Aluminium

Aluminium
image illustrative de l’article Aluminium
Morceau d'aluminium.
MagnésiumAluminiumSilicium
B
 Structure cristalline cubique
 
13
Al
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  
                      
Al
Ga
Tableau completTableau étendu
Position dans le tableau périodique
SymboleAl
NomAluminium
Numéro atomique13
Groupe13
Période3e période
BlocBloc p
Famille d'élémentsMétal pauvre
Configuration électronique[Ne] 3s2 3p1
Électrons par niveau d’énergie2, 8, 3
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique26,9815386 ± 8×10-7 u
Rayon atomique (calc)125 pm (118 pm)
Rayon de covalence121 ± 4 pm[1]
Rayon de van der Waals205 pm
État(s) d’oxydation+3
Électronégativité (Pauling)1,61
Oxydeamphotère
Énergies d’ionisation[2]
1re : 5,985768 eV2e : 18,82855 eV
3e : 28,44765 eV4e : 119,992 eV
5e : 153,825 eV6e : 190,49 eV
7e : 241,76 eV8e : 284,66 eV
9e : 330,13 eV10e : 398,75 eV
11e : 442,00 eV12e : 2 085,98 eV
13e : 2 304,1410 eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
26AlTraces717 000 ansβ+1,1726Mg
27Al100 %stable avec 14 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinairesolide
Masse volumique2,6989 g·cm-3[3]
Système cristallinCubique à faces centrées
Dureté1,5
Couleurblanc lustre métallique
Point de fusion660,323 °C (congélation)[4]
Point d’ébullition2 519 °C[3]
Énergie de fusion10,79 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation294 kJ·mol-1 (1 atm, 2 519 °C)[3]
Volume molaire10,00×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur2,42×10-6 Pa
Vitesse du son6 400 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique897 J·K-1·kg-1 (solide, à 298 K)[5]
2 804,182 531,0320,770,7697
2 803,42 530,2520,770,7697
2 802,72 529,5520,770,7697
4 823,34 550,1521,330,7906
4 930,274 657,1221,420,7939
5 037,244 764,0921,520,7974
5 144,224 871,0721,620,8013
5 251,194 978,0421,730,8055
5 358,165 085,0121,850,81
5 465,145 191,9921,990,8149
5 572,115 298,9622,130,8201
5 679,085 405,9322,280,8257
5 786,055 512,922,440,8317
5 893,035 619,8822,610,8381
6 0005 726,8522,80,8449
Conductivité électrique37,7×106 S·m-1Conductivité thermique237 W·m-1·K-1Solubilitésol. 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]

DiversNo CAS7429-90-5[8]No EINECS231-072-3PrécautionsSGH[9],[10]
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, H261, P222, P231, P232, P422,SIMDUT[11]B6 : Matière réactive inflammable
B6,Transport
-
   1396   
Directive 67/548/EEC[12]
Facilement inflammable
F

Phrases R : 11, 15, 17,

Phrases S : 2, 7/8, 43,

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.modifier Consultez la documentation du modèle

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[note 1] 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[note 2] : 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 2010[14], 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 2010[15], 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

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)[16]. 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[17]. 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[18] ou de l’orfèvrerie réservée à une élite, notamment la cour impériale de Napoléon III[19]. Ce dernier reçoit ses hôtes de marque avec des couverts en aluminium, les autres convives devant se contenter de couverts en vermeil[20],[21].

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 subissent de plus grandes fluctuations[22]. 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[23].

  • 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.
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