainsi formée est dure mais ne supporte pas d'être déformée, par exemple par pliage ou emboutissage.
  • L'électrozingage, ou zincage par galvanoplastie ou encore "galvanisation" au sens strict ou premier, consiste en une électrolyse en solution aqueuse où l'acier ou le fer à zinguer sont placés à la cathode (pôle négatif) dans un bain type de chlorure de zinc contenant des ions Zn2+, très souvent complexés par un ligand type cyanure, à une concentration allant de 30 à 40 g·L−1. Les cations conducteurs du bain d'électrolyse se déposent sous forme de zinc à la surface de l'acier (et non d'un alliage comme avec le processus du trempage). Les cations Zn2+ sont régénérés à l'anode de zinc qui s'oxydent simultanément au cours du processus. Ce procédé de dépôt d'une mince couche de zinc sur une tôle ou plaque de fer s'est surtout développé après 1880. Son intérêt est de maîtriser l'épaisseur de la couche de zinc qui se dépose, souvent limitée à 10 µm, au choix sur une seule face de la pièce ou sur les deux[32].

Citons également parmi d'autres techniques de dépôt, la shérardisation, c'est-à-dire le chauffage du fer dans du zinc pulvérulent, c'est-à-dire de la poudre fine de zinc, et la "métallisation Schoop", c'est-à-dire la pulvérisation de fines particules chauffées de zinc sur le métal à recouvrir[33].

La phosphatation au zinc ou "phosphatation cristalline" consiste à effectuer un dépôt superficiel d'une couche, protectrice et adhérente au métal, de phosphate de zinc. La pièce métallique d'acier ou à base de fer est par exemple placée en immersion dans une solution aqueuse acide d'hydrophosphate de zinc Zn(H2PO4) et d'acide phosphorique H3PO4, bain préalablement chauffé à une température entre 40 °C et 100 °C, en présence d'agent(s) oxydant(s).

Piles[modifier | modifier le code]

Le corps simple métal zinc est un des deux composants permettant le fonctionnement des piles tant salines qu'alcalines.

Monnaie[modifier | modifier le code]

Des pièces de monnaie ont été ou sont encore en zinc ; ce sont surtout des pièces frappées pendant la Seconde Guerre mondiale et des monnaies de nécessité.

En 1943, la pièce d'un pence US est simplement une rondelle d'acier emboutie et zinguée. Au cours des décennies de croissances ultérieures, le "one pence" est entièrement en cuivre pur. Après 1982, la petite pièce pesant 2,5 g n'est plus fabriquée seulement en cuivre. Il s'agit d'un cœur en zinc, en réalité un alliage de zinc à 0,8 % de cuivre, placé dans une coquille protectrice de cuivre, le zinc représentant 97,5 % de la masse totale.

Alliage[modifier | modifier le code]

Le zinc est utilisé pur ou bien pour réaliser divers alliages, dont les principaux sont :

  • avec le cuivre : le laiton connu depuis la préhistoire[34]; les maillechorts avec le nickel...
  • avec l'aluminium : le Zamak nom déposé avec le brevet en 1926 par la New Jersey Zinc Company[35],[36] ou le Kayem de l'Imperial Smelting Company[36]. Ces produits ne diffèrent que par leur teneur en cuivre et la présence ou non de magnésium. Ils sont utilisés pour confectionner des pièces moulées (automobile, équipements ménagers, pièces industrielles, carters...).

Couverture et construction[modifier | modifier le code]

Couverture en zinc à joint-debout (Toruń, Pologne).
Article connexe : Couverture en zinc.

On emploie le zinc pour la couverture des bâtiments et en zinguerie, pour les brisis, les noues, les rives, les solins les gouttières, les chéneaux et les descentes d'eaux pluviales.

Agriculture[modifier | modifier le code]

Il est aussi utilisé en agriculture, comme apport d'oligo-élément, essentiellement en zone de sols fortement calcaires.

La culture la plus sensible à la carence ou insuffisance en zinc est probablement le maïs.

