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ALUMINIUM ET SES ALLIAGES ALUMINIUM ET ALLIAGES D’ALUMINIUM 1-INTRODUCTION Ces

ALUMINIUM ET SES ALLIAGES ALUMINIUM ET ALLIAGES D’ALUMINIUM 1-INTRODUCTION Ces cinquante dernières années, l'utilisation de l'aluminium dans le bâtiment a connu une croissance rapide et continue : elle représente aujourd'hui 20% des volumes d'aluminium utilisés en France. Par ses performances et ses qualités spécifiques, qui répondent aux nouveaux impératifs du bâtiment (exigences thermiques et acoustiques, respect des équilibres écologiques), l'aluminium est devenu un composant essentiel des constructions modernes. En effet, c’est un matériau résistant, économique et recyclable, qui s'inscrit dans une logique de développement durable. Ces qualités permettent à l’aluminium d’apporter des réponses techniques pour répondre aux exigences de la Haute Qualité Environnementale (HQE), démarche volontaire qui vise à maîtriser les impacts d’un bâtiment sur l’environnement extérieur et à créer un environnement intérieur confortable et sain. La filière de l'aluminium s'attache à constamment améliorer ces qualités environnementales, mais aussi à développer en permanence de nouveaux produits pour répondre aux attentes des professionnels du bâtiment, architectes, ingénieurs, designers, opérateurs… HISTORIQUE 1854: première apparition de l'aluminium lors d'une présentation à l'Académie des sciences par le chimiste français Sainte-Claire Deville, sous la forme d'un lingot. Cette pièce avait été obtenue par voie chimique 1886: invention du procédé d'électrolyse de l'aluminium par Paul Héroult (France) et Charles Martin Hall (USA) Depuis l'aluminium a connu un développement très important grâce notamment à son utilisation dans les industries ayant attrait au transport : aviation, automobile, marine. Il est aussi employé dans l'emballage, le bâtiment, l'électricité, la mécanique etc... Les atouts de l’aluminium (PRINCIPALES PROPRIÉTÉS) Légèreté : L’aluminium est le plus léger de tous les métaux usuels, sa masse spécifique est de 2700 kg/m3, soit presque 3 fois moindre que celle des aciers. On utilise plus de 70% d’alliages à base d’aluminium dans la construction des avions, ce qui entraîne une division par deux du poids de sa structure. Conductivité électrique : La conductivité électrique de l’aluminium est de l’ordre des 2/3 de celle du cuivre. C’est pourquoi l’aluminium non allié et certains alliages sont utilisés comme conducteurs sous forme de tubes et de barres dans de nombreuses applications électriques : postes de connexion, barres de distribution… Conductivité thermique : L’aluminium non allié a une excellente conductivité thermique, de l’ordre de 60% de celle du cuivre. La conductivité des alliages dépend de leur composition et de leur état métallurgique. Résistance à la corrosion : L’aluminium est utilisé de façon courante par les architectes, aussi bien dans les édifices publics que pour les habitations individuelles. Tout en offrant de nombreuses possibilités de formes et de couleurs, les structures de bâtiments en aluminium demandent peu d’entretien et résistent bien au temps, aux ambiances marines, à la pollution urbaine et industrielle. Protection: Tous les emballages en aluminium autorisent un niveau optimal de conservation des liquides et des aliments frais ou appertisés. Ce métal constitue de plus une barrière fiable contre l’oxygène et les micro-organismes, contre les ultraviolets et l’humidité. Aux Etats-Unis, 100% des boites de boisson, aujourd’hui, sont en aluminium. Solidité : L’aluminium, allié à d’autres métaux ou traité à froid, se révèle aussi résistant que l’acier. Nous le retrouvons, par exemple, aujourd’hui dans les blocs moteurs, les trains d’atterrissage, les ponts… Dr KARA ALI D. L2+L3 Page 1 ALUMINIUM ET SES ALLIAGES Matériau recyclable : L’aluminium peut être recyclé de nombreuses fois sans être altéré. Le recyclage des produits en aluminium contribue à la protection de l’environnement : préservation des réserves naturelles de bauxite, et contribution à la diminution des dépenses énergétiques puisque le recyclage utilise 20 fois moins d’énergie que pour la production d’aluminium primaire. Esthétique : L’aluminium, par la multiplicité des traitements de surface : lisse, brossé, satiné, brillant, mat…, permet de créer des objets du quotidien originaux et design, tels que réfrigérateurs, plaques de cuisson, fours, mais aussi chaises, tables... 2-OBTENTION DE L'ALUMINIUM 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 longtemps très rare et précieux. Le principal minerai d’aluminium est la bauxite. 2-1- LA BAUXITE Les bauxites qui sont des roches riches en aluminium (45 à 60%) constituent actuellement la source quasi exclusive de ce métal. La bauxite contient de l’alumine (Al2O3), qu’il faut d’abord extraire. La bauxite est broyée puis attaquée à chaud par de la soude. On obtient une liqueur qui après séparation des oxydes de fer et de silicium est envoyée dans des décomposeurs pour précipitation de l'alumine. 