Aluminium
Magnésium ← Aluminium → Silicium B   13 Al                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Al ↓ Ga Table complète • Table étendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro	Aluminium, Al, 13
Série chimique	métal pauvre
Groupe, Période, Bloc	13 (IIIA) , 3, p
Masse volumique	2, 6989 g·cm-3 [1]
Dureté	1, 5
Couleur	blanc lustre métallique
N° CAS	7429-90-5 [2]
N° EINECS	231-072-3
Propriétés atomiques
Masse atomique	26, 9815386 ± 0, 0000008 u
Rayon atomique (calc)	125 pm (118 pm)
Rayon de covalence	1, 21 ± 0, 04 Å [3]
Rayon de Van der Waals	205 pm
Configuration électronique	[Ne] 3s2 3p1
Électrons par niveau d'énergie	2, 8, 3
État (s) d'oxydation	3
Oxyde	amphotère
Structure cristalline	cubique face centrée
Propriétés physiques
État ordinaire	solide
Point de fusion	660, 323 °C (congélation) [4]
Point d'ébullition	2 519 °C [1]
Énergie de fusion	10, 79 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	294 kJ·mol-1 (1 atm, 2 519 °C) [1]
Volume molaire	10, 00×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	2, 42×10-6 Pa
Vitesse du son	6 400 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1, 61
Chaleur massique	31, 75104 J·mol-1·K-1 (liquide, 660, 3 à 2 517, 7 °C) [5]
Conductivité électrique	37, 7×106 S·m-1
Conductivité thermique	237 W·m-1·K-1
Solubilité	sol. dans NaOH, KOH ou Na2CO3 aqueux[6], HCl (catalysée par CuCl2, HgCl2 ou une goutte de Hg), HCl + H2O2, H2SO4 dilué (catalysée par les ions Hg (II) ) [7]
Énergies d'ionisation[8]
1re : 5, 985768 eV	2e : 18, 82855 eV
3e : 28, 44765 eV	4e : 119, 992 eV
5e : 153, 825 eV	6e : 190, 49 eV
7e : 241, 76 eV	8e : 284, 66 eV
9e : 330, 13 eV	10e : 398, 75 eV
11e : 442, 00 eV	12e : 2 085, 98 eV
13e : 2 304, 1410 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 26Al {syn. } 717 000 ans ε 4, 004 26Mg 27Al 100 % stable avec 14 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[9]
F
Phrases R : 11, 15, 17,
Phrases S : 2, 7/8, 43,
Transport
-    1396
SIMDUT[10]
B6,
SGH[11]
Danger H250, H261,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C'est un élément important sur la Terre avec 7, 5 % de la masse totale.

C'est un métal pauvre, argenté et malléable. Il est remarquable pour sa résistance à l'oxydation et sa faible densité.

En réalité, il est particulièrement oxydable mais à l'air, il se forme une couche de quelques micromètres d'alumine, un oxyde imperméable de formule Al₂O₃ qui protège le reste du métal et se reconstitue particulièrement rapidement. On parle alors d'une protection cinétique au contraire de la protection thermodynamique car l'aluminium reste particulièrement oxydable.

Il est essentiellement extrait de la bauxite, minerai où il est présent sous forme d'oxyde hydraté dont on extrait l'alumine. Il peut aussi être extrait de la néphéline, de la leucite, de la sillimanite, de l'andalousite et de la muscovite.

L'aluminium est utilisé dans de nombreuses industries pour faire de nombreux produits différents et il est particulièrement important pour l'économie mondiale. La Chine est un important pays producteur, devant l'Amérique du Nord (États-Unis et Canada).

Les composants structuraux faits à partir de l'aluminium sont essentiels à l'industrie aérospatiale et particulièrement importants dans d'autres secteurs du transport et de la construction où sa faible densité, sa longévité et sa résistance sont nécessaires.

Histoire

En 1807, Humphry Davy, après avoir découvert que le sodium et le potassium entraient dans la composition de l'alun, suppose qu'il s'y trouve aussi un autre métal, qu'il baptise «aluminium» (en latin, «alun» se dit alumen). Pierre Berthier découvre dans une mine près des Baux-de-Provence en 1821 un minerai contenant plus de 50 % d'oxyde d'aluminium. Ce minerai sera nommé bauxite.

