platine

platine f

Platine

Pt _{solide cristal} + 2 F_{2 gaz} → PtF₄
Cet article concerne l'élément chimique, le corps simple et les composés de combinaison. Pour les autres significations du mot « platine », voir Platine (homonymie).

Le platine est l'élément chimique de numéro atomique 78, de symbole Pt.
Les qualités du platine en font l'une des huit matières premières stratégiques considérées comme indispensables en temps de guerre^[7].
Ce métal facilement martelable était utilisé en Amérique précolombienne, ainsi que probablement par la plupart des cultures néolithiques et chalcolithiques majeures de l'Eurasie. Toutefois la première référence européenne apparut en 1557 dans les écrits de l'humaniste Jules César Scaliger (1484 – 1558) qui le décrit comme un métal mystérieux venant de mines des Indes occidentales situées entre Darién (Panama) et Mexico.
Les Conquistadors hispaniques nomment d'emblée le métal « platina » (petit argent) quand ils le découvrent sous forme native en Colombie actuelle. Les savants le considèrent par principe comme une impureté de l'argent, une sorte de « petit argent brillant » par mépris, et les autorités régaliennes espagnoles, ayant le monopole du bon minerai et des métaux recherchés, s'empressent de le mettre au rebut et de le rejeter dans les fleuves car ils redoutaient les fraudes diverses, telles l'imitation de pièces d'argent^[8]. Les Indiens et les colons à l'esprit pratique (il s'agit d'un métal inaltérable, relativement malléable et très ductile) s'en servaient pour de multiples usages, ustensiles divers, balles, pierres à fusils, en théorie illégaux et interdits sous peine de mort.
Le curieux métal platine ne fut vraiment étudié pour lui-même que par le militaire et astronome Antonio de Ulloa (1716 – 1795), qui avec Jorge Juan y Santacilia (1713 – 1773), avait été chargé par le roi Philippe V d'Espagne de rejoindre la mission scientifique française au Pérou (1735 – 1745). Parmi d’autres objets selon lui inédits, Ulloa observa le platina del pinto, un métal inexploitable trouvé avec l’or de Nouvelle-Grenade^[9] (Colombie).
À son retour en Europe (1744), le navire français dut se rendre aux autorités britanniques du port de Louisbourg^[9]. Quoiqu’il fût bien traité en Angleterre et admis plus tard comme membre de la Royal Society, d'Ulloa captif n'eut pas le droit de publier avant 1748^{[réf. nécessaire]}. Charles Wood rapporta en Angleterre les premiers échantillons natifs de ce métal en 1741^[8], avant que le médecin et chimiste William Brownrigg^[10], avec l’aide de Ulloa, le décrive en minéralogie en 1748. Mais il fallait disposer de l'usage d'un chalumeau performant, mis au point plus tard par les chimistes et minéralogistes suédois à la fin du XVIII^e siècle, pour initier les rudiments de la chimie du platine, comme sa mise en forme en joaillerie. Il faut donc se résigner à admettre, sans oublier l'héritage savant, que c’est le chimiste anglais Wollaston qui a démontré en 1803 que le corps simple métallique est bien issu d'un élément particulier, nommé platinum en latin ou en anglais savant, soit platine en français, Platin en allemand, platino en italien ou en espagnol.
Le symbole alchimique du platine a été créé tardivement après par « fusion » ou accolement des symboles, respectivement lunaire et solaire, de l'argent et de l'or.
Ce métal de transition fait partie du sous-groupe ou triade du nickel, avec le nickel et le palladium, et dans un sens plus large, au sous-groupe des éléments du groupe 10. Ce métal lourd figure, avec l'osmium et l'iridium, parmi les éléments de la période 6. Mais le nickel se distingue des deux platinoïdes Pd et Pt : il possède des formes ioniques simples et se révèle globalement plus réactif.
La définition standard d'un mètre fut longtemps fondée sur la distance entre deux marques gravées sur une barre en platine iridié conservée au Bureau international des poids et mesures à Sèvres en France. Jusqu'en mai 2019, un cylindre en platine iridié, également conservé au BIPM, a servi de prototype au kilogramme. En France, l'intensité lumineuse du platine en fusion servait d'étalon en métrologie pour l'unité d'éclairage en bougie^[11].
