Un
métal : l’aluminium
L'aluminium est un
métal omniprésent
dans notre environnement et qui tend de nos jours à
remplacer le fer et l'acier dans de nombreuses applications.
Étudions-le sous toutes ces
facettes.
I. L'aluminium dans la
nature
- L'aluminium est le troisième
élément pour
l’abondance
dans la croûte terrestre.
- Dans la nature, il n'existe cependant pas
à l'état pur mais sous formes d'oxydes.
C'est pourquoi il n'a été découvert
qu'au siècle dernier (en 1825).
- Il est présent en grande
quantité dans la bauxite,
un
minerai découvert aux Baux-de-Provence en France
(1821) et constitué d’un
mélange d'oxydes (50 p.100 d'oxyde d'aluminium, de l'oxyde
de fer et de l'oxyde de silicium). L'oxyde de fer (Fe2O3),
présent également dans la rouille, donne une
couleur rouge caractéristique à la bauxite.
II. La production de
l'aluminium
1. Petit historique
- En 1854, Henri Saint-Claire Deville
développe un procédé
industriel pour produire l'aluminium.
- Jusqu'en 1887, la production onéreuse
et peu importante de l'aluminium rend ce métal précieux
au même titre que l'or ou l'argent.
- En 1886, C.
M. Hall aux
États-Unis et P. Héroult en France
découvrent deux procédés qui
permettent depuis la
bauxite de produire à plus
grande échelle de l'aluminium.
2. La production de
l'aluminium à partir de la
bauxite
- Le procédé
Hall-Héroult d'extraction de l'aluminium se fait en deux
étapes. À partir de 5 tonnes de bauxite, on
extrait une tonne d'aluminium.
- Première
étape :
l'extraction
de l'oxyde d'aluminium (alumine). Le
procédé le plus courant est le
procédé Bayer. On mélange la bauxite
à de la soude très concentrée.
Celle-ci dissout uniquement l'alumine pour donner une solution d'ions
sodium et aluminate. Les composés insolubles sont
séparés par décantation et filtration.
L'alumine est ensuite récupérée
à partir de la solution ionique.
- Seconde étape : l'électrolyse
de l'alumine. En traversant un
mélange
d'alumine et d'un minéral en fusion (la cryolite), un
courant électrique très important
(300 000 A) sépare l'alumine en aluminium
et dioxygène.
- L'énergie
électrique dépensée
pour produire une tonne d'aluminium est très
grande : environ 14 MWh (la consommation annuelle en
électricité de 20 familles).
- Chaque année, plus de 20
millions de tonnes d'aluminium sont produites dans le
monde.
- La production double environ tous les 10 ans.
III. Les
propriétés et les utilisations
de l'aluminium
- C'est un bon conducteur
de la chaleur.
- C'est un bon conducteur électrique,
mais moins bon que le cuivre.
- Il est léger
(3,5 fois plus que l'acier).
- Il s'oxyde à l'air en se recouvrant
d'une couche protectrice d’alumine.
- Il est attaqué par les acides et les
bases.
- Il est facilement recyclable.
Son recyclage permet d'économiser 95 p.100
d'énergie par rapport à sa production.
- Sa bonne conduction électrique et sa
légèreté lui permettent
d'être utilisé dans le transport
d'électricité.
- Il est utilisé
pour
fabriquer des
casseroles car il conduit bien la chaleur.
- Sa légèreté et son
comportement à l'air lui permettent d'être
utilisé dans l'aviation et
l'aéronautique, dans l'industrie ferroviaire
et nautique.
- Il est abondamment utilisé dans les emballages
alimentaires mais il ne doit pas être en
contact avec des aliments trop acides.
- Il remplace l'acier dans les carrosseries
automobiles car sa
légèreté permet de réaliser
des économies d'énergie.
- Son utilisation dans le bâtiment
est dû à son comportement à l'air et
son aspect brillant.
IV. Tests de reconnaissance
de l'aluminium
Une des possibilités est présentée ci-dessous :