Des symptômes d'insuffisance apparaissent aussi sur la plupart des arbres fruitiers, plus rarement sur la vigne. Les légumes sont moins sensibles, hormis les asperges, les aubergines, les oignons et les pommes de terre.

Les apports, préventifs ou curatifs, se font sur le sol – et il faut alors veiller à la durée de la disponibilité pour les plantes – ou par pulvérisation foliaire.

Pour exemple, les besoins annuels pour le maïs se situent autour de 300 à 500 grammes de zinc par hectare.

Thérapeutique[modifier | modifier le code]

Le zinc peut être utilisé pour le traitement des dermatoses (acné, érythème fessier), en particulier sous forme d'oxyde de zinc, car il possède des propriétés cicatrisantes et anti-inflammatoires.

Sous le nom de "zincum metallicum", il est utilisé en homéopathie.

Matériau pour récipients et ustensiles divers[modifier | modifier le code]

Le zinc a été utilisé pour transporter divers liquides ou solides.

seau à charbon

Agent métallique réducteur[modifier | modifier le code]

Le zinc peut précipiter l'or des cuves de cyanuration, lors des traitements finaux du minerai aurifère.

Toxicologie, écotoxicologie[modifier | modifier le code]

Tous les sels de zinc, obtenus par contact du métal avec des acides ou matières organiques, sont vénéneux. C'est pourquoi le métal zinc a été proscrit très tôt en cuisine.

Si le zinc est un oligoélément à faible dose, il reste un élément toxique à fortes doses, autant que par ses poussières métalliques, ses vapeurs d'oxyde de zinc, le chlorure de zinc irritant pour les muqueuses et la peau, ses divers sels solubles vénéneux qui induisent par ingestion diarrhées, vomissements, nausées...

Un jus de fruit stocké inconsidérément au frais plus d'une journée dans un bac en tôle galvanisé ou en zinc peut capté par une lente action des acides organiques jusqu'à 500 mg de Zn assimilable par kilogramme. Ce qui est suffisant pour provoquer vomissement et nausées chez les enfants qui ont bu le breuvage.

L'oxyde de zinc dégagé lors de soudure provoque souvent des fièvres de métaux. Certains composés de zinc sont cancérigènes à fortes doses.

Le zinc est un élément trace dans les sols. Il est important pour la vie végétale. Mais un excès d'engrais superphosphates sur des sols pauvres amène immanquablement une déficience en zinc. Dans les terrains souillés par une surconcentration de zinc et/ou ses sels, voire dans les terrains gorgés d'engrais ou de composés zincifères, il est rare que la végétation puisse reprendre un aspect normal. Plutôt que de laisser des dépôts sauvages, il est impératif de recycler ce matériau, par ailleurs facilement recyclable.

Oligo-élément indispensable à faible dose à la vie animale et humaine[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Zinc (nutriment).

En très faible quantité, le zinc sous forme assimilable est un oligo-élément important, indispensable aux organismes végétaux et animaux. Dûment assimilé par les organismes, il active en particulier les enzymes, influence la croissance. Le corps humain en contient 2 g à 4 g. Les besoins journaliers peuvent être estimés a minima à 15 mg pour un Homme normal, et jusqu'à deux fois plus pour une femme allaitante.

Les ouvriers des usines métallurgiques de zincage, plus souvent que les ouvriers zingueurs du bâtiment, affirment que la vie à proximité de dépôt de lames de zinc, ou de barres de zinc et/ou des cuves d'électrolyse confère une belle chevelure.

Le zinc est contenu essentiellement dans diverses levures (jusqu'à 100 mg par kilogramme), la viande rouge... et il ne semble pas exister de forme de stockage de ce métal dans l'organisme humain. Une carence patente en zinc est notée dans près d'un tiers de la population mondiale, essentiellement liée à la sous-nutrition[37].
Des données récentes montrent qu'il peut aussi y avoir des carences dans les populations de pays riches[38] lié une alimentation mal équilibrée, chez l'enfant et la personne âgée[39]. Des jeunes américains, refusant la consommation de viandes sans rechercher les apports d'oligo-éléments appropriés et complémentaires des végétariens et végétaliens, révélait une déficience en zinc avant les années 1990[40]. Mais la plus zones de carences concernait les territoires ruraux de l'Égypte et de l'Iran où l'alimentation traditionnelle à base de céréales et de légumes rejetait l'intervention intermédiaire des levures et ferments (pain azyme, sans levain, pâtes non levées ou non fermentées). Certains composés chimiques des céréales tendent en effet à complexer le zinc, qui, même présent dans l'aliment céréale, ne devient plus assimilable (ou très peu assimilable). Les ferments agissant en amont libèrent a contrario le zinc des céréales et légumes.