Le platine est également toujours utilisé dans la définition de l'électrode standard à hydrogène.
Le platine naturel est un mélange de six isotopes, dont cinq stables (¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁵Pt, ¹⁹⁶Pt et ¹⁹⁸Pt) et un radioactif primordial. Ce dernier, ¹⁹⁰Pt, a une très longue demi-vie (650 milliards d'années) et une abondance très faible (0,01 %, soit 100 ppm). On connaît de nombreux autres radioisotopes, dont le plus stable après ¹⁹⁰Pt est ¹⁹³Pt, dont la demi-vie est de 50 ans.
Présent dans la nature, le platine et ses alliages sont connus depuis longtemps. Le platine est un métal noble résistant à la corrosion, on le trouve souvent associé à certains minerais de cuivre ou de nickel, plus rarement sous forme de dépôts natifs (en Afrique du Sud notamment).
Le platine se trouve à l'état natif dans les gisements dits primaires, avec ses principaux minerais et/ou les roches magmatiques ultrabasiques tels que les dunites, le platine natif est le plus souvent allié avec d'autres métaux (Ir, Pd, Au, Fe, Cu, Ni...). Comme il est quasi-inaltérable et dense, ce platine se retrouve sur les gisements secondaires, en l'occurrence des placers souvent très proches de ces premières zones primaires.
Notons qu'aujourd'hui le minerai à base de sperrylite (arséniure de platine, PtAs₂) est la source principale du métal. L'alliage platine/iridium naturel qu'est le platiniridium se trouve aussi dans le coopérite minéral (sulfure de platine, PtS).
Le clarke est de l'ordre de 0,005 ppm ou 0,005 g par tonne. Il est le plus abondant des platinoïdes.
Le platine, souvent accompagné de faibles quantités d'autres métaux de la famille du platine, peut être trouvé dans certaines alluvions ; en Afrique du Sud où il est aussi fortement concentré dans le complexe igné du Bushveld (environ 5 g/t), Colombie, en Ontario, dans l'Oural et dans certains états de l'ouest des États-Unis d'Amérique. En Europe, il est extrait dans le grand nord de la Russie, dans les gisements de cuivre et nickel de la péninsule de Taïmyr, dans le massif de Konder, dans le complexe métallurgique et minier de Norilsk créé par la Russie soviétique en 1935 (en 1953, on y produisait déjà 35 % du nickel de l'Union soviétique, 30 % du cobalt et 90 % des métaux du groupe du platine, ou « platinoïdes »). Cette activité est à l'origine de la ville de Norilsk (175 000 habitants) et d'une voie ferrée qui transporte le minerai vers le port de Doudinka sur l'Ienisseï puis vers l'usine Severonickel dans la presqu'île de Kola. 330 000 t de nickel ont été extraites du sol rien qu'en 2003 (c'est 23,6 % de la production mondiale). C'est du même minerai qu'est tiré le platine, qui y est présent en faible quantité^[12].
Le platine, outre son occurrence à l'état natif souvent très localisée, est présent comme sous-produit intéressant à récupérer dans les minerais de nickel ou de cuivre. Le platine est en effet le plus souvent produit commercialement comme sous-produit du traitement du minerai de nickel, qui en contient parfois deux grammes par tonne.
Ce corps simple est un métal de transition de couleur blanche à gris-blanche, à reflet métallique, brillante^[13]. Ce platinoïde lourd a une densité élevée avoisinant 21,4 ; il est assez mou et malléable, très ductile (il peut être tréfilé en fil très fin), rare et précieux et très résistant à la corrosion.
Il s'agit d'un métal noble (avec l'argent et l'or), d'un métal précieux non magnétique (pur), bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. Son coefficient de dilatation thermique est proche de celui du verre.
Sa résistance à l'abrasion et au ternissement font qu'il est apprécié en bijouterie. Son point de fusion est élevée de l'ordre de 1 770 °C. Pour l'artisan joaillier, le platine est un métal dense qui se soude à de très hautes températures aux alentours ou au-delà de 2 000 °C, mais ne s'oxyde quasiment pas et reste très blanc. La plage de travail est grande car son point d'ébullition dépasse 3 800 °C.
