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Données atomiques
Données physiques
ALUMINIUM Données chimiques
Données thermodynamiques

 

MATIÈRES PREMIÈRES :

L'aluminium, à l'état oxydé, est l'élément métallique le plus répandu dans l'écorce terrestre, avec une teneur de 8 % en aluminium ou de 15 % exprimée en alumine, Al2O3. Il est présent surtout sous forme de silicoaluminates dans des argiles, schistes... contenant de 18 à 38 % de Al2O3, mais il est plus économique de récupérer Al2O3 à partir des bauxites proprement dites (présentes principalement en Europe, avec de faibles réserves) ou des latérites bauxitiques (présentes sous les climats tropicaux, avec d'importantes réserves). Par généralisation, les latérites bauxitiques sont également dénommées bauxites.

Minerais :

La bauxite contient principalement de l'alumine hydratée, de 10 à 20 % d'oxyde de fer et d'environ 5 % de silice. Les teneurs sont généralement de 48 à 58 % en Al2O3 sous forme principalement de gibbsite ou d'hydrargillite (hydroxyde d'aluminium, Al(OH)3) dans les latérites et de böhmite ou de diaspore (oxy-hydroxyde d'aluminium, AlO(OH)) dans les bauxites.

- Les bauxites renferment une faible teneur, de 30 à 80 ppm, de gallium et sont la principale source de cet élément. Par exemple, en 2015, avec une production de 13,296 millions de t d'alumine, le groupe chinois Chalco a coproduit 121,4 t de gallium.

- En Russie, en Sibérie et dans la péninsule de Kola, sont exploités également des minerais riches en néphéline (2SiO2,Al2O3,Na2O-K2O), récupérés comme sous-produits de l'extraction des apatites ou dans des minerais riches en alunite (K2SO4,Al2(SO4)3,4Al(OH)3). En 2015, la production de néphéline du groupe UC Rusal, en Sibérie, à Kiya Shaltyr, a été de 4,111 millions de t.

Productions minières : en 2015, en milliers de t de bauxite. Monde : 274 000, Union européenne (principalement en Grèce) : 2 000.

Australie 80 000 Guinée 17 700
Chine 60 000 Jamaïque 10 700
Brésil 35 000 Russie 6 600
Malaisie 21 200 Kazakhstan 5 200
Inde 19 200 Grèce 1 900
Source : USGC

Les exploitations minières sont à 80 % à ciel ouvert. En général, dans ces exploitations, le gisement de bauxite se présente sous forme d'une couche horizontale de quelques mètres d'épaisseur (en moyenne de 7 à 8 m) située à faible profondeur, parfois moins d'un mètre, sur une surface de plusieurs km2. Le sol recouvrant le gisement est généralement stocké afin, après exploitation, de réhabiliter le site.

L'Indonésie qui était, en 2013, le deuxième producteur mondial, avec 55,7 millions de t totalement exportées, a vu sa production chuter à 2,6 millions de t, en 2014, du fait de l'interdiction d'exportation de la bauxite afin de développer son secteur industriel et en particulier sa transformation sur place.

Exploitations minières australiennes :
La deuxième plus importante mine de bauxite au monde, avec 24,5 millions de t en 2015, est celle de Huntly, propriété d'AWAC (Alcoa World Alumina and Chemicals), détenu à 60 % par Alcoa et 40 % par la société australienne Alumina Limited, qui exploite depuis 1976 le "Darling Range", en Australie de l'Ouest, au sud de Perth, où le gisement de bauxite est situé à environ 50 cm de profondeur sur une épaisseur moyenne de 7 mètres. La bauxite possède une faible teneur en alumine (de 28 à 33 %) et une teneur élevée en silice (28 %) avec toutefois une faible part de celle-ci (1 à 3 %) réactive lors de l'élaboration de l'alumine et donc entraînant une consommation plus élevée d'hydroxyde de sodium. Malgré ces inconvénients, les facilités d'exploitation rendent ce gisement particulièrement rentable. AWAC exploite également, dans le "Darling Range", depuis 1984, la mine de Willowdale avec une production de 10 millions de t/an. Ces mines alimentent les usines australiennes d'élaboration d'alumine de Pinjarra et Kwinana et fournissent 43 % de l'alumine et 20 % de l'aluminium produits en Australie. Les réserves sont de 178,5 millions de t renfermant en moyenne 33 % d'alumine.
Dans cette région, la mine de Jarrahdale, exploitée par Alcoa, ouverte en 1963, a produit jusqu'à sa fermeture, en 1998, 168 millions de t.

La société South32 possède à 86 %, sur le même gisement, la mine de Boddington, qui produit 12 millions de t/an. La bauxite, avec une production de 2 700 t/h, est acheminée sur 51 km, à l'aide d'un convoyeur à bande, jusqu'à l'usine d'élaboration d'alumine de Worsley, à la vitesse de 26 km/h. Les réserves prouvées et probables sont de 270 millions de t renfermant 28,4 % de Al2O3.

Toujours en Australie, Rio Tinto Alcan, exploite des gisements plus riches (à plus de 50 % d'alumine) à Weipa (Queensland) et Gove (Territoire du Nord). La mine de Weipa, plus importante mine de bauxite au monde, exploite depuis 1961, une bauxite constituée à 55 % de gibbsite et 14 % de böhmite, avec des réserves prouvées et probables de 1,601 milliard de t à 52,3 % de Al2O3 et une production, en 2015, de 27,663 millions de t destinées principalement aux usines de production d'alumine de Gladstone. La mine de Gove, exploitée depuis 1971, avec des réserves prouvées et probables de 145 millions de t à 49,4 % de Al2O3 , a produit, en 2015, 7,497 millions de t.

Exploitations minières brésiliennes :
Le gisement le plus important, Porto Trombetas, dans l'ouest de l'état de Pará, est exploité depuis 1979, par la société Mineração Rio do Norte (MNR) détenue à 40 % par Vale et en négociation pour être vendu à Hydro, 18,2 % par Alcoa (dont 9,6 % à travers AWAC), 14,8 % par South32, 12 % par Rio Tinto Alcan, 5 % par Hydro... Le gisement d'une épaisseur moyenne de 4 m est situé à une profondeur d'environ 8 m. La bauxite a une teneur d'environ 50 % en alumine. Les réserves prouvées et probables sont de 76 millions de t à 49,5 % de Al2O3. Le minerai est acheminé par 28 km de voie ferrée jusqu'à Porto Trombetas sur la rivière Trombetas, affluent de l'Amazone, puis par barges sur 1570 km jusqu'au port de Vila do Condo, sur l'Amazone, pour alimenter l'usine de production d'alumine d'Alunorte, propriété à 92 % d'Hydro, située à Barcarena. Le trajet dure 3 jours. En 2015, la production est de 16,162 millions de t, à 51,6 % exportées.

