ALUMINIUM

L'aluminium est l'élément chimique de numéro atomique 13, de symbole Al. Il appartient au groupe 13 du tableau périodique ainsi qu'à la famille des métaux pauvres.

Le corps simple aluminium est un métal malléable, de couleur argent, remarquable pour son inaltérabilité et sa faible densité. C'est le métal le plus abondant de l'écorce terrestre et le troisième élément le plus abondant après l'oxygène et le silicium ; il représente en moyenne 8 % de la masse des matériaux de la surface solide de notre planète. L'aluminium est, en règle générale, trop réactif pour exister à l'état natif dans le milieu naturel : on le trouve sous forme combinée dans plus de 270 minéraux différents. Son minerai principal est la bauxite : il y 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 métallique est très oxydable : le métal mis à nu par une entaille, une découpe, un usinage s'auto-passive immédiatement par oxydation, même en conditions favorables : une couche d'alumine Al₂O₃ imperméable de quelques nanomètres d'épaisseur le protège de la corrosion (les conditions favorables sont essentiellement : environnement peu chaud, peu humide, peu pollué, peu salé ; alliage de qualité adaptée). L'oxydabilité de l'aluminium doit être techniquement contrôlée dans les processus industriels ; elle est mise à profit dans certains d'entre eux (les deux principaux sont l'oxydation rapide amplifiée forcée anodique électrolytique et le colmatage rapide par hydratation à chaud).

Sa remarquable légèreté, sa résistance à la corrosion, sa mise en forme variée et sa coloration durable en font un matériau très utilisé dans l'industrie et l'artisanat malgré la technicité de sa mise en œuvre. C'est un produit industriel important, sous forme pure ou alliée, notamment dans l'aéronautique, les transports et la construction. Sa nature réactive en fait également un catalyseur et un additif dans l'industrie chimique ; il est ainsi utilisé pour accroître la puissance explosive du nitrate d'ammonium.

La production mondiale de bauxite atteignait 211 millions de tonnes en 2010¹⁴, l'Australie en assurant 33,2 % devant la Chine (19,0 %), le Brésil (15,2 %), l'Inde (8,5 %) et la Guinée (8,2 %). La Guinée détient à elle seule plus du quart des réserves mondiales de bauxite, estimées fin 2010 à 28 milliards de tonnes. La production mondiale d'aluminium métallique s'est élevée à 41,4 millions de tonnes en 2010¹⁵, dont la Chine a réalisé 40,6 % avec 16,8 millions de tonnes, loin devant la Russie (9,3 %) et le Canada (7,1 %).

Histoire

Bauxite

Échantillon d'aluminium.

Lingot d’aluminium.

En 1807, Humphry Davy, après avoir découvert que le sodium et le potassium entraient dans la composition de l’alun (substance astringente servant à fixer les teintures), 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 de 50 à 60 % d’oxyde d’aluminium. Ce minerai sera appelé bauxite.

En 1825, le chimiste et physicien danois Hans Christian Ørsted réussit à produire une forme impure du métal. Friedrich Wöhler approfondit les travaux d'Ørsted en 1827. Il isole l’aluminium par action du potassium sur le chlorure d’aluminium, obtenant une poussière grise d’aluminium. Il est le premier à mettre en évidence les propriétés chimiques et physiques de cet élément, dont la plus notable est la légèreté.

Le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville améliore en 1846 la méthode de Wöhler en réduisant le minerai par le sodium. En 1854, il présente à l'Académie des sciences le premier lingot d'aluminium obtenu, à l'état fondu, par voie chimique. Il publie ses recherches dans un livre en 1856. Cette méthode est utilisée de façon industrielle à travers toute l’Europe pour la fabrication de l’aluminium (notamment en 1859 par Henry Merle dans son usine de Salindres, berceau de la société Pechiney), mais elle reste extrêmement coûteuse, donnant un métal dont le prix était comparable à celui de l'or (1 200 et 1 500 F or/kg et l'argent 210 F/kg seulement). Le métal est alors réservé pour fabriquer des bijoux de luxe ou de l’orfèvrerie réservée à une élite, notamment la cour impériale de III. Ce dernier reçoit ses hôtes de marque avec des couverts en aluminium, les autres convives devant se contenter de couverts en vermeil.