Dès les années 1980, le déficit en zinc est reconnu pour un problème de santé publique mondiale.

Un déficit, même léger, a un impact sur certaines fonctions, dont immunitaires[41] responsable de la défense vis-à-vis de certaines infections. Concrètement, les blessures guérissent difficilement. Le déficit chronique peut induire une sensibilité accrue à certaines infections bactériennes (pneumonie) ou virales (diarrhées, infections des voies respiratoires), des troubles de la croissance des enfants et adolescents, des retards sexuels...

Le zinc est important pour la santé reproductive (spermatogenèse) et peut être un traitement efficace dans certaines formes d'acné[42].

Les déficiences en zinc sont souvent préoccupantes dans les élevages de porcs et de volailles.

Enfin, les carences en zinc infligent une double peine aux patients exposés à la pollution des sols remis en culture par forçage productif, car le cadmium et autres métaux lourds fortement toxiques prennent facilement sa place dans l'organisme... Ainsi les premières victimes nippones de la maladie de itai-itai étaient d'abord des pauvres personnes déficientes en Zn, risquant la dénutrition complète s'ils ne suivaient l'ordre autoritaire de production moderne par des moyens chimiques et artificiels, ...

Toxicité ː le zinc est un véritable toxique et polluant (au-delà d'une certaine dose)[modifier | modifier le code]

Gruaux d'avoine empoisonnés au phosphate de zinc, colorés en gris par sécurité par rapport au produit de base à droite, utilisés dans les années 1970 pour détruire les colonies d'écureuils au voisinage des champs d'orge de Fresno (Californie).

Le zinc est l'un des éléments traces métalliques qui devient un contaminant et un polluant au-delà des doses qui le rendent écotoxiques (qui varient selon les espèces, et le contexte ; par exemple il est plus mobile et biodisponible en milieu acide qu'en milieu basique). On l'a d'abord constaté dans et autour des raffineries de zinc où seules quelques espèces résistent bien aux sols contaminés par ce métal. Le zinc du sol (ou apporté par l'eau, l'air ou des boues d'épuration)[43],[44] peut à certaines doses s'avérer écotoxique pour des plantes cultivées PM(soja par exemple[45]).

Des inquiétudes ont récemment émergé quant aux effet de nanoparticules d'oxyde de zinc sur les cultures. Elles se sont montrées (chez le soja) expérimentalement exposé - sous serre - à des nanoparticules de zinc) non toxiques pour la plante (à la différence du dioxyde de cérium), mais capables de s'y bioaccumuler dans les parties comestibles (feuilles et graine)[46].

Le zinc est détecté et quantifié dans le sol, par des moyens de plus en plus précis[47],[48].

Difficulté de la Bio-indication ː cas des moules et des huîtres[modifier | modifier le code]

Les huîtres, aux chairs à hautes teneurs en calcium, révèlent un puissant pouvoir de (sur)concentration des oligoélements et autres éléments disséminés dans les eaux de nourrissage[49]. Au contraire, les moules, à l'instar d'autres coquilles, stockent le calcium dans leurs coquilles. Les deux espèces régulent parfois efficacement les teneurs des éléments en excès, surtout si ceux-ci sont potentiellement des oligo-éléments et non des éléments toxiques à facteur d'accumulation irrémédiable comme le plomb, le mercure ou le cadmium.