Le gisement de Paragominas, situé dans l'est de l'état de Pará, d'une capacité de 10 millions de t/an, est exploité depuis 2007 par le groupe Hydro. Il s'étend sur 1 000 km2 avec une épaisseur moyenne de 2,2 m. Il renferme 50 % d'alumine et 4 % de silice réactive. Les réserves sont de 1 milliard de t. La bauxite est acheminée à l'aide d'un minéral-duc de 244 km jusqu'à l'usine de production d'alumine d'Alunorte à Barcarena. En 2016, la production a été de 11,1 millions de t.

Le gisement de Juruti, dans l'ouest de l'état de Pará est exploité depuis 2009 par AWAC. Il possède des capacités de 3,6 millions de t/an et des réserves de 700 millions de t. Le minerai est destiné à alimenter l'usine de production d'alumine Alumar, à São Luis.

Exploitations minières guinéennes :
La Guinée possède les plus importantes réserves au monde et sa
production est totalement exportée.
La Compagnie des Bauxites de Guinée (CBG) exploite, depuis 1973, le gisement de Boké, situé sur le plateau de Sangaredi, qui contient, en moyenne, 53 % d'alumine et 2 % de silice. La société est détenue à 51 % par la joint venture Halco (45 % Alcoa, 45 % Rio Tinto Alcan, 10 % Dadco) et à 49 % par l’État guinéen. Les réserves prouvées et probables sont de 372 millions de t à 48,5 % Al2O3, avec une production, en 2015, de 14,615 millions de t, transportée par voie ferrée sur 135 km jusqu'au port de Kamsar.
Le gisement de Kindia exploité par le groupe russe UC Rusal a produit, en 2015, 3,499 millions de t exportées.

Principaux producteurs : en 2015, en millions de t.

AWAC (États-Unis) 45,3 South32 (Australie) 12,8
Rio Tinto Alcan (Canada) 43,7 UC Rusal (Russie) 12,1
Chalco (Chine) 17,9 Hydro (Norvège) 10,9
Source : Rapports des sociétés

AWAC (Alcoa Worldwide Alumina and Chemicals), joint venture entre Alcoa (60 %) et Alumina Limited (40 %), exploite des mines en Australie à Huntly et Willowdale, avec, en 2015, une production de 31,7 millions de t, au Brésil au travers d'une participation de 9,6 % dans la mine de Porto Trombetas, avec 1,6 million de t et de l'exploitation des mines de Pocos de Caldas et de Juruti, avec 4,7 millions de t, en Guinée au travers d'une participation dans la mine de Boké, avec 3,4 millions de t, au Surinam à Moengo, Klaverblad et Kalmangrassie, avec 1,6 million de t et un début de production en Arabie Saoudite, à Al Ba'itha, au travers d'une participation de 25,1 %, avec 0,6 million de t et une capacité de production prévue de 4 millions de t/an.

Rio Tinto Alcan, exploite en Australie la mine de Gove, avec, en 2015, une production de 7,497 millions de t et celle de Weipa, avec 27,663 millions de t, au Brésil, la part de Rio Tinto, 12 %, sur la mine de Porto Trombetas est de 1,939 million de t, en Guinée, la part de Rio Tinto, 23 %, dans l'exploitation de la mine de Boké est de 6,577 millions de t.

South32 issu, en mai 2015, du groupe BHPBilliton, exploite sur le "Darling Range", en Australie de l'Ouest, la mine de Boddington, avec une capacité de production de 12 millions de t/an et possède une participation dans la mine de Porto Trombetas, au Brésil, avec, en 2015, une production de 2,4 millions de t.

Le groupe UC Rusal, exploite des mines de bauxite, en Russie, avec la mine de Timan, près de Ukhta, dans la République de Komi, qui a produit, en 2015, 2,861 millions de t, celles du Nord de l'Oural, 2,537 millions de t, en Guinée, la Compagnie des Mines de Kindia a produit 3,499 millions de t, en Jamaïque, le complexe de Windalco a produit 1,957 million de t, au Guyana, la Bauxite Company of Guyana, détenue à 90 % a produit 1,176 million de t.

Hydro, au Brésil, exploite la mine de Paragominas, avec une production, en 2016, de 11,1 millions de t et possède une participation de 5 % pouvant atteindre 45 % avec l'acquisition de la part de Vale dans la mine de Porto Trombetas.

Commerce international : en 2015.
- Principaux pays exportateurs, en milliers de t, sur un total de 93 237.

Malaisie 27 913 Jamaïque 4 558
Australie 20 276 République Dominicaine 1 552
Guinée 19 414 Ghana 964
Brésil 9 335 Guyana 598
Inde 7 491 Grèce 387
Source : ITC

Le premier pays exportateur qui était, en 2013, l'Indonésie, avec 57 millions de t, dont 56,5 millions de t vers la Chine, a interdit l'exportation de bauxite à compter de 2014 afin de développer son secteur industriel et en particulier la transformation sur place de la bauxite. En conséquence, ses exportations ont chuté en 2014 pour atteindre 2,1 millions de t et devenir insignifiantes en 2015. L'arrêt des exportations indonésienne a entraîné une augmentation fulgurante de la production de la Malaisie et de ses exportations destinées à 99 % à la Chine.

- Principaux pays importateurs, en milliers de t, sur un total de 94 240.

Chine 56 012 Canada 3 696
Etats-Unis 11 800 Allemagne 2 768
Irlande 4 608 France 1 527
Ukraine 4 338 Roumanie 1 368
Espagne 3 869 Inde 1 337
Source : ITC

En 2015, les importations de la Chine proviennent à 43 % de Malaisie, 35 % d'Australie, 14 % d'Inde. En 2014, les importations ont chuté à 36 millions de t, des stocks ayant été constitués face à la chute prévue des exportations indonésiennes.
Les importations des États-Unis proviennent, en 2015, à 44 % de Jamaïque, 29 % du Brésil, 21 % de Guinée.
Les importations de l'Union européenne ont été, en 2015, de 14,5 millions de t.

Réserves mondiales de bauxite, en 2015, 28 milliards de t. En millions de t.