Les progrès de l'électricité et la découverte, en 1886, d'une production de l'aluminium par électrolyse, permettent de baisser les coûts de manière importante. Dès lors, l'aluminium trouve de nouvelles applications dans les ustensiles de cuisine et, en alliage, dans l'industrie de l'aéronautique (alliage duralumin moins cassant créé en 1909) et le câblage électrique (almelec créé en 1921 et utilisé comme conducteur électrique). En 1888, Charles Martin Hall et Alfred Ephraim Hunt créent la Pittsburgh Reduction Company, la future Alcoa. En 1901 naît l’Aluminium Association (AA), cartel qui réunit les entreprises des quatre seuls pays producteurs au monde (France, États-Unis, Allemagne, Royaume-Uni) et qui maintient le prix de l'aluminium stable alors que le cours des métaux concurrents subit de plus grandes fluctuations. À la fin des années 1970, la production d’aluminium se contracte et l'arrivée de nouveaux concurrents (Canada, Australie, Russie) font éclater le cartel qui ne contrôle plus son prix qui décline.

• 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 commence son activité dès 1860.
• 1876 : William Frishmuth réalise la première coulée d’aluminium. En 1884, il réalise la coiffe du Washington Monument dans ce métal.
• 1886 : de manière indépendante, Paul Héroult et Charles Martin Hall, découvrent la méthode de production de l’aluminium en remarquant qu’il est possible de dissoudre l’alumine et de décomposer le mélange par électrolyse (procédé Héroult-Hall breveté) 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 relativement économique. La méthode mise au point par Héroult et Hall est toujours utilisée aujourd’hui.
• 1887 : Karl Josef Bayer décrit une méthode connue sous le nom de procédé Bayer pour obtenir de l’alumine à partir de la bauxite, en la dissolvant avec de la soude. Cette découverte permet de 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 et aux États-Unis.
• De 1941 à 1959, la France a frappé des pièces de monnaie de 50 c, 1 F, 2 F et 5 F en aluminium. Auparavant, pendant la Première Guerre mondiale et dans les années 1920, de très nombreuses monnaies de nécessité avaient déjà été frappées en France et à l'étranger.

Isotopes

Article détaillé : Isotopes de l'aluminium.

L'aluminium possède 22 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 21 et 42, ainsi que quatre isomères nucléaires. Seul Al est stable, ce qui fait de l'aluminium un élément monoisotopique. Si le radioisotope Al existe également dans la nature (demi-vie de 7,17 × 10⁵ années), l'abondance de Al est telle qu'on considère l'aluminium comme mononucléidique et on lui attribue une masse atomique standard de 26,981 538 6(8) u. Tous les autres isotopes de l'aluminium ont une demi-vie inférieure à 7 minutes, et la plupart d'entre eux ont une demi-vie inférieure à une seconde.

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 système solaire provient d'une nébuleuse où le ²⁶Al était autrefois 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 demi-vie de 0,73 million d'années, ce qui constitue un étalon pour évaluer la date de formation des premiers solides du système solaire. Ceci pourra aider à mieux connaître le calendrier de la formation des premiers solides du système solaire.

Corps simple

Propriétés physiques

Raies d’émission.

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 nanomètres qui se forme rapidement quand 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 très rapidement quand l’aluminium est mis en contact avec un milieu oxydant comme l’oxygène de l’air. À la différence de la plupart 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 plupart de ses applications. Il est possible 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. Contrairement à l’aluminium qui est un très bon conducteur, l’oxyde d’aluminium est un excellent isolant.

L’aluminium a une densité (2,7) environ trois fois plus faible que celle de l’acier ou du cuivre ; il est malléable, ductile et facilement usiné et moulé. C’est le deuxième métal le plus malléable et le sixième le plus ductile.

Il est paramagnétique et ne provoque pas d’étincelles.

Bombardé par un laser à électrons libres, l’aluminium devient transparent dans les ultraviolets extrêmes.