Le platine natif ne s'altère pas à l'air et reste très stable sur un plan chimique. Il est possible de le chauffer au chalumeau sans ternissement de sa surface, même dans une zone en fusion partielle. Il s'agit d'un métal réfractaire. « Le platine roche », c'est-à-dire qu'il cloque, mousse ou forme des cloques en se solidifiant. En réalité, sa résistance à l'oxydation est relative, l'oxyde de platine PtO se forme à haute température et haute pression.
Néanmoins ce corps simple est globalement plus réactif que l'osmium ou l'iridium métallique.
Le platine est inattaquable par les bases fortes et acides forts, à l'exception notable de l'eau régale où il forme facilement un ion complexe hexachloroplatinique soluble, l'ion hexachloroplatinate [Pt(Cl₆)] ²⁻, ainsi en milieu aqueux acide, où existe l'acide hexachloroplatinique H₂[Pt(Cl₆)].
Citons ses propriétés physico-chimiques remarquables, en ce qui concerne l'adsorption et la catalyse. Un fil fin de platine peut initier et favoriser la décomposition de la vapeur de méthanol en gaz dihydrogène et en méthanal. Il s'agit d'un des premiers métaux précieux utilisés en catalyse dans la synthèse de l'acide sulfurique. Il est parfois présent dans les pots d'échappement à l'état finement divisé, sous l'aspect d'une matière dénommée mousse de platine. Notons que les diverses éponges ou mousses de platine étaient fabriquées à l'origine par divers procédés thermiques, au contraire du noir de platine obtenu par réduction de corps organo-platiniques en solution aqueuse et précipitation chimique en fines particules.
À température ambiante, une éponge ou mousse de Pt peut adsorber, c'est-à-dire fixer sur sa grande surface spécifique, cent fois son poids de gaz dihydrogène, et parfois jusqu'à vingt fois son poids de gaz dioxygène. De plus la mousse de platine chauffée libère ses gaz, sans les dénaturer. Ce métal d'adsorption est connu depuis les travaux pionniers de Sir Humphry Davy en 1817, cette reconnaissance ayant ouvert le champ de la catalyse en chimie.
L'état d'oxydation IV est beaucoup plus stable que dans le cas du palladium. Il existe le monoxyde de platine PtO et le dioxyde de platine PtO₂. Le platine réagit avec le fluor au-delà de 300 °C :
Elle peut d'ailleurs se poursuivre en obtenant PtF₅ et PtF₆.
L'attaque par le gaz dichlore nécessite une haute température. On obtient PtCl₂ et PtCl₃. De même avec les autres halogènes plus lourds, PtBr₂ et PtBr₃ ou PtI₂ et PtI₃.
Le platine, à l'instar des autres platinoïdes, est attaqué par les corps simples soufre et phosphore, ainsi que de nombreux semi-métaux As, Se, Te, Sb, Pb...
Le platine a une nette propension à former des complexes.
Le platine interagit avec de nombreuses molécules, ce qui en fait un catalyseur très recherché. À température ambiante, il résiste cependant à de nombreuses attaques chimiques : il ne s'oxyde pas à l'air libre, et n'est corrodé que par les cyanures, les halogènes, le soufre et les métaux alcalins caustiques. Sauf à l'état de micro- ou nanoparticules, il est insoluble dans l'acide chlorhydrique HCl et dans l'acide nitrique HNO₃, mais il se dissout dans l'eau régale (mélange de ces deux acides). Le platine ne s'oxyde ni à l'air ambiant ni en présence d'oxygène O₂ pur, mais, en faisant réagir de l'acide chloroplatinique H₂PtCl₆·6H₂O avec divers sels azotés, on obtient un nitrate de platine qui, une fois réduit, donne un oxyde hydraté de platine qui pourra être encore réduit en dioxyde de platine PtO₂, un oxyde lamellaire stable semblable au rutile TiO₂ d'un point de vue cristallographique^[14], qui a également un pouvoir catalytique (catalyseur d'Adams), et qui peut être réduit en platine colloïdal par l'hydrogène H₂ afin d'obtenir par exemple un catalyseur beaucoup plus puissant appelé noir de platine, très réactif de par sa surface particulière. On peut obtenir aussi, par un procédé en partie semblable, une éponge de platine, un autre type de catalyseur en platine pur, qui offre de même une large surface, comparable au noir de platine.