Le chimiste australien Ben Selinger a rapporté les rejets de zinc toxiques de la raffinerie industrielle de la compagnie Electrolytic Zinc Co, installée sur la rivière Derwent, près d'Hobart, en Tasmanie. En 1972, les eaux de la rivière étaient alors également polluées à moindre mesure par le cadmium (compagnon minier du zinc), le mercure des quelques industries papetières en amont. Et les huîtres à l'embouchure avaient mauvaise réputation, puisque une demi-douzaine bien fraîches pouvaient causer en pratique vomissements et nausées. La cause du rejet de l'organisme était la présence de Zn, en moyenne jusqu'à un maximum autour de 1 000 mg par kg, comme le prouvait l'analyse chimique[50].

Malgré le déni des autorités, l'accident du minéralier "Lake Illawara" s'écrasant le 5 janvier 1975 contre le pont de la Derwent et se cassant en deux alors qu'il était chargé de minerais enrichis de zinc n'était pas sans action sur le taux de polluants des eaux. Les milliers de tonnes de matière non draguées et dispersées contribuaient alors à augmenter, par dissolution et dilution lentes, la teneur du milieu ripuaire en aval du port, et surtout du milieu marin, parfois à des centaines de kilomètres via les courants, malgré la mise en place de zones théoriques d'observations et de contrôle biologiques considérablement plus réduites. En 1988, les concentrations des eaux dûment surveillées de l'estuaire du Derwent étaient redevenues officiellement légales, et les coquilles et mollusques consommables, d'après les mesures référentielles des moules affichant un supremum de zinc légèrement inférieur 40 mg par kg. En réalité, l'écosystème était revenu peu ou prou à l'état de pollution d'avant l'an 1975. Et le plus surprenant est que la population des huîtres de l'estuaire, dont une partie étaient toujours aussi immangeables à l'instar de celles de 1972, n'étaient pas mortes. Tout s'était passé comme si les fortes concentrations de Zn et de cuivre avaient protégées la population des mollusques bivalves des effets des teneurs en éléments encore plus toxiques, tels que le cadmium, mercure...

Économie du zinc ː réserve, production[modifier | modifier le code]

Le zinc est aujourd'hui un métal non-ferreux commun et important, mais souvent lointain troisième ou quatrième après l'aluminium, le cuivre et le plomb.

Les réserves mondiales estimées de zinc étaient de 250 millions de tonnes en 2010[51], détenues notamment par l'Australie (21,2 %) et la Chine (16,8 %). La production mondiale s'est élevée en 2010 à 12 millions de tonnes, assurée essentiellement par la Chine (29,2 %), le Pérou (12,7 %) et l'Australie (12,1 %).

Environ 30 % du zinc mondial provient du recyclage[52].

Quelques données économiques[modifier | modifier le code]

La production métallurgique mondiale en 2013[53] :

Pays Production % mondial
1 Chine 5 300 000 t 40.8%
2 Corée du Sud 885 000 t 6.8%
3 Inde 760 000 t 5.8%
4 Canada 651 600 t 5%
5 Japon 587 300 t 4.5%
6 Espagne 521 000 t 4%
7 Australie 504 000 t 3.9%
8 Pérou 346 800 t 2.7%
9 Mexique 322 800 t 2.5%
10 Kazakhstan 320 100 t 2.5%
11 Finlande 311 700 t 2.4%
12 Pays-Bas 257 000 t 2%
13 Belgique 252 000 t 2%
14 Brésil 242 000 t 1.9%
15 États-Unis 233 000 t 1.8%
Total monde 13 000 000 t 100%

La production minière mondiale en 2013 [54]:

Pays Production % mondial
1 Chine 5 000 000 t 37.3%
2 Australie 1 523 000 t 11.4%
3 Pérou 1 351 300 t 10.1%
4 Inde 793 000 t 5.9%
5 États-Unis 784 000 t 5.8%
6 Mexique 642 500 t 4.8%
7 Canada 426 100 t 3.2%
8 Bolivie 407 300 t 3%
9 Kazakhstan 361 500 t 2.7%
10 Irlande 326 700 t 2.4%
11 Turquie 200 000 t 1.5%
12 Russie 191 000 t 1.4%
13 Namibie 184 100 t 1.4%
14 Suède 176 400 t 1.3%
15 Brésil 152 400 t 1.1%
Total monde 13 400 000 t 100%