Propriétés chimiques

En solution, l’aluminium se trouve le plus généralement 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 :

2 A l + 2 ( N a + , O H − ) + 6 H 2 O ⟶ 2 [ N a + , A l ( O H ) 4 − ] + 3 H 2 {\displaystyle \mathrm {2\,Al+2\,(Na^{+},OH^{-})+6\,H_{2}O\longrightarrow 2\,[Na^{+},Al(OH)_{4}^{-}]+3\,H_{2}} }

Les hydroxydes d’aluminium s’obtiennent en général en précipitant une solution contenant des cations Al³⁺ à l’aide d’une base. Cette méthode permet de former selon les conditions de précipitation différentes phases cristallographiques telles que la bayérite, la boehmite, la gibbsite.

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

Propriétés biologiques

Cinétique dans l'organisme humain et élimination

L'organisme d'un sujet sain contient au total de 30 à 50 mg (ATSDR 1999), surtout présent dans l’os (environ 50 %), le poumon (environ 25 %) et le foie (20 à 25 %). Le reste est partagé dans d'autres organes, dont le système nerveux central et la rate. Les taux tissulaires et notamment dans le poumon et le cerveau augmentent avec l’âge (ATSDR 1999).

Le traçage isotopique (isotope radioactif ²⁶Al) d'aluminium injecté montre que 24 heures après l’injection, 99 % de l’aluminium sanguin est passé dans la fraction plasmatique. Peu à peu, le taux intra-érythrocytaire augmente pour atteindre 14 %. L'aluminium se lie, dans le plasma, préférentiellement à la transferrine (80 %), et à l'albumine à hauteur de 10 %, les 10 % restants sont transportés par des protéines de bas poids moléculaire (LMW). L'Al-transferrine se dépose surtout dans la rate et le foie (riches en récepteurs-transferrine), pendant que l'Al-LMW se fixe dans l’os (qui ne contient pas de récepteurs-transferrine).

L'homme élimine plus de 95 % de l'aluminium ingéré dans les fèces, et 83 % de l'aluminium qui aura passé la barrière intestinale sera éliminé par voie urinaire (avec une fonction rénale normale, la dose éliminée varie de 3 à 20 μg·l^-1 d'urine). Des chélateurs (EDTA, déféroxamine, etc.) en accélèrent l'élimination. La demi-vie dans l'organisme varie selon l'importance et la durée d’exposition et la durée de la redistribution de l’aluminium à partir des organes qui l'ont stocké. Elle peut durer plusieurs années. Elle est triphasique : en phase 1, la moitié de l'aluminium est éliminé en quelques heures, en phase deux, 50 % de ce qui reste est éliminé en quelques semaines, et il faut habituellement plus d'un an pour éliminer la moitié du reste.

Toxicologie

Dans certaines conditions, l’aluminium est reconnu pour ses effets neurotoxiques.

Encéphalopathie des dialysés

L'« encéphalopathie des dialysés » (ou « démence des dialysés ») observée dès 1972, a pu être attribuée en 1978 à l'aluminium contenu dans le dialysat, qui s'ajoute à un apport oral d'hydroxyde d'aluminium visant à contrôler l'hyperphosphorémie du patient. Des personnes exposées à l’aluminium (à la suite d'un traitement de dialyse) peuvent développer des complications au niveau du système 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. La réglementation européenne impose maintenant aux centres de dialyse de mieux contrôler l'exposition des dialysés à l'aluminium, ce qui s'est traduit par une diminution de leurs taux sériques moyens, avec une diminution de 61,8 ± 47,5 μg·l^-1 en 1988 à 25,78 ± 22,2 μg·l^-1 en 1996.

Effets toxiques dans la vie courante

Alimentation

L'aluminium est utilisé comme colorant alimentaire, son numéro SIN est E173.

30 % des Chinois consomment trop d'aluminium et dépassent la ration hebdomadaire tolérable provisoire (PTWI).

Dans le nord de la Chine, les habitants consomment environ 5,1 mg d'aluminium par kilogramme de poids corporel, soit 2,6 fois plus que le volume recommandé par l'OMS. Il s'agit d'un usage dispersif de l'aluminium.

Cosmétiques

Parmi les sources d'exposition figurent les aliments, l’eau, les cosmétiques (en particulier les déodorants / antitranspirants sous forme de sels d'aluminium), les médicaments anti-acides. Les ustensiles de cuisine et le papier d’aluminium peuvent également en libérer (en quantité généralement négligeable) dans les aliments. C'est pourquoi son utilisation dans la fabrication de conduites d’eau est prohibée dans plusieurs pays. Cependant, le sulfate d'aluminium est utilisé dans le traitement des eaux.

