La chimie dans l’industrie de l’aluminium
Rouleaux d’aluminium (Rio Tinto)
Rouleaux d’aluminium (Rio Tinto)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Découvre le rôle de la chimie dans l’industrie de l’aluminium.
À Rio Tinto, la science est partout. Qu’il s’agisse de savoir où trouver des minéraux sur Terre ou de fabriquer de l’aluminium. Nous utilisons la science tous les jours. Dans le cadre de notre travail, nous faisons beaucoup de chimie. Surtout de la chimie analytique. Mais qu’est-ce que la chimie analytique? Et comment peut-on s’en servir pour fabriquer de l’aluminium?
Commençons par le début!
Qu’est-ce que l’aluminium?
Tu as probablement déjà entendu parler d’aluminium. Il sert à fabriquer beaucoup de choses. Par exemple, le papier d’aluminium, les canettes de boisson, les roues des voitures, les pièces des avions et même les pièces des satellites.
Tu sais peut-être aussi que l’aluminium est un élément chimique. Il figure dans le tableau périodique des éléments. Ce métal gris argenté est le métal le plus répandu sur Terre. C’est aussi le troisième élément chimique le plus courant, après l’oxygène et le silicium.
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Voici une photo en couleur de centaines de canettes de boisson écrasées.
Les canettes sont serrées les unes contre les autres et occupent toute l’image, de bord à bord. Elles ont des imprimés de plusieurs couleurs et motifs différents. Elles ont toutes un fond en métal argenté et un dessus avec une languette.
L’aluminium, en tant que tel, est très rare. Il se combine presque toujours avec d’autres éléments pour former des composés.
Le composé d’aluminium le plus commun dans la nature est le sulfate d’aluminium (Al2(SO4)3). Il est souvent utilisé pour former de petites particules qui s’agglutinent dans les usines de traitement des eaux usées.
L’aluminium se combine aussi à l’oxygène pour former de l’oxyde d’aluminium (Al2O3). Ce composé est appelé alumine. L’alumine est souvent produite à partir d’un minerai appelé bauxite. L’alumine est généralement une poudre blanche. Elle est utilisée dans de nombreux procédés chimiques et de fabrication.
L’alumine est aussi présente dans la nature sous forme de corindon. Les rubis et les saphirs sont des types de corindon.
Le savais-tu?
Il y a au moins 300 composés différents qui contiennent de l’aluminium.
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L’illustration en couleur montre les ingrédients nécessaires pour produire un kilogramme d’aluminium.
Le titre est inscrit en lettres blanches dans la partie supérieure de l’image. Les matières sont représentées sur un fond bleu uni. En commençant par le haut, la première matière est une grande forme brune comportant deux sommets pointus et une base plane. La matière est étiquetée « 4 kg de bauxite ».
Une flèche blanche pointe la première matière d’une rangée de cinq images. Les matières sont séparées par des symboles « + ». La première image correspond à un amas rond de matière gris pâle étiqueté « 1,93 kg d’oxyde d’aluminium ». Après un symbole « + », l’image qui suit est un amas de matière plus petit, rond et gris foncé. Cet amas est étiqueté « 0,4 à 0,5 kg de carbone ».
Après un autre symbole « + », la troisième image est un amas de matière blanc rond encore plus petit. Il est étiqueté « 20 g de fluorure d’aluminium ».
Après un troisième symbole « + », la quatrième image est un amas de matière gris pâle légèrement plus grand. Il est étiqueté « 50 g de cryolite ».
Après un quatrième symbole « + », la dernière image de la rangée est un dessin au trait jaune d’un éclair. L’éclair est étiqueté « 13 à 15 kWh d’énergie électrique ».
En dessous de cette rangée d’images, on retrouve un symbole « = », puis le matériau final de l’illustration. Il ressemble à quatre carrés d’une barre de chocolat, mais de couleur gris métallique pâle. Ce matériau est étiqueté « 1 kg d’aluminium ».
Pourquoi utiliser l'aluminium?
Propriétés physiques
Les propriétés physiques de l’aluminium le rendent très utile. L’aluminium n’est pas très dense. Cela signifie qu’il est léger pour sa taille.
Lorsque l’aluminium est évaporé sous vide, il peut former une fine couche sur des objets. Cette couche réfléchit à la fois la chaleur et la lumière. Cette fine couche est utilisée sur les miroirs, les ballons d’hélium, les emballages et les jouets.