2-2- L'ALUMINE L’extraction de l’alumine est un procédé chimique qui permet d’extraire l’oxyde d’aluminium appelé alumine contenu dans la bauxite. L’alumine est la principale matière première qui permettra la fabrication de l’aluminium 2-3- L'ALUMINIUM L'aluminium est obtenu à partir de l'alumine par électrolyse dans une cuve comportant un garnissage en carbone (cathode). L'aluminium formé par électrolyse de dépose au fond de la cuve. - Pour obtenir un tonne d'aluminium, il faut : - 1900 kg d'alumine - 380 kg de coke - 100 kg de brai (résidu de la distillation des goudrons de pétrole, de houille, de bois ou d'autres matières organiques - 15 kg de produits cryolithiques - 13000 kWh sous forme électrique. 3- L'ALUMINIUM Structure : C'est un métal de type cubique à faces centrées très malléable. La réduction électrolytique de l'aluminium est le procédé qui permet de fabriquer le métal aluminium à partir de l'alumine extraite de la bauxite. Il permet la production de l'aluminium dit primaire, l'aluminium secondaire étant issu du recyclage. L'alumine est dissoute dans un bain fluoré d'électrolyses entre 950 °C et 1 000 °C suivant la réaction (simplifiée) suivante : Suivant le principe de l'électrolyse, un courant électrique circule entre l'anode (pôle +) et la cathode (pôle -). L’aluminium se forme à la cathode, où il coalesce dans une nappe d’aluminium liquide, selon la réaction : A l’anode en carbone, le dioxyde de carbone gazeux se dégage sous forme de grosses bulles qui s’échappent dans l’atmosphère : Dr KARA ALI D. L2+L3 Page 2 ALUMINIUM ET SES ALLIAGES La réaction globale s'écrit : Le bain est ici considéré comme un électrolyte dans lequel se dissout l'alumine et ne tient aucun rôle dans les réactions. SCHEMA DE L’ELECTROLYSE EMPLOI L'emploi de l'aluminium est surtout motivé par sa faible masse volumique (le tiers). C'est un matériau qui se moule bien. Il est aussi utilisé dans l'industrie électrique grâce à sa bonne conductibilité. L'aluminium est employé aussi comme isolant thermique. CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES Coulé laminé recuit Résistance traction N/mm2 70 à 100 70 à 90 Limite d'élast . N/mm2 30 à 40 30 à 40 Allongement % 15 à 25 40 à 30 Dureté Brinell 15 à 25 15 à 25 Module d'élasticité N/mm2 67500 67500 Dr KARA ALI D. L2+L3 Page 3 ALUMINIUM ET SES ALLIAGES Répartition de la consommation d’aluminium Métallurgie de l’aluminium Deux procédés sont utilisés : à partir de minerai ou en recyclage des déchets L’aluminium primaire Le recyclage et la deuxième fusion Extraction de la bauxite : 4 tonnes de minerai pour une tonne d’aluminium Elaboration de l’alumine : environ 50 millions de tonnes par an au niveau mondial Production d’aluminium primaire : il est obtenu par électrolyse qui nécessite une grande quantité d’énergie électrique : 14 à 17 kW heures par kilo d’aluminium produit La fonderie : l’aluminium liquide : à ce moment, il peut y être ajouté des composants d’autres métaux pour produire la grande variété des alliages Les formes : billettes cylindriques, plaques, lingots. La température de fusion de l’aluminium est basse ce qui ne nécessite pour sa refonte que 5% de l’énergie utile à la production d’aluminium primaire. Collecte et tri Préparation par compactage Deuxième fusion et affinage Les formes : Bandes épaisses ; Billettes, Fil machine. Dr KARA ALI D. L2+L3 Page 4 ALUMINIUM ET SES ALLIAGES Influence des éléments d'addition La résistance mécanique de l'aluminium pur est relativement faible et interdit son emploi pour certaines applications. Cette résistance mécanique peut être notablement augmentée par l'addition d'autres métaux, formant ainsi des alliages. Ceux-ci peuvent être classés en deux catégories : • les alliages sans durcissement structural (alliages non trempants), • les alliages à durcissement structural (alliages trempants). Cette différence entre alliages est due à l'élément d'addition principal, quelle que soit sa teneur. Il n'y a rarement qu'un seul élément ajouté (élément principal). Des additions d'autres éléments secondaires vont aussi influer sur les caractéristiques de l'alliage. Il y a enfin des éléments présents dans l'alliage sans qu'ils aient été ajoutés volontairement ; ce sont les impuretés dont les plus importantes sont le fer et le silicium, et dont il faut contrôler précisément la teneur pour certaines utilisations car leur influence peut être défavorable. Tous les éléments jouent, par leur nature et leur teneur, sur plusieurs propriétés de l'alliage comme : • les caractéristiques mécaniques (charge de rupture Rm, limite élastique Rp, l'allongement à la rupture A%, la dureté HB), • la masse volumique, • les conductivités uploads/Industriel/ aluminium-cours 1 .pdf