On attribue le plus souvent la découverte et l'isolement de l'aluminium à Friedrich Wöhler en 1827. Cependant, deux ans plus tôt, le chimiste et physicien danois Hans Christian Ørsted avait réussi à produire une forme impure du métal. Wöhler fut le premier à mettre en évidence les propriétés chimiques et physiques de l'aluminium, dont la plus notable est la légèreté.

Le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville perfectionne en 1846 la méthode de Wöhler en réduisant le minerai par le sodium. Il publie ses recherches dans un ouvrage en 1856. Cette méthode est utilisée à travers toute l'Europe pour la fabrication de l'aluminium, mais elle reste extrêmement coûteuse. Le métal est d'ailleurs utilisé pour fabriquer des bijoux, dont la valeur sera bien entendu réduite à néant quelques décennies plus tard.

• 1855 : Les nouveaux métaux sont exposés à l'exposition universelle de Paris. La société Pechiney est créée en France.
• Le premier site industriel producteur d'aluminium au monde s'installe à Salindres dans le Gard, et débute son activité dès 1860.
• 1876 : William Frishmuth réalise la première coulée d'aluminium. En 1884, il réalise la coiffe du Washington Monument en ce métal.
• 1886 : de manière indépendante, Paul Héroult et Charles Martin Hall découvrent une nouvelle méthode de production de l'aluminium en remarquant qu'il est envisageable de dissoudre l'alumine et de décomposer le mélange par électrolyse (procédé Héroult-Hall) pour donner le métal brut en fusion. Pour cette découverte, Hall obtient un brevet (400655) la même année. Ce procédé permet d'obtenir de l'aluminium de manière assez économique. La méthode mise au point par Héroult et Hall est toujours utilisée actuellement.
• 1887 : Karl Josef Bayer décrit une méthode connue sous le nom de procédé Bayer pour obtenir de l'alumine à partir de la bauxite. Cette découverte sert à faire entrer l'aluminium dans l'ère de la production de masse.
• 1888 : les premières sociétés de production d'aluminium sont fondées en Suisse, France ainsi qu'aux États-Unis.

Propriétés

Propriétés physiques

L'aluminium est un métal mou, léger, mais résistant avec un aspect argent-gris mat, dû à une mince couche d'oxydation de cinq à dix qui se forme rapidement lorsque on l'expose à l'air et qui empêche la corrosion de progresser dans des conditions normales d'exposition chimiques. Ce film composé d'alumine se forme spontanément particulièrement rapidement lorsque l'aluminium est mis en contact avec un milieu oxydant comme l'oxygène de l'air. À la différence de la majorité des métaux, il est utilisable même s'il est oxydé en surface. On peut même dire que sans cette couche d'oxyde, il serait impropre à la majorité de ses applications. Il est envisageable d'augmenter artificiellement l'épaisseur de cette couche d'oxydation par anodisation, ce qui permet d'augmenter la protection et de décorer les pièces en colorant la couche d'oxyde. Au contraire de l'aluminium qui est un très bon conducteur, l'oxyde d'aluminium est un excellent isolant.

L'aluminium a une densité (2, 7) à peu près trois fois plus faible que celle de l'acier ou du cuivre ; il est malléable, ductile et aisément usiné et moulé. Il possède une excellente résistance à la corrosion et une grande longévité. Il est aussi paramagnétique et ne provoque pas d'étincelles. C'est le deuxième métal le plus malléable et le sixième le plus ductile.

Bombardé par un laser à électrons libres, l'aluminium devient transparent dans les ultraviolets extrêmes^[12].

Propriétés chimiques

En solution, l'aluminium se trouve le d'une façon plus générale sous la forme d'ions Al³⁺. Il s'oxyde lentement à froid et rapidement à chaud pour former l'alumine Al₂O₃. L'action des acides sur l'aluminium produit l'ion cité plus haut.

La réaction de l'aluminium avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude) produit de l'aluminate de sodium et du dihydrogène gazeux, selon une réaction exothermique d'équation :

Les hydroxydes d'aluminium s'obtiennent généralement en précipitant une solution contenant des cations Al³⁺ avec une base. Cette méthode sert à former selon les conditions de précipitation différentes phases cristallographiques tel que la bayerite, la bœhmite, la gibbsite.