Les caractéristiques catalytiques du platine, comme celles des six autres métaux du groupe du platine, sont exceptionnelles. Ainsi, un mélange d'hydrogène H₂ et d'oxygène O₂ explose en présence de platine : le platine catalyse la réaction, qui est exothermique, l'élévation de température consécutive provoque alors un emballement de la réaction, d'où l'explosion. Sous certaines formes, le platine est un puissant toxique (il détruit l'ADN en empêchant la double hélice de se dérouler), ce pourquoi il est utilisé pour traiter certains cancers (chimiothérapie) en bloquant le processus de division rapide normal de certaines cellules (dont celles qui font pousser les cheveux, d'où une chute des cheveux lors de certaines chimiothérapies).
Il est utilisé en bijouterie, en horlogerie, dans les équipements de laboratoire, en médecine dentaire (réalisation de fausses dents en alliage or-platine), pour certains contacts électriques et surtout dans les pots catalytiques des véhicules.
Le platine est très utilisé en bijouterie, dans les contacts électriques, dans les creusets et dans les fourneaux électriques à haute-température.
Avec deux autres métaux du groupe du platine, il est souvent utilisé comme catalyseur chimique et notamment dans les pots catalytiques de moteurs à combustion interne des véhicules et dans différents procédés industriels, bien qu'il tende à être remplacé par du palladium (aussi de plus en plus utilisé dans les catalyseurs diesel^[15]).
Voici d'autres utilisations :
Le cisplatine [PtCl₂(NH₃)₂] et le carboplatine sont certaines des substances les plus efficaces dans le traitement de certains types de cancer dont la leucémie, le cancer du testicule ou le cancer de la vessie. Ces composés se lient à l'ADN de manière bifonctionnelle (deux liaisons covalentes avec deux bases puriques sur le même brin d'ADN ou deux brins différents). Ces liaisons créent une torsion dans la double hélice et entraînent donc l’inhibition de la transcription et donc la mort de la cellule (apoptose). L'utilisation de ces complexes de platine est efficace mais entraîne de lourds effets secondaires car ils ne s'attaquent pas seulement aux cellules cancéreuses. Parmi eux on compte la néphrotoxicité (attaque des reins), l'ototoxicité (perte d'audition) ou encore des allergies. C'est pourquoi d'autres composés, de formule cis-[Pt(NH₃)₂(N-hétérocycle)Cl]Cl^[16], sont à l'étude. Ces autres complexes de platine sont monofonctionnels et inhibent la transcription grâce à la gêne stérique créée par l'hétérocycle.
Alors que la moitié des ressources de platine est en 2021 utilisée par l'industrie automobile, 10 % le sont pour la joaillerie. Du XIX^e siècle jusqu'au milieu du XX^e siècle, ce métal jouit d'un grand prestige en raison de sa dureté. Surnommé « l'or des riches », il est souvent associé au diamant pour créer des pièces dites de « joaillerie blanche », plus prestigieuses que l'argent, lequel noircit avec le temps^[17].
Les civilisations précolombiennes ont produit quelques objets en platine. Le métal est apporté en Europe depuis l'Amérique centrale et du Sud au XVI^e siècle par les Espagnols, qui pensaient avoir affaire à de l'argent. En réalité, la température de fusion du platine est plus élevée, et les orfèvres se trouvent en conséquence si dépités qu'ils surnomment cette matière première « platina », soit « petit argent », comme le raconte l'historienne Inezita Gay-Eckel. Au XVIII^e siècle le chimiste français Pierre-François Chabaneau est le premier à réussir à fondre ce métal. Sous le Second Empire, en France, la maison Mellerio est sans doute la première à l'utiliser, d'abord pour un diadème présenté à l'Exposition universelle de 1867, acquis par la reine d'Espagne Isabelle II pour sa fille ; de nos jours, l'objet est encore porté par des membres de la famille royale. Les autres joaillers suivent et se mettent à utiliser le platine, notamment pour des parures néoclassiques, dite de « style guirlande », à la mode au début du XX^e siècle. Le platine devient ensuite prisé par le mouvement Art déco, qui l'associe au diamant, à l'onyx et au cristal de roche, en témoignent les broches réalisées par Raymond Templier. Mais l'après-Première Guerre mondiale signe en réalité un déclin du platine, auquel est préféré l'« or blanc », dit aussi « or gris », un alliage rhodié qui vient d'être inventé^[17].