Une étude parue en janvier 2012 dans la revue scientifique Journal of Applied Toxicology publiant des articles de recherches originales concernant la toxicologie montre in vitro les effets néfastes des sels d’aluminium (chlorhydrate d’aluminium et chlorure d'aluminium) sur les cellules épithéliales mammaires humaines. Tout cela avec des doses 1 500 à 100 000 fois inférieures à celles que l’on retrouve dans les déodorants contenant des sels d'aluminium du commerce.

Vaccins

Des cas particuliers sont certains adjuvants de vaccins, et l’eau pour la dilution des concentrés pour hémodialyse, lorsqu’elle provient d’une station de production inefficace, ainsi que les poches de nutrition parentérale. Dans ces derniers cas, l'aluminium est directement injecté dans le système sanguin ou dans le muscle (autrefois la vaccination pouvait être sous-cutanée, mais elle est devenue intramusculaire).

En France, Romain Gherardi, directeur de recherche à l'Inserm et chef du service du Centre expert de pathologie neuromusculaire de l’hôpital Henri-Mondor à Créteil (Val-de-Marne), fait partie des premiers à détecter la myofasciite à macrophages et débuter des recherches sur les effets des adjuvants à la fin des années 1990 :

On a vu apparaître cette lésion musculaire inconnue en 1993, et c’est ensuite que nous avons compris qu’elle est induite par l’aluminium.

La campagne massive de vaccination à la suite de la grippe A (H1N1) de 2009-2010 relance la polémique sur les risques de santé liés à cet élément car 47 % des vaccins commercialisés contiennent comme adjuvant de l'aluminium.

En 2012, Gherardi évoque à nouveau, sur la base d'un suivi plus large (statistiquement plus significatif) le lien entre aluminium et myofasciite à macrophages, ce qu'il explique sur France 5 à l'émission Allo docteur. Il a signé, fin 2016, un ouvrage (Toxic Story, Actes Sud) sur son combat de lanceur d'alerte sur ce sujet.

Aux États-Unis, la similarité des troubles du syndrome de la guerre du Golfe avec ceux de la myofasciite évoque aussi une éventuelle origine vaccinale de ce syndrome.

The Keele Meetings on Aluminium

En Grande-Bretagne, à l'université de Keele, The Birchall Centre abrite, depuis 1992, "the Bioinorganic Chemistry of Aluminium and Silicon research" qui étudie les effets de l'aluminium sur la santé humaine, et organise, depuis 2005, un colloque annuel, le "Keele meeting" qui fait le point sur ses découvertes En 2015, le 11^e Keele Meeting, tenu du 28 février au 5 mars, à l'Université de Lille, "alerte sur les risques croissant de l’aluminium sur la santé humaine. Les suspicions de toxicité deviennent des certitudes" :

Il est essentiel que nous levions le sujet de l'écotoxicité de l'aluminium et de son rôle dans les maladies humaines et plus particulièrement celles du système nerveux central dont la maladie d'Alzheimer. Il est évident que nous sommes confrontés quotidiennement à l'aluminium dans des domaines où son innocuité n'a jamais été testée et encore moins démontrée comme la vaccination, l'immunothérapie et les cosmétiques. (Christopher Exley, "professeur en chimie bioinorganique à l'université de Keele" (Grande-Bretagne) et "directeur scientifique du meeting").