L'aluminium est aussi utilisé comme réducteur fort, surtout pour l'aluminothermie et en pyrotechnie dans les feux d'artifice, où il joue un rôle identique au magnésium, à moindre coût et avec une puissance plus grande.

Toxicologie

L'aluminium s'est vu consacré pour ses effets neuro-toxiques sur le système nerveux ^[13]. Des personnes exposées à l'aluminium (suite à une ou plusieurs vaccinations^{[14], [15]} ou un traitement de dialyse) peuvent développer des complications au niveau du dispositif nerveux central, la myofasciite à macrophages, l'encéphalopathie, l'épilepsie et des troubles de mémoire. L'accumulation d'aluminium dans l'organisme peut aussi jouer un rôle dans d'autres maux comme le psoriasis, les insuffisances hépatorénales chroniques, l'anémie, l'ostéomalacie (os cassants ou mous), l'intolérance au glucose et les arrêts cardiaques chez les humains. Les cellules du cerveau des patients atteints d'Alzheimer contiennent de 10 à 30 fois plus d'aluminium que la normale^[16]. L'Institut de la Veille sanitaire a réalisé en 2003 une étude poussée qui montre le manque de données suffisantes pour confirmer ou infirmer les conséquences de l'aluminium sur la santé. Les études ont porté en particulier sur la qualité des eaux utilisées pour la boisson, mais pas sur les effets des emballages en aluminium^[17].

On peut trouver de l'aluminium dans les aliments, l'eau, les déodorants, les vaccins et les médicaments. Les ustensiles de cuisine et le papier d'aluminium peuvent aussi en libérer (en quantité le plus souvent négligeable) dans les aliments. C'est pourquoi son utilisation dans la fabrication de conduites d'eau est prohibée dans plusieurs pays.

Alimentation

L'aluminium est repris comme additif alimentaire, son numéro SIN est E173^[18]

Prix au kilogramme

D'après le site de la bourse des métaux de Londres, la tonne d'aluminium est commercialisé 2334 , autrement dit à peu près 2.334 /kg soit à peu près 1.6737€ le kilogramme d'aluminium (prix au 6 octobre 2010)

Alliages remarquables et utilisations

En tonnage et en valeur, l'aluminium est le métal le plus utilisé après le fer, grâce à sa légèreté et sa bonne conductivité électrique et thermique. L'aluminium pur est mou et fragile, mais avec des petites quantités de cuivre, magnésium, manganèse, silicium et d'autres éléments, il peut former des alliages aux propriétés variées.

Parmi les secteurs utilisant l'aluminium, on peut citer :

• les transports (automobiles, avions, camions, trains, bateaux, vélos etc. )  ;
• l'emballage (boîtes de conserve, papier aluminium, canettes, barquettes, aérosols, etc. ) et surtout les emballages alimentaires ;
• la construction (fenêtres, portes, gouttières, etc. )  ;
• les biens de consommation (appareils, ustensiles de cuisine etc. )  ;
• les fils électriques (la conductivité de l'aluminium ne représente que 60 % de celle du cuivre, mais l'aluminium est plus léger et moins cher)  ;
• de l'aluminium particulièrement pur (99, 980 à 99, 999 %) est employé en électronique et pour les CD.
• de l'alliage de l'aluminium soumis à une torsion sous haute pression (60 T/ cm²) puis à un vieillissement, est pourvu d'une «nanostructure hiérarchique» et de performances atteignant celles des meilleurs aciers. Il est employé en aéronautique ou astronautique^[19].

Outil de datation

• En géomorphologie et paléosismologie, l'isotope ²⁶Al, créé par les rayons cosmiques, est utilisé pour la datation par isotopes cosmogéniques de surfaces ou la détermination de taux d'érosion.
• Le dispositif solaire provient d'une nébuleuse où le ²⁶Al était jadis réparti de manière homogène (à ± 10% ; ceci est démontré par l'analyse des chondres des météorites les plus anciennes). Il se désintègre en magnésium avec une demie-vie de 0, 73 millions d'années, ce qui forme un étalon pour évaluer la date de formation des premiers solides du dispositifs solaire^[20]. Ceci pourra aider à mieux connaître le calendrier de la formation des premiers solides du dispositif solaire. ^{[réf.  nécessaire]}

Gisements

L'aluminium est un élément abondant dans la croûte terrestre mais il se trouve rarement sous sa forme pure^[21]. C'est le troisième élément le plus abondant dans la croûte terrestre (8 % de la masse) après l'oxygène et le silicium. L'aluminium est particulièrement complexe à extraire des roches qui le contiennent et a par conséquent été longtemps particulièrement rare et précieux.