Si sa dureté et sa rareté sont prisées, par symbolisme, pour les fiançailles et les mariages, il est donc sévèrement concurrencé par l'or. Avant la crise financière de 2008, l'once de platine valait environ 2 000 dollars, contre 1 000 à l'or. Une décennie plus tard la tendance s'est inversée^[17].
Le platine offre surtout un gros avantage sur l'or pour la joaillerie sur le plan de la durabilité parce que trois fois plus résistant aux frottements. Par conséquent c'est un métal bien plus durable que l'or pour des bijoux fins tels que les chaînes pour bracelets ou colliers.
Le platine se différencie facilement de l'or jaune et de l'or blanc par son aspect blanc gris et sa densité supérieure à l'or ainsi que par sa température de fusion bien plus importante que celle de l'or. Le platine est 10 % plus dense que l'or pur et 56 % plus dense que l'or 14 carats. Il se différencie également facilement de l'argent par sa couleur plus grise et moins brillante que l'or et par sa densité presque deux fois plus élevée que celle de l'argent.
Quand il est pur et massif, le platine ne pose a priori aucun problème de santé environnementale.
Mais depuis qu'il est abondamment utilisé comme catalyseur on commence à le trouver dans tous les compartiments de l'environnement et notamment dans l'air urbain^[18]. La pluie lessive l'air, et les eaux de ruissellement l'apportent aux stations d'épuration urbaine, où il s'ajoute à celui qui provient des urines (dont celles de patients traités contre le cancer), des excréments et de certains rejets industriels. Dès le milieu des années 1990, on le retrouvait dans des boues d'épuration, avec des variations importantes liées à la météo (il y en a moins quand le temps est sec, et plus quand il est pluvieux^[19]). Localement, l'industrie est une source qui, pour ce qui concerne la contamination des eaux usées, dépasse les apports automobiles (cela a été vérifié dans une grande zone industrielle de Munich^[19]). Comparées à ceux des analyses de boues d'épuration de 15 stations d'épuration de petites villes rurales allemandes, les taux de platine des boues d'épuration munichoises étaient nettement plus élevés^[19].
Le taux de platine augmente jusque dans l'urine humaine, et tous ses composés sont hautement toxiques.
Sous leurs formes biodisponibles, les platinoïdes se sont montrés bio-assimilables chez les plantes et animaux expérimentalement exposés. Ceci a été démontré chez diverses plantes terrestres ou aquatiques, pour des composés solubles et pour des particules liées au platine, au palladium et au rhodium^[20].
Le platine des pots catalytiques, rare et coûteux tend à être remplacé par le palladium (ou associé à ce dernier). Dans les mêmes conditions, le palladium semble aussi bio-assimilable que le platine, voire plus que ce dernier.
Chez les animaux (espèces aquatiques principalement) expérimentalement exposés à des sels solubles ou à des substances catalytiques, la bioconcentration est également démontrée^[20].
Des vers parasites des poissons ont également montré une capacité à bioaccumuler les platinoïdes (ils pourraient donc être utiles à la biosurveillance fine de milieux aquatiques^[20]).
La bioassimilabilité et bioconcentration sont également observées quand ce sont des sédiments de rivières urbaines, de la poussière routière ou de tunnel qui sont utilisés comme sources de platinoïdes pour l'expérience^[20].
Parmi les platinoïdes, le platine semble moins bio-assimilable que le palladium, pour la faune comme pour la flore^[20]. Cependant, sous forme de micro ou nanoparticules, le platine devient très actif, même à très faible dose.
Les composés du platine biodisponibles étaient très rares dans la nature. Mais ils sont maintenant produits en grandes quantités par l'industrie et largement répandus dans l'environnement, notamment via l'incinération, l'épandage de boues d'épuration^[19] et lors du vieillissement des pots catalytiques.