Guinée 7 400 Indonésie 1 000
Australie 6 200 Guyana 850
Brésil 2 600 Chine 830
Viet-Nam 2 100 Inde 590
Jamaïque 2 000 Surinam 580
Source : USGC

Situation française : en 2016.

- La plus grande partie de la production a été arrêtée fin 1991. Le maximum avait été atteint en 1973 avec 3,2 millions de t. Au total, la production a été de 100 millions de t de bauxite. Les gisements étaient situés dans le Var (Brignoles...), les Bouches du Rhône (Les Baux) et l'Hérault. Les réserves françaises de bauxite sont estimées à 70 millions de t. Une faible production (70 000 t, en 2013) est destinée à des applications non métallurgiques.

- Importations : 1,312 million de t à 74 % de Guinée, 20 % de Grèce.
- Exportations : 21 525 t vers la Suisse à 71 %, la Suède à 23 %.

Utilisations :

Environ 95 % de la bauxite utilisée dans le monde est destiné à la fabrication de l'alumine (pour, à 90 %, produire de l'aluminium), le reste est utilisé dans les industries des ciments, des produits réfractaires et des abrasifs. En 2014, aux États-Unis, sur un total de 9,78 millions de t de bauxite consommée, la production d'alumine a utilisé 9,53 millions de t, les autres secteurs industriels (produits réfractaires, abrasifs et chimie), 247 000 t.

 

ALUMINE:

Fabrication industrielle : elle est réalisée dans des raffineries, à partir de bauxite, selon le procédé Bayer. Le procédé, qui consiste à extraire l'alumine de la bauxite, en éliminant les impuretés présentes dans le minerai, utilise le caractère amphotère des hydroxydes d'aluminium qui sont solubles en milieu basique ce qui n'est pas le cas, par exemple, des oxydes de fer.

La bauxite est traitée par une solution d'hydroxyde de sodium, NaOH, concentrée et chaude. L'attaque, qui dure 2 jours, a lieu dans des autoclaves, sous 2 à 4 MPa, et entre 140 et 150°C pour les minerais riches en gibbsite, entre 220 et 270°C pour ceux riches en böhmite et entre 250 et 280 °C pour ceux riches en diaspore. On sépare ainsi l'aluminium, en solution sous forme d'ions aluminates hydratés - (Al(OH)4(H2O)2)-, des oxydes de fer et de la silice, solides, qui donnent des "boues rouges". Ensuite, l'hydroxyde d'aluminium, Al(OH)3, précipite par dilution et refroidissement. La précipitation est initiée et contrôlée par une quantité importante d'amorce de Al(OH)3 provenant de fabrications précédentes. Les réactions mises en jeu sont représentées par l'équation chimique ci-dessous avec déplacement de l'équilibre vers la droite lors de la dissolution et vers la gauche lors de la précipitation après élimination de la phase solide.

Al2O3,(7+n)H2O + 2 OH- = 2 (Al(OH)4(H2O)2)- + n H2O

Lors de la précipitation de l'alumine, l'hydroxyde de sodium est régénéré. Toutefois, la présence de silice dans le minerai, entraîne une consommation d'hydroxyde de sodium et d'alumine par formation d'un silicoaluminate de sodium de formule : 5SiO2,3Al2O3,3Na2O,5H2O. En conséquence, les bauxites à haute teneur en silice susceptible de réagir sont économiquement pénalisées.

Les bacs de précipitation peuvent atteindre des volumes de 4 500 m3. L'alumine calcinée est obtenue par chauffage à 1200°C.

Il y a 60 raffineries, hors Chine, dans le monde. En Chine le nombre est passé de 7 usines, en 2001 à 49 usines en 2011.

Les résidus de traitement de la bauxite (boues rouges) représentent, en général, de 0,7 à 2 t/t d'alumine, soit, dans le monde, 120 millions de t/an. Au total, cela représente depuis l'exploitation du procédé Bayer, 3 milliards de t.

Composition des résidus de traitement de la bauxite :

Fe2O3 20 à 45 % CaO 0 à 14 %
Al2O3 10 à 22 % SiO2 5 à 30 %
TiO2 4 à 20 % Na2O 2 à 8 %
Source : IAI et EAA

Consommations : pour produire 1,9 t de Al2O3 (qui donne 1 t de Al) il faut :

Bauxite 4 à 5 t Chaux 200 kg Energie : 380 kWh
Eau 13,5 t NaOH 210 kg
-

Par exemple, la répartition des coûts de production, dans la raffinerie Alunorte, exploitée par Hydro, au Brésil, est, en 2015, la suivante :

Energie 35 % Hydroxyde de sodium 13 %
Bauxite 37 % Divers 15 %
Source : Hydro

Productions : en 2015, en milliers de t de Al2O3. Monde : 118 000, Union européenne : 6 130.

Chine 57 000 Irlande 1 983
Australie 20 000 Jamaïque 1 950
Brésil 10 300 Espagne 1 633
Inde 5 470 Kazakhstan 1 600
États-Unis 4 000 Canada 1 559
Russie 2 580 Ukraine 1 481
Sources : USGC

En 2016, la production mondiale est de 115,461 millions de t dont 109,211 millions de t d'alumine destinées à l'élaboration de l'aluminium et 6,250 millions de t d'alumine destinées à des applications non métallurgiques.

La production chinoise, en 2016, est de 60,827 millions de t dont 58,382 millions de t d'alumine métallurgique et 2,445 millions de t d'alumine non métallurgique. En 2000, la production chinoise totale était de 4 millions de t.

Dans l'Union européenne, il y a, en 2016, 7 usines de production, dont une dans chacun des pays suivants : France, à Gardanne (13) exploitée par Alteo avec 635 000 t/an, Allemagne, à Stade, exploitée par Dadco avec une capacité de 1 million de t/an, Espagne à San Ciprian, exploitée par AWAC avec 1,633 million de t/an de capacité, Irlande, à Anghinish, exploitée par UC Rusal avec 1,983 million de t en 2015, Grèce, à Distomon exploitée par Mytilineos avec 820 000 t/an, Hongrie, à Ajka exploitée par MAL Magyar, Roumanie, à Tulcea, exploitée par Alum avec 500 000 t/an.

