L'aluminium et ses alliages

L'aluminium et ses alliages

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Cours
LucieLagarde

Par LucieLagarde

Mise à jour le 18-01-2017

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I. Introduction

L’aluminium est un métal bien connu, car il est présent dans beaucoup d’objets que nous manipulons quotidiennement : canettes, etc. Ses propriétés font qu’il est également très intéressant pour des applications industrielles dans les secteurs automobiles, aéronautiques … où il intervient dans des alliages.


Dans cette fiche, nous proposons de nous focaliser sur cet élément chimique. Nous commencerons par une description rapide de l’aluminium et de ses propriétés physico-chimiques. Ensuite, nous indiquerons comment le métal aluminium est produit à partir de minerais. Après, nous indiquerons les diverses applications de l’aluminium, de ses alliages et de ses composés.


Prérequis : La production de l’aluminium repose sur des processus chimiques. D’autre part, les utilisations de l’aluminium tirent surtout profit de ses propriétés mécaniques. En conséquence, les notions scientifiques abordées dans ce document concernent surtout la chimie et la physique des matériaux. Toutefois, cette fiche reste accessible à un large public.


II. Généralités sur l'aluminium

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III. Production de l'aluminium

L’élément chimique aluminium est abondant dans l’écorce terrestre. Par contre, puisqu’il s’oxyde facilement en présence de dioxygène, la quasi-totalité de l’aluminium que l’on trouve dans la Nature est oxydée, principalement sous forme d’alumine Al2O3 . L’alumine est particulièrement présente dans une roche du nom de bauxite. Cette appellation vient du fait qu’elle fut découverte dans le village de Baux-de-Provence (Bouches du Rhône, France), en 1822. La coloration rouge de cette roche est due aux oxydes de fer qu’elle contient également. La bauxite est le minerai le plus utilisé pour produire de l’aluminium.


1. Extraction de l'alumine par le procédé Bayer

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2. Le problème des boues rouges

Les boues rouges engendrées par le procédé Bayer constituent un déchet industriel potentiellement nuisible pour l’environnement. En effet, elles emportent avec elles une partie non négligeable de la soude utilisée, lui conférant alors un pH élevé, en général compris entre 11 et 14. En outre, elles comportent également des métaux lourds, donc toxiques. Dans la pratique, les boues rouges sont rejetées en mer et/ou déversées dans un bassin de stockage afin de laisser l’eau qu’elles contiennent s’évaporer, et ainsi former un résidu solide.


Le 4 octobre 2010 à Ajka, en Hongrie, la rupture d’une digue d’un de ces bassins a provoqué l’écoulement de plus de de boues rouges, causant une dizaine de mort, plus d’une centaine de blessés, de gros dégâts et causant une catastrophe écologique au voisinage du site.


Des solutions sont étudiées/appliquées pour valoriser les boues rouges et limiter leur impact environnemental. Certaines usines parviennent à limiter la basicité de leurs boues, soit en récupérant plus de soude desdites boues, soit en les traitant avec des acides. Des traitements existent également pour extraire les métaux lourds. Les boues rouges traitées sont utilisables comme matériau de construction. En outre, leur pH très basique leur permettrait de fixer des polluants comme le plomb, l’arsenic, ou le chrome dans des sols contaminés par ces métaux.


3. Procédé orbite

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4. Production de l'aluminium par électrolyse

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5. Bilan : intérêt du recyclage

Même si l’aluminium reste un métal abondant sur Terre, sa production n’est pas aisée. En outre, elle est particulièrement énergivore et polluante en l’état actuel des technologies employées. En effet, l’extraction de l’alumine selon le procédé Bayer produit des boues rouges potentiellement nocives pour l’environnement. Ensuite, la production de l’aluminium à partir de l’alumine libère des gaz à effet de serre (CO2 et perfluorocarbures PFC4 ). De plus, elle est grande consommatrice d’énergie électrique. Selon la manière dont celle-ci est produite (centrales au charbon, gaz naturel, fioul …), cela peut aggraver le bilan carbone de la production d’aluminium et l’émission de polluants.


Ce constat justifie pleinement l’intérêt du recyclage de l’aluminium à partir des produits manufacturés en fin de vie. A ceci se rajoute le fait que l’aluminium fond à une température relativement basse (660 °C) par rapport à d’autres métaux comme le fer. Dans la pratique, le recyclage de l’aluminium demande de trier les déchets en contenant, puis de le fondre. On parle d’ailleurs d’aluminium de seconde fusion pour désigner l’aluminium recyclé. Ensuite, selon l’utilisation souhaitée, l’aluminium est purifié et/ou mélangé à d’autres métaux pour confectionner des alliages. Notons que lesdits alliages sont également recyclables. Les techniques ont d’ailleurs évolué afin de produire un matériau recyclé ayant les propriétés voulues. On retiendra ainsi que l’aluminium est facilement recyclable, et permet d’économiser 95 % d’énergie par rapport à une production d’aluminium effectuée à partir de la bauxite. Rappelons d’ailleurs qu’il faut 4 tonnes de bauxite pour produire 1 tonne d’aluminium… Des projets ont actuellement pour but d’augmenter le taux d’aluminium recyclé en France, qui était vers 2010 de l’ordre de 32 % pour les déchets ménagers, pour un taux global en France d’aluminium recyclé de 49 % (tous types de déchets inclus). Cela serait faisable notamment en rendant rentable le recyclage de petits objets en aluminium : emballages, etc.


IV. Utilisations de l'aluminium, de ses composés et alliages

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I. Introduction


II. Généralités sur l'aluminium


1) L'atome d'aluminium
2) Propriétés physico-chimiques
3) Propriétés mécaniques


III. Production de l'aluminium


1) Extraction de l'alumine par le procédé Bayer
2) Le problème des boues rouges
3) Procédé orbite
4) Production d'aluminium par électrolyse
5) Bilan : intérêt du recyclage


IV. Utilisations de l'aluminium, de ses composés et alliages


1) Hydroxyde d'aluminium
2) Alumine
3) L'aluminium
4) Alliages de l'aluminium et applications

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