Par exemple, des analyses de 166 échantillons d'air et des urines de 178 personnes (non exposées par leur profession) ont été faites à Munich de 1993 à 1996. Elles ont montré une très forte augmentation (triplement) des teneurs de l'air en trois ans (passant de 7,3 ± 6,5 pg/m³ en 1993-1994 à 21,5 ± 13,8 pg/m³ pour 1995-1996), avec jusqu'à 62 pg/m³. Le taux moyen de platine urinaire pour les 178 personnes était de 6,5 ng/g de créatinine. La distribution anormale de ce platine dans la population (96 % des personnes testés avaient moins de 20 ng/g de créatinine (SD = 6,4; MEDIAN 4,3 =; MAX = 45 ng/g de créatinine) alors que quelques personnes en présentaient 3 à 4 fois plus. L'étude a montré que ces derniers étaient en fait contaminés par des alliages dentaires or-platine qu'ils portaient^[23].
Plus la circulation était intense, plus le taux de ces métaux était élevé.
La cartographie de la pollution était fortement corrélée à celle du réseau routier et de la densité de circulation^[26].
Bien qu'ils ne soient obligatoires en Europe que depuis 1993, l'identité et les proportions respectives de platinoïdes (Pt / Pd / Rh) correspondent à celles des pots d'échappement catalytiques, ce qui laisse supposer qu'ils sont bien à l'origine des valeurs de plus en plus élevées (même en Italie où l'État a autorisé les pots non-catalytiques jusqu'en janvier 2002^[26].).
La neige fraîche contenait de 0,20 à 2,51 pg/g pour le Pt, de 1,45 à 14,04 pg/g pour le palladium et de 0,24 à 0,66 pg/g pour Rh. les teneurs les plus élevées étaient dans la plupart des cas trouvées près des axes routiers, sans lien direct ou évident avec le trafic routier. Durant l'étude la direction et l'origine des masses d'air atteignant la vallée ont été enregistrées, de manière à fournir des indices sur l'origine de ces platinoïdes^[29].
Les teneurs étaient plus élevées en 2004 qu'en 2003. Les auteurs estiment que les platinoïdes trouvés dans la neige des Pyrénées en 2004 provenait du parc des véhicules européens, et de certaines activités minières russes^[29].
Bien que leur potentiel toxicologique et écotoxicologique soit encore mal connu, et qu'on n'ait pas encore détecté d'effets écologiques majeurs ou aigus attribuables avec certitude à ces platinoïdes anthropiques^[20], des effets chroniques sur la biosphère sont suspectés, notamment car^[20] :
La question d'éventuels effets sanitaires - via l'alimentation ou via l'inhalation de particules - se pose donc.
Dans tous les cas, les études sont compliquées par les difficultés techniques d'analyse des traces de Pt, Pd et Rh (bien que des techniques récentes permettent des mesures très précises en Pg/g d'échantillon) et surtout par d'importantes lacunes en matière de connaissance de leurs impacts environnementaux^[20],[32].
De plus, les émissions (industrielles ou des pots catalytiques) changent dans leur composition. Par exemple, à Mexico, on a noté un pic en 1993, puis une moindre augmentation des taux de Pt-Pd-Rh^[24], ce qui suggère que les premiers pots catalytiques perdaient plus rapidement qu'aujourd'hui une partie de leurs catalyseurs, soit parce que la technologie ne permettait pas une bonne adhésion des catalyseurs à la matrice du pot, soit parce que les conducteurs utilisaient des carburants inappropriés, ou pour ces deux raisons à la fois.
Chiffres de 2003, métal contenu dans les minerais et concentrées, source : L'état du monde 2005
En 2008, l'offre mondiale était de 198 tonnes réparties comme suit^[15]:
Les principaux producteurs mondiaux de platine sont^[33]:
Le platine étant une ressource non renouvelable, sa fin est prévue en 2064^[34].
En 2014, la France est nette importatrice de platine, d'après les douanes françaises. Le prix moyen au gramme à l'import était de 34 €^[35].
Le platine est maintenant considéré comme un métal plus précieux que l'or, de telle sorte qu'une récompense de platine est symboliquement supérieure à une récompense d'or.
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