Le principal minerai d'aluminium est la bauxite.

Production

La bauxite contient de l'alumine (Al₂O₃), qu'il faut en premier lieu extraire. Pour cela la bauxite doit être traitée par une solution de soude.

On obtient un précipité de Al (OH) ₃ qui donne de l'alumine par chauffage. L'aluminium est extrait par électrolyse : l'alumine est introduite dans des cuves d'électrolyse avec des additifs comme la cryolithe (Na₃AlF₆), le fluorure de calcium (CaF₂), le fluorure de lithium et d'aluminium (Li₃AlF₆) et le fluorure d'aluminium (AlF₃) afin d'abaisser le point de fusion de 2 040 °C à 960 °C.

La production d'une tonne d'aluminium nécessite de quatre à cinq tonnes de bauxite. Elle nécessite entre 13 000 et 17 000 kWh (entre 47 et 61 GJ). Lors de l'électrolyse, sont émis des gaz tels que du dioxyde de carbone, (CO₂), du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), et des fluorures gazeux. Dans les meilleures usines, le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont brûlés ou recyclés comme source de carbone, et les fluorures sont retournés dans le bain d'électrolyse.

Statistiques de production^[22]

La production mondiale d'aluminium secondaire à partir du recyclage s'est élevée à 7, 6 Mt en 2005, soit 20 % de la production totale de ce métal.

Année	Afrique	Amérique du Nord	Amérique latine	Asie	Europe et Russie	Océanie	Total
1973	249	5 039	229	1 439	2 757	324	10 037
1978	336	5 409	413	1 126	3 730	414	11 428
1982	501	4 343	795	1 103	3 306	548	10 496
1987	572	4 889	1 486	927	3 462	1 273	12 604
1992	617	6 016	1 949	1 379	3 319	1 483	14 763
1997	1 106	5 930	2 116	1 910	6 613	1 804	19 479
2003	1 428	5 945	2 275	2 457	8 064	2 198	21 935
2004	1 711	5 110	2 356	2 735	8 433	2 246	22 591
Production d'aluminium en milliers de tonnes

Recyclage

L'aluminium a une excellente recyclabilité. Pour recycler l'aluminium, on le fait simplement fondre. En plus des bénéfices environnementaux, le recyclage de l'aluminium est nettement moins coûteux que l'extraction à partir du minerai de bauxite. Il nécessite 95 % d'énergie en moins et une tonne d'aluminium recyclé permet d'économiser quatre tonnes de bauxite. En sautant l'étape de l'électrolyse, qui réclame énormément d'énergie, on évite les rejets polluants qui lui sont associés. L'aluminium est presque recyclable à l'infini sans perdre ses qualités, à condition de ne pas fondre dans un même bain des alliages de composition différente.

Le recyclage de l'aluminium est pratiqué depuis les années 1900 et ne cesse de progresser : dans la consommation d'aluminium en Europe, la part d'origine recyclage est passée de 50 % en 1980 à plus de 70 % en 2000. Il existe différentes filières industrielles de récupération de l'aluminium. En France, l'aluminium ménager est récupéré avec les emballages dans le cadre du tri sélectif. Dans les centres de tri, l'aluminium est trié manuellement ou plus fréquemment grâce à des machines de tri par courants de Foucault. Il est ensuite broyé avant d'être refondu par des affineurs d'aluminium pour redonner du métal utilisable, nommé aluminium de seconde fusion. L'aluminium de seconde fusion est utilisé principalement pour la fabrication de pièces de fonderie pour l'automobile (blocs moteur, culasses, pistons, etc. )

Après la Deuxième Guerre mondiale la pénurie a conduit à refondre des alliages d'aluminium pour en faire des pièces n'strict pas de caractéristiques mécaniques précises, et surtout des ustensiles de cuisine. La composition des alliages obtenus n'était pas appréciée des fondeurs qui les qualifiaient de «cochonium». Les casseroles ainsi réalisées se piquaient (corrosion par piqûre), sous l'effet de l'acidité des aliments. Les conséquences d'une alimentation polluée ont déjà été évoquées.