Production australienne : en 2015, Alcoa, à travers AWAC, a produit 9,287 millions de t dans ses raffineries de Pinjarra (4,2 millions de t/an de capacité), Kwinana (2,2 millions de t/an de capacité) et Wagerup (2,6 millions de t/an de capacité) situées dans l'Ouest.
Rio Tinto Alcan, en 2015, a produit 5,861 millions de t dans les raffineries de Gladstone QAL, dans le Queensland (80 % de la production soit 2,997 millions de t, alimentée par la bauxite du gisement de Weipa) et Gladstone Yarwun, dans le Queensland (2,864 millions de t).
South32 a produit, en 2015-16, 3,961 millions de t, avec une participation de 86 % dans la raffinerie de Worsley, en Australie de l'Ouest.
UC Rusal a produit 749 000 t avec 20 % de participation dans la raffinerie de Gladstone QAL.

Production brésilienne : la plus importante raffinerie au monde est celle d'Alunorte, détenue à 92 % par Hydro, située à Barcarena, dans l'état de Pará, au Brésil, avec une capacité de production depuis mi-2008 de 6,2 millions de t/an. Elle est approvisionnée à 35 % par de la bauxite livrée en bateaux, sur un trajet de 1 570 km sur l'Amazone, par MNR à partir des mines de Porto Trombetas et à 65 % par de la bauxite livrée sous forme de pulpe à partir de la mine de Paragominas, exploitée par Hydro, à l'aide d'une canalisation de 244 km. Une partie de l'alumine produite alimente les électrolyses de production d'aluminium d'Albras à Barcarena et Valesul à Rio de Janeiro. L'essentiel de la production (environ 80 %) est exporté.
La raffinerie Alumar, située à São Luis, dans l'état de Maranhão, détenue à 54 % par AWAC, 36 % par South32 et 10 % par Rio Tinto Alcan, possède une capacité de production de 3,6 millions de t.

Commerce international : en 2015.
- Principaux pays exportateurs : en milliers de t, sur un total de 43 752.

Australie 17 566 Ukraine 1 501
Brésil 9 155 Inde 1 477
Etats-Unis 2 241 Chine 1 217
Jamaïque 1 950 Kazakhstan 1 017
Irlande 1 943 Espagne 1 007
Source : ITC

- Principaux pays importateurs : en milliers de t, sur un total de 37 803.

Chine 4 693 Etats-Unis 1 753
Russie 4 557 Islande 1 646
Canada 4 253 Bahrain 1 617
Norvège 2 480 Qatar 1 165
Emirats Arabes Unis 2 089 Japon 1 113
Source : ITC

Les importations de l'Union européenne ont été, en 2015, de 668 586 t pour 1,228 million de t d'exportations.
Celles
des États-Unis, en 2014, proviennent d'Australie à 32 %, du Surinam à 28 %, du Brésil à 13 %, de Chine à 9 %. Les exportations des États-Unis sont destinées à 28 % au Canada, 18 % à l’Égypte, 16 % à la Norvège, 12 % à l'Islande, 6 % au Mexique.

Principaux producteurs : en 2015, en millions de t.

AWAC (États-Unis) 15,1 UC Rusal (Russie) 7,4
Chalco (Chine) 13,3 Jinjiang Group (Chine) 6,4
Xinfa Group (Chine) 10,1 Hydro (Norvège) 6,0
Weiqiao (Chine) 9,2 South32 (Australie) 5,3
Rio Tinto Alcan (Canada) 7,8 SPIC (Chine) 2,7
Source : Alumina Limited et rapports des sociétés

Le n°1 mondial est AWAC (Alcoa Worldwide Alumina and Chemicals), joint venture entre Alcoa (60 %) et Alumina Limited (40 %) avec, en 2015, 8 raffineries installées dans 5 pays : en Australie (voir ci-dessus), au Brésil à São Luis à 39 % et Poços de Caldos, avec 1,465 million de t, en Espagne, à San Ciprián, avec 1,633 million de t et en Arabie Saoudite, à Ma'aden, à 25,1 % avec 1,8 million de t/an de capacité. Les raffineries du Surinam (748 000 t en 2015) et Point Confort, aux Etats-Unis, (1,952 million de t en 2015) ont été arrêtées.

UC Rusal, exploite en Russie, les raffinerie d'Achinsk avec 880 000 t, en 2015, de Bogoslovsk avec 941 000 t, d'Urals avec 772 000 t, en Irlande, la raffinerie d'Anghinish avec 1,983 million de t, en Jamaïque, la raffinerie de Windalco avec 596 000 t, en Ukraine, la raffinerie de Nikolaev avec 1,481 million de t et en Australie, 749 000 t avec 20 % de participation dans la raffinerie de Gladstone QAL, dans le Queensland.

Rio Tinto, outre ses raffineries australiennes (voir ci-dessus), produit de l'alumine au Canada, à Jonquières, avec en 2015, 1,449 million de t et à São Luis, au Brésil avec 10 % de la production, soit 367 000 t.

Hydro, exploite au Brésil la raffinerie Alunorte, à Barcarena dans l'état de Pará (voir ci-dessus).

South32, exploite, en Australie la raffinerie de Worsley avec, en 2015-16, une production de 3,961 millions de t et possède une participation de 36 % dans la raffinerie de São Luis, au Brésil, avec 1,335 million de t.

Divers types d'alumines et utilisations : 95 % de la consommation d'alumine est utilisé pour élaborer l'aluminium, les 5 % restants dans diverses applications : voir plus loin.

Situation française : en 2016.

- La production est, en 2015, de 500 000 t de Al2O3.

- Une seule usine, exploitée depuis août 2012 par Alteo qui a pris la suite de Rio Tinto Alcan qui avait succédé à Alcan et elle même à Pechiney, est en fonctionnement, à Gardanne (13). Elle traite de la bauxite importée avec une capacité de production d'alumines de 635 000 t/an destinées à 80 % à des usages non métallurgiques, ce qui en fait le n°2 mondial de production des alumines de spécialité. C'est dans cette usine, en 1894, que fut réalisée la première exploitation industrielle du procédé Bayer.
Les "boues rouges" (173 784 t en 2014) de l'usine, après lavage, étaient transportées, depuis 1966, par une canalisation de 30 cm de diamètre sur 40 km et déversées à 7 km au large de Cassis dans une fosse sous-marine de 2 400 m de profondeur. Actuellement, les "boues rouges"sont filtrées, les résidus solides sont soit stockés à terre soit valorisés sous forme d'un produit solide la Bauxaline® obtenue après séchage dans un filtre-presse. La production est de 350 t/jour. Ce produit (constitué à environ 50 % de Fe2O3 et 15 % de Al2O3 avec un pH de 10) est destiné aux travaux publics (remblais routiers), au bâtiment, à la réhabilitation de centres d'enfouissement de déchets, à l'horticulture comme substrat de cultures...
La solution obtenue après filtration est pour l'instant évacuée dans la fosse de Cassis.

