Platine

Pour les alchimistes il est symbolisé par la fusion de l’or et de l’argent, pour les vieux couples c’est le symbole de stabilité (70 ans de mariage) : le platine a toutefois bien d’autres attraits qui en font un métal très prisé pour la bijouterie, la catalyse industrielle et environnementale et les hautes technologies. Ses qualités en font l’une des huit matières premières stratégiques considérées comme indispensables en temps de guerre comme en temps de paix.

Élément 78, représentatif des platinoïdes (Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt), caractérisés par des propriétés communes et particulières (inertie chimique, puissants catalyseurs, point de fusion élevé, résistance à la corrosion et à l’oxydation à haute température, faible coefficient d’expansion thermique, durabilité mécanique et stabilité thermoélectrique), le platine est connu depuis l’antiquité sous forme d’alliages naturels. Bien que difficile à fondre, ce métal a été utilisé par des peuples pré-colombiens. Les Espagnols ont nommé ce métal platine (ou « petit argent ») lorsqu’ils l’ont découvert en Colombie, le considérant dans un premier temps comme une impureté indésirable du minerai d’argent.

Le platine peut se trouver à l’état natif, dans certains minerais (sperrylite : PtAs2, coopérite : PtS), souvent accompagné de faibles quantités d’autres métaux de la famille du platine. Il est présent également dans certaines alluvions et en Afrique du Sud il est fortement concentré (tout est relatif : 5 g/t !) dans le filon de Merensky, couche de roche ignée qui contient la majeure partie des réserves mondiales de platinoïdes. Le platine est le plus souvent obtenu commercialement comme sous-produit du traitement du minerai de nickel, qui en contient environ 2 g/t tonne. La production mondiale est de l’ordre de 200 t/an, concentrée dans seulement 5 pays : Afrique du Sud, Russie, Zimbabwe, Canada et États-Unis (il n’y a pas la Chine…), auxquelles il faut ajouter 30 t issues du recyclage des catalyseurs.

La très grande inertie chimique du platine lui a valu d’être employé, en association avec l’iridium, pour l’élaboration de références métrologiques. La définition standard du 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.

Aujourd’hui encore, un cylindre en platine iridié, également conservé au BIPM, sert de prototype au kilogramme, même s’il aurait perdu 50µg de sa masse depuis 1889 : problème qui a son importance, puisqu’une commission internationale doit statuer en 2015 sur son remplacement par une définition plus immatérielle.
Rappelons enfin que le platine est également utilisé dans la définition de l’électrode standard à hydrogène et que c’est le métal chéri des électrochimistes du fait de sa très grande inertie chimique.

Le platine et ses utilisations

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 de la même famille (rhodium et palladium), il est surtout utilisé comme catalyseur :

    • au laboratoire, c’est le célèbre platine Adams, PtO2, précurseur de nanoparticules de platine très active en hydrogénation,
    • dans l’industrie chimique avec les toiles de platine ou de platine rhodié pour catalyser l’oxydation partielle de l’ammoniac pour produire l’oxyde nitrique, NO2, intermédiaire dans la préparation de l’acide nitrique (procédé Ostwald : cf. Ammoniac et De l’AISC à l’IUPAC),
    • dans le raffinage de coupes pétrolières avec les procédés d’hydrocraquage catalytique pour atteindre les caractéristiques requises pour l’essence, le kérosène et les gazoles. Ces procédés requièrent des catalyseurs bifonctionnels constitués d’agrégats de platine (fonction hydrogénante) déposés sur des aluminosilicates ou des zéolithes (fonction isomérisante) qui convertissent les fractions lourdes riches en hydrocarbures aromatiques en mélanges enrichis en hydrocarbures aliphatiques éventuellement ramifiés,
    • pour la confection des pots catalytiques, dans le but de modifier la composition des gaz d’échappement afin de réduire leur teneur en monoxyde carbone, oxydes d’azote (NOx), composés organiques volatils (COV) en les convertissant en dioxyde de carbone (mais gaz à effet de serre, cf. Dioxyde de carbone ; réaction d’oxydation), eau et diazote (réaction de réduction) :
      2 CO + O2 → 2 CO2
      4 CxHy+ (4x+y) O2 → 4x CO2 + 2y H2O
      2 NO + 2 CO → N2 + 2 CO2

Le pot catalytique

Un pot catalytique, qui fonctionne correctement au-dessus de 400 °C, est constitué d’un support en cordiérite (silicoaluminate de magnésium) à structure en nid d’abeille recouvert d’une barbotine à base d’alumine (Al2O3), cérine (CeO2), voire zircone (ZrO2), contenant le catalyseur.
La structure alvéolaire du pot permet d’avoir une grande surface de contact avec les polluants, augmentant ainsi l’action du catalyseur.

Il existe deux grands types de pot catalytique, chacun adapté à la nature du carburant utilisé : pot dit à trois voies pour les moteurs à essence, et pot dit à deux voies, associé ou non à un filtre à particules, pour les moteurs à gazole. Ce dernier ne permet pas la réduction des oxydes d’azote Le platine (actif pour l’oxydation), en association avec le palladium et le rhodium est surtout employé dans le cas des moteurs diesel. Le palladium (actif pour l’oxydation) associé au rhodium (actif pour la réduction) est davantage employé dans le cas des véhicules à essence.

L’apparition des pots catalytiques a conduit à la disparition de l’utilisation du plomb tétraéthyle, additif anti-détonnant (cf. Méthanol), mais poison pour le catalyseur. C’est une bonne chose, mais il est intéressant de noter qu’une pollution en chasse une autre : les glaces du Groenland contiennent maintenant du platine… qui a remplacé le plomb ! La présence de nanoparticules de platine dans des aérosols atmosphériques (notamment dans les tunnels…) pose de nouveaux problèmes d’ordre sanitaire qu’il faut étudier avec sérieux,

d’où la pensée du jour
« Platine or not platine ? Les hommes préfèrent les blondes… »

Sources

Pour en savoir plus

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