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Voici une photo en couleur de ballons aux couleurs vives collés les uns sur les autres.
Les ballons sont gonflés et brillants. Ils ont la forme d’étoiles et de cœurs. L’un est argenté, les autres sont dorés, verts, rouges et violets. Ils occupent toute la photo.
L’aluminium est un bon conducteur de chaleur. Cela signifie que la chaleur y circule facilement. C’est pourquoi on l’utilise pour faire des casseroles et des poêles.
C’est aussi un bon conducteur d’électricité. C’est pourquoi on l’utilise pour fabriquer des lignes de transport d’électricité.
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Voici une photo en couleur d’un poteau d’électricité.
La photo est prise du sol; l’appareil regardant le long d’un poteau métallique gris. Douze câbles différents sont connectés à deux barres transversales en haut du poteau. Les connecteurs ressemblent à des fourches à deux ou trois dents. Le ciel en arrière-plan est bleu vif avec des nuages blancs vaporeux.
L’aluminium est aussi très malléable et ductile. Cela signifie qu’il peut être facilement déformé en différentes formes, comme des feuilles plates et des tiges minces. C’est le deuxième métal le plus malléable et le sixième le plus ductile.
Propriétés chimiques
Les propriétés chimiques de l’aluminium lui confèrent une certaine utilité. L’aluminium ne corrode pas facilement. Cela signifie qu’il n’est pas facile de l’endommager par une réaction avec l’eau ou l’air.
L’aluminium n’est pas très résistant en soi. C’est pourquoi il est souvent combiné à d’autres métaux pour former des alliages. Les alliages d’aluminium et de cuivre, de manganèse, de magnésium ou de silicium sont légers et solides. Ils servent souvent à construire des avions et d’autres véhicules.
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Voici une photo en couleur d’un avion sur une piste.
L’avion a une hélice et trois roues. Il est fait en métal argenté brillant. Le nez est peint en damier noir et jaune. Il y a une étoile blanche dans un cercle noir sur le côté, ainsi que les lettres SX et B. Le casque d’un pilote est visible sous une verrière incurvée et transparente dans la partie supérieure de l’avion.
Le terrain autour de la piste est plat avec de l’herbe verte et une rangée d’arbres à l’horizon. Le ciel au-dessus est gris uni.
Le savais-tu?
Le bombardier Convair B-36 Peacemaker était si grand qu’il était connu sous le nom de « ciel d’aluminium ».
L’aluminium dans l’industrie
En raison de sa rareté dans la nature, ce n’est qu’en 1845 que l’on a pu obtenir un échantillon d’aluminium pur. C’est à ce moment que le chimiste allemand Friedrich Woehler a isolé l’aluminium de l’oxyde d’aluminium. Mais sa méthode était très complexe et prenait beaucoup de temps. Les scientifiques ont dû mettre au point de nouvelles méthodes pour produire de l’aluminium à plus grande échelle.
En 1886, deux scientifiques ont chacun trouvé une solution. L’un d’eux était le physicien Paul Héroult de France. L’autre était l’ingénieur Charles Hall des États-Unis. Ils ont tous deux inventé un procédé permettant de décomposer l’alumine pour produire de l’aluminium. Ils ne travaillaient pas ensemble, mais d’une manière ou d’une autre, les deux ont découvert le même procédé de façon indépendante. Au cours de la même année, ils ont déposé des brevets pour leurs procédés et sont devenus connus sous le nom de « jumeaux de l’aluminium ». Leur procédé, appelé Procédé Hall-Héroult, est aujourd’hui à la base du raffinage de l’aluminium.
L’industrie canadienne de l’aluminium est la quatrième en importance dans le monde. Elle produit 3,2 millions de tonnes d’aluminium chaque année. Et elle a une empreinte carbone parmi les plus faibles. En 2023, Rio Tinto exploite 5 alumineries, 6 centrales hydroélectriques et un centre de recherche et développement au Québec, ainsi qu’une aluminerie et une installation hydroélectrique en Colombie-Britannique. Pour l’ensemble de ses activités au Canada, Rio Tinto emploie 10 500 personnes.
Comment C'est Fait - L'Aluminium (2013) par Oualid Hendi (5 min)
Quelle est la place de la chimie?
La chimie est la science de la matière et de sa transformation. Les fabricants transforment beaucoup la matière lorsqu’ils affinent le minerai de bauxite pour en faire de l’aluminium.