La consommation mondiale de zinc en 2004 a été de l'ordre de 10 millions de tonnes[55] :

Tendance de la production mondiale
  • Asie 5 057 kt (kt = milliers de tonnes)
  • Europe 2 840 kt
  • Amériques 2 113 kt
  • Océanie 263 kt
  • Afrique 193 kt
Total 10 466 kt

Commerce[modifier | modifier le code]

Le zinc est un des métaux non ferreux cotés à la bourse des métaux de Londres[56]. Son prix au comptant, exprimé en $, est cyclique : entre 1994 et 2005, il a varié entre 725 $/t et 1 760 $/t. En 2006, il a dépassé les 3 000 $/t.

En 2014, la France est nette importatrice de zinc, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 600 €[57].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. Procès-verbaux du Comité international des poids et mesures, 78e session, 1989, pp. T1-T21 (et pp. T23-T42, version anglaise).
  5. (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International, , 251 p. (ISBN 0803120664, lire en ligne), p. 71
  6. Numéro index 030-001-00-1 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  7. a et b Entrée de « Zinc powder (pyrophoric) » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 14 février 2010 (JavaScript nécessaire)
  8. Rappelons la polysémie des termes cadmie, calamine, qui peuvent aussi bien désigner divers oxydes. Il faut à chaque fois définir un champ d'activité et un registre de langue, à une époque donnée, pour ne pas se perdre.
  9. Joseph William Mellor, The history of zinc and cadmium, in A comprehensive treatise of inorganic and theoretical chemistry, volume 4, Longmans, Green et Co Ltd, Londres, 1929, pages 298-405 (partie Zn Cd Hg). Zinc NSCEP in texto sur le site EPA US Environmental Protection Agency
  10. Les bronzes des ateliers Keller peuvent être du cuivre à 91,4 % du zinc à 5,53 %, de l'étain à 1,7 % et du plomb à 1,35 %. Cité dans la courte histoire de la fonderie de Zn (techniques sous pression après 1805)
  11. Les pharmaciens et chimistes Margraff père et fils s'inspirent des travaux du chimiste suédois Anton Swab (de).
  12. La température de chauffage est de pratique 1 200 °C, pour sublimer ou volatiliser l'oxyde de zinc tout en le rendant réactif.
  13. Le zinc dans le "Trésor de la langue française"
  14. L'alémanique est le dialecte allemand de Paracelse. Il est proche des dialectes souabes ou de nombreux dialectes alsaciens.
  15. Le verbe zinguer signifie d'abord couvrir de zinc, par exemple « zinguer un toit », puis galvaniser avec du zinc, par exemple "zinguer du fer". La zinguerie, terme polysémique, peut être l'atelier où l'on prépare le zinc, désigne également un lieu de commerce de la matière zinc, parfois en partie mise en forme, et enfin peut représenter tous les objets de zinc. La zincographie est un type de procédé de reproduction utilisant des plaques de zinc, analogues de la « pierre lithographique » en lithographie. Zincographier signifiait reproduire par zincographie, le zincographeur étant l'ouvrier en zincographie. Un corps ou une matière est zincide si elle ressemble au zinc, par quelques-uns de ses aspects ou formes (suffixe grec eidos). Zincique est un adjectif qui s'applique à l'oxyde de zinc, à ses sels et parfois au cation zinc divalent.
  16. mais deux d'entre eux sont suspectés d'être très légèrement radioactifs, avec des demi-vies supérieures à un million de fois l'âge de l'univers
  17. Alain Foucault, opus cité.
  18. André Jauzein, article sur les sulfates naturels, Encyclopædia Universalis, Corpus 21, 2002, page 835 [1]
  19. La zinconise était aussi un "oxyde hydraté naturelle de zinc" et pas seulement un hydroxycarbonate.