- Importations d'oxyde : 810 672 t, à 86 % d'Irlande, 6 % d'Espagne.
- Importations d'hydroxyde : 61 803 t, à 49 % d'Allemagne, 20 % d'Espagne, 10 % de Grèce.

- Exportations d'oxyde : 276 708 t, à 14 % vers la Belgique, 13 % l'Allemagne, 12 % l'Italie, 10 % Taïwan.
- Exportations d'hydroxyde : 34 674 t, à 32 % vers l'Italie, 22 % l'Allemagne, 9 % la Suède, 7 % la Thaïlande.

 

ALUMINIUM DE PREMIÈRE FUSION :

Fabrication industrielle : par électrolyse de l'alumine (Al2O3) en sel fondu dans des fonderies.

La température de fusion de Al2O3 étant très élevée (2 040°C) on ajoute principalement de la cryolithe (AlF33NaF) pour obtenir une fusion vers 960°C. La cryolithe est obtenue par synthèse (voir plus loin).

- La composition moyenne d'un bain d'électrolyse est la suivante : 83 % de cryolithe, 7 % de AlF3, 5 % de CaF2, 5 % de Al2O3.

- La cathode est constituée par le creuset, en graphite, de la cellule d'électrolyse (masse : 50 t, durée de vie : 5 ans). La construction de l'usine d'électrolyse Rio Tinto Alcan de Dunkerque (59), qui a commencé en 1992, a nécessité 9 000 t de produits carbonés pour le garnissage des cuves. Les anodes, généralement précuites, sont en carbone et sont consommées, en moyenne, en 26 jours. Elles sont élaborées à partir de coke de pétrole et de brai, dans l'usine de production d'aluminium. Pour produire en un an 170 000 t d'aluminium il faut 200 000 anodes de 400 kg chacune (voir le chapitre consacré au carbone et au graphite artificiel). Les réactions se produisant lors de l'électrolyse sont extrêmement complexes. Globalement, on peut écrire les équations suivantes :

- A la cathode : 2/3 Al2O3 = 4/3 Al + O2

- A l'anode : C + O2 = CO2

- Caractéristiques de l'électrolyse : tension : 4 V, intensité : 180 000 à 600 000 A (360 000 A à Dunkerque). A Dunkerque, pour une capacité de production de 270 000 t, 264 cuves sont montées en séries dans 2 halls de 850 m de long. Les cellules ont les dimensions suivantes : longueur de 9 à 16 m, largeur de 3 à 4 m, hauteur de 1 à 1,5 m. Capacités de production jusqu'à 4,5 t de Al/48 h. En 2012, pour une production de 250 000 t, les consommations ont été les suivantes :
- alumine : 491 051 t,
- coke : 96 048 t,
- brai : 19 450 t,
- électricité : 3 629 GWh,
- gaz naturel : 223 GWh.
A Dunkerque, l'approvisionnement en énergie représente, en 2014, 23 % des coûts de production.

Les cuves d'électrolyse sont soigneusement capotées afin d'éviter, au maximun, des rejets de produits fluorés. Ces rejets (principalement HF) atteignaient de 3 à 12 kg de fluor par t d'aluminium dans les années 1950. A Dunkerque, en fixant, par de l'alumine, HF dans les rejets gazeux (3 m3/s de gaz émis par cuve) et en formant ainsi AlF3 qui est recyclé, les émissions de produits fluorés sont, en 2014, de 0,48 kg de fluor/t de Al, soit 130 t. Au niveau mondial les émissions sont de 0,50 kg de fluor/t de Al, soit, 29 000 t

- L'une des usines la plus importante, au monde, située à Bratsk, en Russie, a produit, en 2015, 1 006 000 t d'aluminium soit près de 30 % de la production russe. Elle consomme 75 % de l'énergie produite par le barrage voisin situé sur l'Angara.

- Consommations : pour produire 1 t de Al 1ère fusion il faut, en moyenne, en Europe, en 2010 :

Bauxite 4 326 kg Anode (carbone) 440 kg
Hydroxyde de sodium 102 kg AlF3 16 kg
Chaux 81 kg Énergie 13 000 à 15 000 kWh
Alumine 1 922 kg    
Source : EAA

- Décomposition du prix de revient de Al 1ère fusion :

Matières premières 15 % Main d’œuvre 16 %
Énergie 30 % Amortissement, frais financiers 39 %

L'énergie, représente 37,5 %, du coût total (incluant extraction minière, transformation en alumine et électrolyse) de l'aluminium primaire produit en Australie. Dans ce pays les coûts se répartissent entre : 4 % pour l'extraction de la bauxite, 25 % pour l'élaboration de l'alumine et 71 % pour l'élaboration de l'aluminium.

Consommation d'énergie selon les différentes sources, en 2015, en TWh :

  Monde Europe Amérique du Nord Chine
Totale 763,43 122,91 67,06 404,44
Hydroélectricité 231,82 101,18 49,54 40,44
Charbon 446,81 7,09 16,28 364,00
Gaz naturel 72,46 3,06 0,78 0
Nucléaire 12,08 11,33 0,65 0
Pétrole 0,26 0,25 0 0
Source : IAI

- Le prix de l'énergie électrique (environ 1/3 des coûts de production de l'aluminium) est un facteur important dans le choix de l'implantation des usines d'électrolyse. En France, le choix des implantations dans les Alpes (Saint Jean de Maurienne) et les Pyrénées (Lannemezan, arrêtée) a été lié à la production d'hydroélectricité. Le choix du site de Dunkerque a été lié à la proximité de la centrale nucléaire de Gravelines.
Les producteurs disposant de ressources propres en hydroélectricité sont avantagés, par exemple Rio Tinto Alcan au Québec, Rusal en Russie, Hydro en Norvège. Il en est de même pour les producteurs disposant de sources d'énergie peu chères, gaz naturel pour les pays du Golfe, géothermie pour l'Islande. Dans le monde, en 2015, la part d'autoproduction d'énergie est de 49,4 %, en Europe, de 1,9 %, en Amérique du Nord de 35,2 %, en Chine de 63,0 %.
- La consommation d'énergie était de 80 000 kWh/t à la fin du XIXème siècle (l'intensité d'électrolyse étant de 4 000 A), 21 000 kWh/t en 1950, 17 000 kWh/t en 1980, de 13 500 à 15 000 kWh/t actuellement.
En 2015, dans le monde, elle est, en moyenne, de 14 239 kWh/t, en Europe, de 15 522 kWh/t, en Amérique du Nord, de 15 130 kWh/t, en Chine, de 13 562 kWh/t.