Dans certains pays en voie de développement, le recyclage non contrôlé de matières à base d'aluminium conduit toujours aujourd'hui à réaliser des ustensiles alimentaires avec des teneurs en éléments nocifs (nickel, cuivre, etc. ).

Néanmoins, le recyclage des alliages d'aluminium, effectué sérieusement, avec un contrôle précis de la composition, donne d'excellents résultats.

Les cinq premiers producteurs mondiaux

Dans la liste de producteurs d'aluminium dans le monde, les cinq principaux sont en 2006 ^[23] :

• Rio Tinto Alcan
• Rusal
• Alcoa
• Hydro Al
• Chalco

Pollution

Trois types de pollutions sont génèrées par la production de l'aluminium^[24] :

• une pollution par les rejets de production d'alumine à partir de la bauxite, dites boues rouges stockées dans des aires protégées par des digues; ces boues sont caustiques (soude) et contiennent divers métaux ;
• une pollution fluorée lors de la transformation de l'alumine en aluminium ;
• des rejets gazeux au-dessus des cuves d'électrolyse, qui doivent être captés.

Incidents graves liés à l'industrie de l'aluminium

Le 4 octobre 2010, un réservoir de l'usine de production de bauxite-aluminium, Ajkai Timfoldgyar Zrt, localisée à Ajka, à 160 kilomètres de Budapest s'est rompu déversant entre 600 000 et 700 000 mètres cube de boue rouge toxique composée d'éléments nocifs et particulièrement corrosifs qui ont inondé trois villages dans un rayon de 40 km² avant d'atteindre le Danube menaçant l'écosystème du grand fleuve avec un taux alcalin un peu au-dessus de la normale^{[25], [26], [27], [28]}.

Le bilan des pertes humaines s'élève à 9 morts dont une fillette de 14 mois et plus de 150 blessés, l'écosystème à proximité de l'usine a été entièrement détruit, la marée rouge a emporté avec elle le bétail et les animaux de fermes, des milliers de poissons ont péri. Le gouvernement hongrois a décrété l'état d'urgence^{[29], [30]}. La région demeure sous le risque d'une deuxième inondation identique après que plusieurs fissures ont été remarquées sur le réservoir nord menaçant de déverser 500 000 mètres cube de boue rouge de plus^{[31], [32]}.

Notes et références

Voir aussi

Métallurgie extractive de l'aluminium

• Alumine
• Bauxite
• Extraction de l'alumine
• Production de l'aluminium par électrolyse

Alliage d'aluminium

• Alliages d'aluminium pour corroyage
• Alliages d'aluminium pour fonderie

Transformation de l'aluminium

• Fonderie d'aluminium
• Fabrication des feuilles et bandes d'aluminium
• Fabrication de semi-produits en alliage d'aluminium : tôles, profilés et pièces de fonderie.
• Satinage de l'aluminium, par microbillage avec des microbilles de verre.

Liens externes

• Informations de marché, sur le site de la Conférence ds Nations unies pour le commerce et le développement
• Alu-Scout - La plateforme interactive d`information et d'échange du domaine de l`aluminium
• Micrographies comparant la surface brillante et la surface mate du papier aluminium
• aluMATTER - un site web librement accessible qui vise à apporter des outils de formation en ligne innovants et interactifs relatifs à la science ainsi qu'aux technologies de l'aluminium
• Site de l'Institut pour l'histoire de l'aluminium (IHA).
• Iconothèque de l'aluminium de l'IHA.
• un dossier pluridisciplinaire sur l'aluminium
• Caractérisation de l'aluminium par Henri Sainte-Claire Deville (1854), article analysé sur le site BibNum.
• Le brevet Héroult d'électrolyse de l'aluminium (1886) en ligne et analysé sur le site BibNum.
• Fonderie non ferreux diffuse en ligne des informations techniques et économiques sur les alliages d'aluminium.
• (en) Institut international de l'aluminium, avec données mensuelle de production par zone géographique.

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Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz rares
Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Métaux de transition	Métaux pauvres
Lanthanides	Actinides	Superactinides	Éléments non classés

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