À chaque étape du processus, les chimistes analytiques doivent surveiller ce qui se passe. Les chimistes analystes se spécialisent dans la séparation, l’identification et la mesure de la matière.
Leur travail peut consister à séparer un type de matière d’un autre, comme séparer l’alumine de la bauxite. Il peut aussi comprendre l’identification des différents composés dans un échantillon. La transformation de l’aluminium peut demander de déterminer la qualité du produit fini.
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Voici une photo en couleur de huit fioles remplies de liquides.
Les fioles transparentes sont disposées en deux rangées ordonnées, mais la photo est prise par un appareil-photo incliné, de sorte que les fioles semblent s’incliner vers la droite. Chaque fiole est étiquetée « 200 ml » en lettres bleues. Une écriture bleue est aussi visible sur le verre, mais elle n’est pas lisible. Les fioles ont un bouchon bleu, blanc ou jaune. Le liquide dans les fioles de droite est transparent et légèrement bleu, tandis que celui des fioles de gauche est clair.
Pour ce faire, les chimistes analytiques et les techniciens et techniciennes ont besoin de connaissances et de compétences spécialisées. Ils et elles doivent connaître différentes façons d’échantillonner et d’analyser les données. Parfois, les chimistes analytiques proposent même de nouvelles façons de collecter des données.
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Voici une photo en couleur de trois personnes en sarrau de laboratoire devant un écran d’ordinateur.
Elles portent des sarraus de laboratoire bleu foncé assortis et des gants jetables bleu clair. Deux personnes portent des lunettes de sécurité transparentes, et celle au centre porte des lunettes de protection fumées. Toutes les trois regardent le même écran d’ordinateur posé sur une table de laboratoire. L’une à la main sur la souris, l’autre pointe vers l’écran, et la troisième regarde. Les informations affichées à l’écran ne sont pas lisibles.
Les chimistes analytiques et les techniciens et techniciennes utilisent aussi des équipements et des instruments spécialisés. Parfois, il s’agit de choses simples comme des béchers et des fioles volumétriques. D’autres fois, il s’agit d’équipements de haute technologie.
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Voici une photo en couleur d’une grande machine avec des composants métalliques, blancs et noirs.
Deux grandes structures qui ressemblent à des caméras de télévision pointent de chaque coin vers le bas, vers une chose posée sur une petite plateforme ronde au centre. Cette plateforme est fixée au centre de plusieurs grands anneaux concentriques argentés et noirs. Ils sont empilés les uns sur les autres. Des boucles de câbles sont visibles derrière et sous ces structures.
Les techniciens et les techniciennes en chimie utilisent des spectromètres d’émission optique pour analyser les éléments chimiques dans les métaux et les alliages. Ils et elles utilisent des analyseurs de diffraction des rayons X pour comprendre les propriétés physiques et la structure cristalline des échantillons. Ces deux instruments fournissent les mesures nécessaires pour produire de l’aluminium chez Rio Tinto.
Nos équipes de chimistes analytiques et de techniciens et techniciennes en chimie nous aident à utiliser la matière de manière efficace et durable. Cela réduit les déchets et les émissions de gaz à effet de serre. Nos équipes nous aident aussi à nous assurer que nos processus sont sécuritaires. Enfin, elles aident à s’assurer que nos produits sont de la plus haute qualité possible.
Alors, la prochaine fois que tu prendras une canette en aluminium, pense à toute la chimie qui a permis de la fabriquer!
Parlons Sciences remercie les scientifiques de Rio Tinto pour leur contribution à l’élaboration de ce document d’information.
En savoir plus
Association de l'aluminium du Canada
En savoir plus sur l'aluminium et l'industrie de l'aluminium au Canada.
Faits sur l’aluminium
Cette page web de Ressources naturelles Canada contient des informations sur l'utilisation, la production et le recyclage de l'aluminium.
Rio Tinto | Canada
En savoir plus sur l'entreprise Rio Tinto et ses activités au Canada.
Références
All about Aluminum (n.d). What is Aluminum? Aluminumleader.com
All about Aluminum (n.d). Aluminum History. Aluminumleader.com
Aluminum Association of Canada (n.d). The Industry.
American Chemical Society (n.d). Production of Aluminum: The Hall-Héroult Process.
Kvande, Halvor & drabløs, per arne. (2014). The Aluminum Smelting Process and Innovative Alternative Technologies. Journal of occupational and environmental medicine / American College of Occupational and Environmental Medicine. 56 Suppl 5S. S23-S32. 10.1097/JOM.0000000000000062.