  20. La ténacité est inférieure à celle des corps simples métalliques fer ou nickel. Ces caractéristiques mécaniques expliquent que les classifications antiques aient négligés cette matière impropre, non assimilé à un vrai "métal" au sens des anciens.
  21. Dieter Landolt, "Corrosion et chimie de surfaces des métaux", page 327-328.
  22. Dès ses premiers emplois importants, par exemple dans les fils télégraphiques, le fer galvanisé, c'est-à-dire recouvert de couches de zinc, s'est révélé bien supérieur au "fer blanc" ou fer étamé, c'est-à-dire recouvert d'étain. Notons que la surcharge de toiture en zinc sur les structures portantes est faible, de l'ordre de 6 kg par mètre carré, voire 8 kg par mètre carré avec les accessoires de couverture. Ce n'est pas une toiture couverte d'ardoises ou de lauzes, véritables pierres...
  23. Le zinc impur contient encore du fer, du cuivre, du plomb, du cobalt, de l'arsenic, du soufre, du carbone selon les lieux ou les procédés. Le procédé de distillation batch réalisé à Vieil-Montagne, comporte 48 cornues légèrement inclinées, placées symétriquement deux par deux de chaque côté, dans des tours surmontant quatre fours de chauffage adossés. Elles sont placées à l'extrémité inférieure d'un tuyau de fonte, muni d'une allonge en tôle pour condenser le zinc. Après un cycle de deux heures de chauffe, les ouvriers métallurgistes enlèvent les allonges, laissent s'écouler le métal liquide déjà condensé dans les tubes de fonte vers des poches, avant de remettre les allonges du dispositif. Lorsque le zinc est épuisé, les cornues sont rechargées par du zinc impur. Le procédé anglais per descensum utilise un tampon de bois carbonisé qui laisse efficacement filtrer la vapeur de zinc vers un creuset placé en contrebas.
  24. Cette sphère ionique théorique est comparable à celle de l'ion magnésium Mg2+ 0,72 Å ou cuivre divalent 0,73 Å, mais elle est petite comparée à Cd2+ 0,95 Å, Ca2+ 0,99 Å ou Hg2+ 1,02 Å.
  25. Ces deux oxydes sont très peu solubles dans l'eau. Le mercure, dernier élément du groupe du zinc, n'engendre qu'un oxyde peu basique.
  26. Composant de produit antimite
  27. révêtement de protection anti-corrosion ou couche primaire pour adhésion
  28. Utilisé dans les ciments dentaires
  29. « CNUSED - Métaux Minéraux - Zinc - Secteurs d'utilisation », sur http://www.unctad.info/,‎ (consulté le 18 juillet 2014)
  30. Certains techniciens, s'étant tellement approprié ce sens technique déjà ancien, considèrent qu'il n'existe pas de galvanisation à froid. Accaparé par leurs affirmations techniques, ils oublient le lointain hommage porté par la dénomination au scientifique italien Luigi Galvani, précurseur de l'électrochimie.
  31. Les premières mise au point du zincage sont plus anciennes, mais souvent artisanales ou pour des besoins spécifiques, évidemment sans brevet industriel de protection.
  32. http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/acc.htm
  33. Aperçu des technologies et des procédés de revêtement de Zn
  34. « Histoire du zinc - Partie I », sur http://souspression.canalblog.com,‎ (consulté le 17 juillet 2014)
  35. « Histoire du zinc - Partie III », sur http://souspression.canalblog.com,‎ (consulté le 17 juillet 2014)
  36. a et b « Kayem », sur http://www.usinages.com/,‎ (consulté le 17 juillet 2014)
  37. Lazzerini M, Effect of zinc supplementation on child mortality, Lancet, 2007; 370:1194-1195
  38. Sandstead HH et al. Zinc deficiency in Mexican American children: influence of zinc and other micronutrients on T cells, cytokines, and antiinflammatory plasma proteins Am J Clin Nutr 2008;88:1067–73
  39. Meydani SN et al, Serum zinc and pneumonia in nursing home elderly Am J Clin Nutr 2007;86:1167–73
  40. Leurs consommations de viande étaient systématiquement inférieures à 30 g de viande par jour.