État des connaissances toxicologiques

• Le groupe Nerf-Muscle du département de pathologie de l'hôpital Henri-Mondor de Créteil, et le groupe d’études et de recherche sur les maladies musculaires acquises et dysimmunitaires (GERMMAD) de l’Association française contre les myopathies décèlent un syndrome qu'ils appellent « myofasciite à macrophages » (MFM), qui sera histologiquement défini en 1998 puis médicalement défini en 2003⁴³.
• Décembre 2000, la direction générale de la Santé (DGS, ministère de la Santé) saisit les agences de sécurité sanitaire (Afssaps/Afssa/InVS) à propos des risques de l’aluminium pour la population (notamment concernant la maladie d'Alzheimer).
• Fin 2000, l’Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé (Afssaps) décide de faire un point sur l'aluminium dans les produits de santé (voir rendu du rapport en 2003)
• En 2001, des indices forts penchent en faveur d'une hypothèse associant l'aluminium contenu dans les vaccins à la myofasciite à macrophages car il est retrouvé dans des biopsies musculaires.
• En 2003, dans le rapport « Évaluation des risques sanitaires liés à l’exposition de la population française à l’aluminium » (Afssaps/Afssa/InVS 2003), l'agence conclut qu'on manque encore de données pertinentes quant à l’absorption cutanée de l’aluminium contenu dans les produits cosmétiques. L'Afssaps décide de s'autosaisir du sujet. L'InVS concluait à un manque de données suffisantes pour confirmer ou infirmer les conséquences de l’aluminium sur la santé. Par exemple, la qualité des eaux de boisson est très suivie, mais non les effets des emballages en aluminium.
• En 2004, une étude de Darbre et al. (2003) évoque un risque de cancérogénicité pour le sein chez les femmes utilisant des antitranspirants à base d’aluminium. La DGS interroge l'Afssaps à ce sujet.
• En octobre 2011, l'Afssaps, via un rapport sur l'« Évaluation du risque lié à l'utilisation de l'aluminium dans les produits cosmétiques » demande aux fabricants de déodorants et d'antiperspirants de diminuer la teneur de ces produits en composés d'aluminium (l'industrie des cosmétiques est susceptible d'utiliser au moins vingt-cinq composés de l’aluminium, dont principalement le chlorohydrate d'aluminium comme antitranspirant. L'aluminium provoque une rétraction des pores et a une action bactéricide) ou de le remplacer par des alternatives. Selon l'Afssaps, 18 % des sels d’aluminium d'un déodorant traversent la peau blessée ou irritée (après rasage ou épilation par exemple). L'Agence demande qu'un avertissement figure sur les boites, et demande aux fabricants de ne pas dépasser 0,6 % du produit alors que certains déodorants contiennent jusqu'à plus de 20 % d'aluminium. En 2012, aucune de ces recommandations n'avait été suivie par les grands industriels de la cosmétique. L'Afssaps a intégré pour former son nouvel avis la « récente étude d’absorption cutanée fournie par les industriels du secteur cosmétique, donnée manquante dans le rapport de 2003 », et « une synthèse des données toxicologiques, en partie basée sur le récent avis émis par l'Autorité européenne de sécurité des aliments » (EFSA).
• En janvier 2012, France 5 diffuse un documentaire, Aluminium, notre poison quotidien, qui fait le point sur l'exposition des populations aux sels d'aluminium solubles. À cette occasion, une association de médecins, l'Association Santé Environnement France, alerte sur l'importance de sensibiliser sur la toxicité de ce métal.
• Le 12 mars 2012, TF1 diffuse lors du Journal de 20 heures un reportage qui indique que le D^r Olivier Guillard et le P^r Alain Pineau ont prouvé que les sels d'aluminium (chlorhydrate d’aluminium et chlorure d'aluminium) contenus dans les déodorants et antitranspirants passent dans le sang et ce d'autant plus facilement quand la peau est lésée, épilée ou rasée. Cette découverte a fait l'objet de plusieurs publication dans des revues scientifiques : Toxicology Mechanisms and Methods⁵⁵ et dans Journal of Inorganic Biochemistry Selon ce même reportage, les industriels du cosmétique quant à eux considèrent qu'il n'y a aucune raison de remettre en cause leurs pratiques.
• En mars 2013, la chaîne Arte consacre une soirée Thema à la toxicité de l'aluminium : effet des excipients dus à l'aluminium ; industrie des produits dérivés ; présence dans l'eau du réseau de ville ; effet sur les maladies du cerveau. Le film documentaire Planet Alu de Bert Ehgartner (de) est diffusé.

Alliages remarquables et utilisations

Une des premières statues coulées en aluminium (1893), L’Ange de la charité chrétienne souvent appelé Eros trônant sur le Shaftesbury Memorial situé à Piccadilly Circus, à Londres.