- La pureté de l'aluminium de première fusion obtenu est comprise entre 99,5 et 99,9 % de Al.

Productions : en 2015, en milliers de  t. Monde : 58 300, Union européenne : 2 114.

Chine 32 000 Etats-Unis 1 600
Russie 3 500 Norvège 1 320
Canada 2 900 Bahrain 960
Inde 2 350 Islande 820
Emirats Arabes Unis 2 340 Brésil 780
Australie 1 650 Arabie Saoudite 740
Sources : USGC

En 2016, la production mondiale a été de 58,167 millions de t, dont 31,641 millions de t en Chine.

De 1888 à 2015, la production totale d'aluminium a été de plus de 1 200 millions de t.

- Dans l'Union européenne, 17 usines fonctionnent, en 2015. Sur les 26 usines en production, en 2007, 11 ont fermé. La production a lieu, en 2015, en Allemagne, à Hamburg, Essen, Neuss et Voerde avec 530 000 t, en France, à Dunkerque et Saint Jean de Maurienne avec 420 000 t, en Espagne, à La Corogne, San Ciprian et Aviles avec 230 000 t, en Roumanie, à Slatina avec 271 000 t, en Grèce, à Distomon avec 170 000 t, en Slovaquie, à Ziar avec 171 000 t, en Suède, à Sundsvall avec 115 000 t, en Slovénie, à Kidricevo avec 85 000 t, aux Pays Bas, à Delf avec 75 000 t, au Royaume Uni, à Lochaber avec 47 000 t et en Bosnie, à Mostar avec 100 000 t.

- En 2015, au Canada, 90 % de la production est réalisée au Québec avec 8 usines, aux États-Unis, 8 usines sont en fonctionnement, 11 usines en Russie, 7 en Norvège. Dans le monde il y a 231 usines de production d'aluminium primaire dans 45 pays.

- La production japonaise primaire est actuellement nulle alors qu'elle était de 1,6 million de t en 1977. La production d'aluminium de deuxième fusion est par contre importante avec 776 700  t en 2015. Les importations sont de 2,53 millions de t d'aluminium allié et non allié.

- Évolution de la production mondiale : 1886 : 13 t, 1949 : 1,3 million t, 1973 : 13 millions t, 1995 : 20 millions de t, 2016 : 58 millions de t.

- C'est actuellement le 1er métal non ferreux consommé : sa production a dépassé celle de l'étain en 1923, du plomb en 1943, du zinc en 1954, du cuivre en 1958.

Évolution de la production mondiale de quelques métaux : en millions de tonnes (aluminium de première fusion et cuivre raffiné non allié) d'après l'Annuaire Statistique Mondial des Minerais et Métaux (SIM et BRGM) jusqu'en 1999 et l'USGS depuis.

Producteurs : en milliers de t de production de Al première fusion, en 2015.

China Hongqiao Group 4 421 Alcoa (Etats-Unis) 2 811
UC Rusal (Russie) 3 645 Emirates Global Aluminium (EAU) 2 378
Rio Tinto Alcan (Canada) 3 322 SPCI (Chine) 2 341
Chalco (Chine) 3 310 Hydro (Norvège) 2 046
Xinfa Group (Chine) 2 990 East Hope Group (Chine) 1 680
Sources : rapports d'activités des sociétés

UC Rusal, société fondée en 2007 par fusion entre Rusal, Sual et les actifs dans l'aluminium de la société suisse Glencore, regroupe l'essentiel de l'industrie russe de l'aluminium en exploitant des usines d'électrolyse principalement en Russie, à Bratsk avec, en 2015, 1,005 million de t, Krasnoyarsk avec 1,013 million de t, Sayanogorsk avec 542 000 t, Novokuznetsk avec 215 000 t, Khakas avec 297 000 t, Irkutsk avec 410 000 t, Kandalaksha avec 66 000 t, Nadvoitsy avec 12 000 t et en Suède, à Kubikenborg, avec 116 000 t.

Rio Tinto a acquis Alcan en 2007 qui avait absorbé Pechiney fin 2003. Les activités de Rio Tinto et Alcan sont regroupées dans Rio Tinto Alcan. Le groupe possède des capacités de production d'hydroélectricité suffisantes pour répondre à la moitié de ses besoins. Les usines de production sont situées :
- au Canada, dans la province du Québec, à Alma, avec 466 000 t, en 2015, Arvida, avec 232 000 t, Grande Baie, avec 221 000 t, Laterrière, avec 244 000 t, Alouette (Sept-Îles), avec 40 % de participation d'une production de 606 000 t, soit 242 000 t, Bécancour, avec 25,1 % d'une production de 437 000 t, soit 109 000 t et dans la province de Colombie Britannique, à Kitimatt, avec 110 000 t.
- en Australie, à Bell Bay, avec 191 000 t, Boyne Island, avec 59,4 % d'une production de 578 000 t, soit 344 000 t, Tomago, avec 51,6 % d'une production de 579 000 t, soit 299 000 t.
- ainsi qu'en Nouvelle Zélande, à Tiwai Point, avec 79,4 % d'une production de 333 000 t, soit 265 000 t, en France, à Dunkerque, avec 275 000 t, en Islande, à Reyjavik, avec 201 000 t, au Royaume Uni, à Lochaber, avec 47 000 t, en Oman, à Sohar, avec 20 % de 377 000 t, soit 75 000 t.
Au Québec, les usines de production d'aluminium primaire sont situées soit sur le fleuve Saint-Laurent, à Sept-Îles et Bécancour soit sur la rivière Saguenay et la rive du Lac Saint-Jean. La bauxite et les autres matières premières arrivent par le Saint-Laurent et la Saguenay jusqu'au port, en eaux profondes, de Port Alfred. Une voie ferrée de 142 km permet de relier les différentes usines de la société. La bauxite est transformée en alumine à Vaudreuil, proche de Jonquière puis acheminée vers les usines d'électrolyse d'Alma, Arvida, Laterrière et Grande Baie. Environ 90 % de l'énergie électrique nécessaire à l'électrolyse est produite en propre dans 6 centrales hydroélectriques d'une puissance totale de 3 135 MW.

Carte des implantations de Rio Tinto Alcan au Québec (document Rio Tinto Alcan que nous remercions).