  41. Dardenne M, Zinc and immune function European Journal of Clinical Nutrition (2002) 56, Suppl 3, S20 – S23. doi:10.1038=sj.ejcn.1601479
  42. Traitement oral de l'acné sévère par le zinc sur acne.comprendrechoisir.com.
  43. Smith SR., A critical review of the bioavailability and impacts of heavy metals in municipal solid waste composts compared to sewage sludge. Environ Int. 2009 Jan; 35(1):142-56. Epub 2008 Aug 8.
  44. Heemsbergen DA, McLaughlin MJ, Whatmuff M, Warne MS, Broos K, Bell M, Nash D, Barry G, Pritchard D, Penney N., Bioavailability of zinc and copper in biosolids compared to their soluble salts. Environ Pollut. 2010 May; 158(5):1907-15. Epub 2009 Nov 22.
  45. Borkert CM, Cox FR, & Tucker MR (1998) Zinc and copper toxicity in peanut, soybean, rice, and corn in soil mixtures. (résumé, en anglais). Soil Sci. Plant Anal. 29(19-‐20):2991-3005.
  46. Priester JH et al. (2012) Soybean susceptibility to manufactured nanomaterials with evidence for food quality and soil fertility interruption ; Proc Natl Acad Sci Unit States Am, doi:10.1073/pnas.1205431109 ; Proceedings of the National Academy of Sciences, étude coordonné par John Priester de l'Université de Californie de Santa Barbara (Résumé en anglais et appendice)
  47. Sarret G, Balesdent J, Bouziri L, Garnier JM, Marcus MA, Geoffroy N, Panfili F, Manceau A. (2004), Zn speciation in the organic horizon of a contaminated soil by micro-X-ray fluorescence, micro- and powder-EXAFS spectroscopy, and isotopic dilution. ; Environ Sci Technol. 2004 May 15; 38(10):2792-801.
  48. Donner E, Ryan CG, Howard DL, Zarcinas B, Scheckel KG, McGrath SP, de Jonge MD, Paterson D, Naidu R, Lombi E.(2012), A multi-technique investigation of copper and zinc distribution, speciation and potential bioavailability in biosolids; Environ Pollut. 2012 Jul; 166:57-64. Epub 2012 Apr 3. (résumé)
  49. Le facteur d'enrichissement en Zn est de l'ordre de 110000 et en Hg de 166000.
  50. (en) Ben Selinger, Chemistry in the Marketplace : 5e éd., Sydney, Harcourt Brace, , 588 p. (ISBN 0 7295 3300 X), en particulier sur le zinc et les huîtres pp 280-282.
  51. (en) USGS Minerals – 2011 « Zinc. »
  52. (en) « Le recyclage du zinc », International Zinc Association (consulté le 28 novembre 2008)
  53. Jozef Plachy, « USGS Minerals Information: Zinc », sur minerals.usgs.gov (consulté le 20 octobre 2016)
  54. Jozef Plachy, « USGS Minerals Information: Zinc », sur minerals.usgs.gov (consulté le 20 octobre 2016)
  55. International Lead Zinc Study Group
  56. London Metal Exchange
  57. « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=26080000 (consulté le 7 août 2015)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Noël Dreulle, Paule Dreulle, Bernard Wojciekowski, article « zinc  », Encyclopædia Universalis, 2002, en particulier sur le raffinage du zinc, sur les propriétés physiques et chimiques... Quelques parties en ligne
  • Paule Dreulle, Dossier sur le Zinc, Techniques de l'Ingénieur, 1983.
  • Alain Foucault, Jean-François Raoult, Fabrizio Cecca, Bernard Platevoet, Dictionnaire de Géologie - 8e édition, Français/Anglais, édition Dunod, 2014, 416 pages. Avec la simple entrée "zinc" p 373.
  • Paul Pascal, Nouveau traité de chimie minérale, Paris, Masson, (réimpr. 1966), 32 vol. :

    « 5. Zinc, cadmium, mercure ; 20.1. Alliages métalliques ; 20.2. Alliages métalliques (suite) ; 20.3 Alliages métalliques (suite) »

    (notice BnF no FRBNF37229023)
  • (en) Frank C. Porter (dir.), Zinc Handbook: Properties, Processing, and Use In Design, CRC Press, 1991, 648 pages, ISBN 9780824783402

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