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 et donc facilement déformable, 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 notamment les emballages alimentaires ;
• la construction (fenêtres, portes, gouttières, etc.) ;
• les biens de consommation (appareils, ustensiles de cuisine, miroirs, etc.) ;
• les câbles électriques. L'aluminium a une moins bonne conductivité que le cuivre (une section 60 % plus élevée est nécessaire pour une même conductance), mais il est trois fois moins dense et sensiblement moins cher au kilogramme ;
• de l’aluminium très pur (99,980 à 99,999 %) est employé en électronique, en astronomie (miroirs des télescopes comme ceux du VLT de l'ESO au Chili) et pour les CD ;
• de l'alliage de l'aluminium soumis à une torsion sous haute pression (6 GPa - équivalent d'une pression d'une masse de plus de 60 tonnes par centimètre carré) puis à un vieillissement, est doté d'une « nanostructure hiérarchique » et de performances atteignant celles des meilleurs aciers. Il est employé en aéronautique ou astronautique;
• en pyrotechnie, l'aluminium est utilisé pour colorer les feux d'artifices et pour faire des fumigènes ;
• la soudure (aluminothermie).

Production

Gisements

L’aluminium est un élément abondant dans la croûte terrestre mais il se trouve rarement sous sa forme pure. 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 très difficile à extraire des roches qui le contiennent et a donc été rare et précieux avant sa production en masse.

Le principal minerai d’aluminium est la bauxite.

Extraction

Production mondiale d’aluminium.

Production mondiale d’aluminium primaire.

Articles détaillés : Extraction de l'alumine, Production de l'aluminium par électrolyse et Liste de producteurs d'aluminium.

La première étape constitue à extraire l'alumine (Al₂O₃) d'un minerai (habituellement la bauxite) selon le procédé Bayer ou le procédé Orbite. Dans le cas du procédé Bayer, la bauxite est traitée par une solution de soude.

On obtient un précipité de Al(OH) 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 CO et les HAP sont brûlés ou recyclés comme source de carbone, et les fluorures sont retournés dans le bain d’électrolyse.

Statistiques de production

À la production primaire, il faut ajouter la production secondaire à partir de déchets recyclés (7,6 Mt en 2005).

Production d'aluminium primaire des principaux pays en 2014, en milliers de tonnes

Recyclage

L’aluminium a une excellente recyclabilité. Il nécessite 95 % d’énergie en moins et une tonne d’aluminium recyclé permet d’économiser quatre tonnes de bauxite (l’électrolyse de séparation réclame en effet beaucoup d’énergie). L’aluminium est quasiment recyclable à l’infini sans perdre ses qualités, mais à une condition, ne pas fondre dans un même bain des alliages de composition différente. Les producteurs refusent souvent une partie significative de l’aluminium de collecte dans les déchets ménagers.

Les différentes familles d’alliages d’aluminium aux propriétés diverses sont soumises à différents types de corrosion : corrosion par piqûres, filiforme, feuilletante, galvanique, corrosion sous contrainte, corrosion sous dépôt dont l'industriel se prémunit en réalisant des traitements de surface, du thermolaquage.

Il y a donc une certaine spécialisation des alliages en fonction des domaines d’application. Le recyclage de l’aluminium a commencé à être pratiqué dans les années 1900 et a régulièrement progressé : 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. Après la Seconde Guerre mondiale, la pénurie a conduit à refondre des alliages d’aluminium pour en faire des pièces n’exigeant pas de caractéristiques mécaniques précises, et en particulier 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.

Recyclage en France

En France, l’aluminium des décharges, des déchets industriels et assimilés est récupéré et broyé puis refondu par des affineurs d’aluminium pour produire l’« aluminium de seconde fusion ». Ce dernier est essentiellement utilisé pour fabriquer des pièces de fonderie pour l’automobile (blocs moteur, culasses, pistons, etc.). L’aluminium « ménager » est récupéré avec les emballages dans le cadre du tri sélectif. Dans les centres de tri (en France et dans le monde), l’aluminium est trié manuellement ou plus couramment grâce à des machines de tri par courants de Foucault inventées en 1984 par le thermodynamicien Hubert Juillet.