Alcoa qui a absorbé Reynolds en 2000, produit de d'aluminium primaire avec, en 2015, une capacité de production de 3,401 millions de t/an.
- aux Etats-Unis, à Evansville, dans l'Indiana, avec une capacité de production de 269 000 t/an, fermée en 2016, à Massena West, dans l'état de New-York, avec
130 000 t/an, à Rockdale, au Texas, avec 191 000 t/an, et dans l'état de Washington, à Ferndale, avec 279 000 t/an et Wenatchee, avec 184 000 t/an.
- au Canada, dans la province du Québec, à Baie Comeau, avec 280 000 t/an, à Deschambault, avec 260 000 t/an et à Bécancour, avec 74,95 % d'une capacité de production de 413 000 t/an, soit 310 000 t/an.
- en Espagne, à Avilés, avec 93 000 t/an, à La Corogne, avec 87 000 t/an, et à San Ciprián, avec 228 000 t/an.
- ainsi qu'en Norvège, à Lista, avec 94 000 t/an et Mosjøen, avec 188 000 t/an, en Islande, à FjaÖaál, avec 344 000 t/an, en Australie, à Portland, avec 55 % d'une capacité de production de 358 000 t/an, soit 197 000 t/an et au Brésil, à São Luis, avec 60 % d'une capacité de production de 447 000 t/an, soit 268 000 t/an.
Alcoa possède en propre une puissance d'hydroélectricité de 1 702 MW et a produit, en 2014, 13,8 TWh.

Emirates Global Aluminium, est une coentreprise des Emirats Arabes Unis qui regroupe les activités de Dubaï Aluminium et d'Emirates Aluminium. Les usines d'électrolyse sont situées, à Jebel Ali, à Dubaï, avec une capacité de production de 1 million de t/an et à Al Taweelah, à Abu Dhabi, avec une capacité de production de 1,3 million de t/an ce qui en fait la plus grande usine d'électrolyse d'aluminium au monde. Les puissances électriques installées sont respectivement de 2 350 et 3 100 MW et les électrolyse sont réalisées sous 400 000 ou 450 000 A. La production est, à 90 %, exportée.

Hydro, produit de l'aluminium primaire :
- en Norvège, à Suundal, avec en 2015, une production d'aluminium primaire de 388 000 t, à Årdal, avec 207 000 t, à Karmøy, avec 192 000 t, à Høyanger, avec 64 000 t et à Husnes, avec 91 000 t.
- ainsi qu'en Slovaquie, à Ziar nad Hronom, avec 55 % de 171 000 t, au Qatar, avec 50 % de 305 000 t, au Brésil, à Barcarena, avec 51 % de 434 000 t, au Canada, à Alouette, avec 20 % de 121 000 t et en Australie, à Tomago, avec 12,1 % de la société et une part de 72 000 t.
En Norvège, pour approvisionner en électricité ses 5 usines d'électrolyse, Hydro possède 17 usines hydroélectriques avec une production de 10,9 TWh, en 2015.

South32 a produit, un total de 963 000 t d'aluminium primaire, en Afrique du Sud, à Richards Bay, avec en 2015, 697 000 t, au Mozambique, à Maputo, avec une participation de 47,1 % et une production propre de 266 000 t, au Brésil, à São Luis, avec une participation de 40 % et une production nulle en 2015.

Trimet, produit de l'aluminium primaire en Allemagne à Essen, avec 165 000 t/an, à Hambourg, avec 130 000 t/an, à Voerde, avec 95 000 t/an et en France, à Saint-Jean de Maurienne (73), avec 145 000 t/an.

Commerce international de l'aluminium brut : en 2015.
- Principaux pays exportateurs : en milliers de t, sur un total de 22 851.

Russie 3 461 Qatar 840
Canada 2 469 Inde 783
Emirats Arabes Unis 2 150 Pays Bas 734
Australie 1 505 Islande 726
Norvège 1 215 Arabie Saoudite 615
Source : ITC

- Principaux pays importateurs : en milliers de t, sur un total de 23 508.

Etats-Unis 3 333 Turquie 1 131
Allemagne 2 602 Mexique 1 027
Japon 2 529 Pays Bas 770
Corée du Sud 1 512 Taïwan 645
Italie 1 132 France 540
Source : ITC

Aluminium raffiné : obtention de Al à 99,99 % (4N), 99,999 % (5N) ou 99,9995 % (5N5). L'aluminium 4N est principalement utilisé dans la fabrication de condensateurs électriques, l'aluminium 5N est utilisé dans les écrans plats LCD et comme cibles de pulvérisation cathodique dans certaines technologies de fabrication de panneaux solaires, l'aluminium 5N5 est utilisé principalement comme cibles de pulvérisation cathodique dans la fabrication de semi-conducteurs. Deux techniques de raffinage sont utilisées :

- L'électrolyse en sel fondu (raffinage 3 couches) : l'aluminium primaire, densifié grâce à l'addition de 25 à 30 % de Cu est fondu à 750°C et forme, dans le fond de la cuve d'électrolyse, l'anode. L'électrolyte fondu est situé au-dessus, lui même étant surmonté par l'aluminium raffiné qui forme la cathode. Al est transporté de l'anode à la cathode d'où il est extrait. 2 procédés se différencient par la nature de l'électrolyte. Le procédé Gadeau-Pechiney utilise le mélange : BaCl2 : 60 %, AlF3 : 23 %, NaF : 17 %. Ce procédé était utilisé dans l'usine Pechiney de Mercus (09) rachetée successivement par Alcan, en 2003, puis Praxair, en 2006. Cette production a été arrêtée depuis.

- La cristallisation fractionnée, soit par ségrégation, soit par fusion de zone : ce type de raffinage repose sur les équilibres thermodynamiques entre l'aluminium et les différentes impuretés qu'il contient initialement. Les impuretés formant un système binaire eutectique avec l'aluminium ont tendance à être séparées de l'aluminium tandis que les impuretés formant un système binaire péritectiques avec l'aluminium ont tendance à se concentrer dans l'aluminium. Une série de fours de ségrégation permettant d'obtenir des puretés allant de 4N à 5N5 est en activité sur le site Praxair à Mercus, avec une production comprise entre 300 et 500 t/an.

- En 2011, la production japonaise d'aluminium raffiné est de 50 000 t.

 

RECYCLAGE, ALUMINIUM DE DEUXIÈME FUSION (ou d'affinage ou secondaire)

Produit à partir de la récupération des déchets d'aluminium ou d'alliages à base d'aluminium. L'aluminium récupéré provient de deux origines :

- les chutes de fabrication, qui donnent un déchet de composition connue, facilement recyclable, et les résidus de production et transformation du métal qui nécessitent des traitements plus complexes de préparation et d'affinage.