En 2009, en France, 32 % des emballages en aluminium ont été recyclés. Les petites canettes métalliques, les canettes écrasées, les feuilles d’aluminium froissées, les capsules de café, etc. sont rejetées par le processus de tri du fait de leur taille, de même que le papier aluminium et divers composés contenant de l’aluminium (environ 50 000 t/an, rien que pour la France).

Afin d'améliorer le recyclage de ces emballages en aluminium, des industriels ont créé le Club de l’emballage léger en aluminium et en acier (CELAA). Ce dernier a réalisé des expérimentations dans quatre départements (Hauts-de-Seine, Var, Alpes-Maritimes et Lot) qui ont démontré qu'il était tout à fait possible de recycler des produits tels que les capsules de machines à café, les feuilles d’aluminium, les bouchons et couvercles. Les résultats obtenus montrent qu'on peut ainsi aller jusqu'à doubler les taux de recyclage de l'aluminium et augmenter le recyclage de l'acier de 10 %.

À la suite de ces expérimentations a été créé, en partenariat avec Éco-Emballages et l'Association des Maires de France, le Projet Métal qui vise à améliorer le recyclage des emballages métalliques en fournissant des outils techniques et financiers aux centres de tri. L'entreprise Nespresso accompagne ce Projet avec la création du Fonds de Dotation pour le recyclage des petits emballages métalliques qui apporte des soutiens financiers complémentaires pour recycler ces petits emballages. Plus de cinq cents collectivités et trois millions d'habitants participent d'ores et déjà à ce projet et peuvent ainsi recycler l'ensemble de leurs emballages métalliques.

Autres pays

Dans certains pays en voie de développement, le recyclage non contrôlé de matières à base d’aluminium conduit encore de nos jours 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 :

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

Prix

Au 4 janvier 2016, la tonne d'aluminium s'échange au London Metal Exchange (LME) à 1 465 USD, soit 1 345 €, d'où un prix au kilogramme de 1,35 €.

Dangers de la production d'aluminium

Pollutions dues au processus de production

Trois types de pollutions directes sont engendrés par la production de l’aluminium :

• 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.

La production d'aluminium aussi nécessite de grandes quantités d’électricité (deux fois plus que pour la production d'acier), produite souvent par des centrales polluantes. En Islande cette énergie est produite par la géothermie, mais le minerai doit être transporté car l'Islande ne possède pas de gisement de bauxite.

Alcoa et Rio Tinto ont annoncé le 11 mai 2018 avoir mis au point, avec le soutien des autorités canadiennes et québécoises ainsi que d'Apple, un nouveau procédé « zéro émission » pour la production d'aluminium, qu'ils comptent utiliser à partir de 2024 dans une nouvelle usine au Québec ; alors que le procédé d'électrolyse classique utilise des électrodes à base de carbone, provoquant les émissions de gaz à effet de serre, les deux partenaires ont remplacé ce carbone par de nouveaux matériaux brevetés par Alcoa, dont le seul sous-produit est de l'oxygène pur ; pour développer ce nouveau procédé, ils ont créé une coentreprise baptisée Elysis. Selon leurs calculs, cette technologie permettrait d'éliminer 6,5 millions de tonnes de gaz à effet de serre si elle était implantée dans toutes les usines d'aluminium du Canada, soit l'équivalent de 1,8 million de voitures sur la route. Les émissions de CO₂ lors de la production d'électricité subsisteront, mais au Canada la majeure partie est issue de l'hydroélectricité.

Incidents graves liés à l'industrie de l'aluminium

Article détaillé : Accident de l'usine d'aluminium d'Ajka.

Le 4 octobre 2010, un réservoir de l’usine de production de bauxite-aluminium, Ajkai Timfoldgyar Zrt, située à Ajka, à 160 kilomètres de Budapest, s’est rompu déversant entre 600 000 et 700 000 m³ de boue rouge toxique composée d’éléments nocifs et très corrosifs qui ont inondé trois villages dans un rayon de 40 km^² avant d’atteindre le Danube, menaçant l’écosystème du grand fleuve avec un taux alcalin légèrement au-dessus de la normale.

Le bilan des pertes humaines s’élève à 9 morts 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. La région demeure sous le risque d’une deuxième inondation semblable après que plusieurs fissures ont été remarquées sur le réservoir nord menaçant de déverser 500 000 mètres cubes de boue rouge de plus.