- les objets usagers divers (véhicules, démolitions, emballages...) qui nécessitent triage manuel et/ou broyage suivi de tri par liqueur dense ou par flottation, avant affinage. La densité des alliages d'aluminium étant comprise entre 2,6 et 3,0, le choix d'une liqueur de densité légèrement supérieure à 3 permet leur récupération. Dans cette gamme de densité, est utilisée la suspension dans l'eau de particules de ferrosilicium qui présentent l'avantage d'être ferromagnétiques et donc de pouvoir être facilement récupérées.

Pour les déchets ménagers et les mâchefers d'incinération, un triage automatique est mis en œuvre en utilisant un séparateur magnétique à courants de Foucault. Un tambour rotatif (2 600 tours par minute) muni de puissants aimants permanents génère dans les métaux non ferreux à trier, des courants de Foucault qui créent un champ magnétique opposé au champ qui leur a donné naissance. Les objets en aluminium sont repoussés.

L'automobile est la première source de déchets (95 % de l'aluminium utilisé dans ce secteur est recyclé).

Autre source importante, particulièrement aux Etats-Unis, les boîtes-boisson.

- De 1886 à 2010, sur une production totale d'aluminium de 955,8 millions de t, 727,4 millions de t sont encore en utilisation, à 34 % dans les bâtiments, 27 % dans les transports (dont 16 % dans des automobiles), 28 % dans des équipements électriques et mécaniques, 1 % dans des emballages. Ce stock représentant environ 75 % de l'aluminium produit est susceptible d'être recyclé.

L'économie circulaire de l'aluminium en 2015, en millions de t, d'après "Global aluminium flow 2015", IAI.

Les autres utilisations, exclues du stock d'aluminium en usage, concernent principalement l'aluminium employé dans la déoxydation de l'acier et qui peut être considéré comme perdu.

En 2012, l'aluminium recyclé provient à 42 % des transports, 28 % des emballages, 11 % des équipements électriques et mécaniques, 8 % des bâtiments.

- Aux Etats-Unis, en 2015, recyclage de 3,38 millions de t, à 43 % de produits usagés (dont les boîtes-boisson représentent 45 % de la masse totale). Dans ce pays, en 2011, 60,9 milliards de boîtes-boisson ont été recyclés soit 65,1 %, la consommation ayant été de 93,6 milliards de boîtes. En Europe, en 2013, recyclage de 70 % des boîtes boisson en aluminium, avec un taux de 99 % en Allemagne, Belgique et Finlande, de 65 % au Royaume Uni, de 64 % en France.

- En Europe, en 2015, le recyclage a représenté 10,5 millions de t, avec 220 usines.

- En France, l'aluminium recyclable représente 500 000 à 600 000 t/an. 70 % de cet aluminium est effectivement recyclé. Les taux de recyclage sont de : 85 % dans le bâtiment, 80 % dans le transport, 70 % dans les applications mécaniques et électriques, 65 % dans l'équipement ménager. Il couvre, en 2015, 47 % des besoins. L'aluminium recyclé est consommé à 60 % dans le secteur des transports.

- La production d'aluminium recyclé est économique : 95 % de l'énergie nécessaire pour produire l'aluminium est économisée : il ne faut que 650 kWh/t de Al. Le recyclage de 1 t d'aluminium économise :
- 2,44 t de bauxite,

- 1,07 m3 d'eau,
- 26,6 MWh d'énergie,
- 6,9 t de rejets en équivalent CO2.

- On distingue d'une part les usines d'affinage qui produisent, en général à partir de déchets, des alliages de moulage (surtout pour l'automobile : bloc-moteur, carters de boîtes de vitesse) et de l'aluminium destiné à désoxyder les aciers et d'autre part des fonderies qui produisent, en général à partir de chutes de fabrication, des alliages de corroyage sous forme de lingots, billettes et plaques.

- En France, en 2008, 17 affineries et 15 fonderies fonctionnaient avec 300 000 t de capacité totale. La plus importante est exploitée par Regeal Affimet, société du groupe Aurea, à Compiègne (60) qui produit de 60 000 à 70 000 t/an d'alliages d'aluminium.

- La production japonnaise est exclusivement secondaire avec, en 2015, 776 700 t.

 

SITUATION FRANÇAISE : en 2015.

- Productions : 1ère fusion : 415 000 t, 2ème fusion : 472 000 t.

- Importations d'aluminium non allié brut, en 2016: 170 049 t, de Russie à 24 %, du Mozambique à 16 %, des Emirats Arabes Unis à 9 %, d'Islande à 7 %.
- Exportations d'aluminium non allié brut, en 2016 : 60 821 t, vers l'Italie à 38 %, l'Allemagne à 32 %, l'Espagne à 8 %, les Pays Bas à 7 %.

- Producteurs d'aluminium primaire :
Trimet produit de l'aluminium primaire à Saint Jean de Maurienne (73), avec une capacité de production de 145 000 t/an à l'aide de 180 cuves d'électrolyse.
Rio Tinto Alcan exploite l'usine d'aluminium primaire de Dunkerque (59), avec une capacité de production de 270 000 t/an.

 

UTILISATIONS :

Consommations d'aluminium totale, avec l'aluminium recyclé, dans le monde, en 2015 : 79 millions de t, à 45 % en Chine, 18 % dans le reste de l'Asie, 16 % en Europe, 15 % en Amérique du Nord.

En 2015, la consommation chinoise est de 30,6 millions de t (elle était de 5,1 millions de t, en 2003), celle des Etats-Unis, de 5,22 millions de t, celle du Japon, de 4,06 millions de t, de la France, de 1,171 million de t (651 000 t de Al primaire, 520 000 t de Al secondaire).

Secteurs d'utilisation : en %, en 2015.

  Monde
Etats-Unis
France
Transports 26 %
39 %
37 %
Emballages 15 %
20 %
16 %
Équipements électriques et mécaniques 29 %
17 %
14 %
Construction 25 %
14 %
26 %
Source : USGC et IAI

Formes d'utilisation : en milliers de t d'aluminium de première et deuxième fusion.
En Europe, en 2011, sur un total de 13,2 millions de t de demi-produits :

En 2015, dans le monde, sur une consommation totale de 79 millions de t de d'aluminium, les demi-produits laminés ont représenté 24 millions de t. Ils ont été destinés à 41 % à l'emballage, 23 % les transports, 14 % la construction. Les demi-produits extrudés ont représenté 26 millions de t, destinées à 65 % à la construction, 13 % au transport, 12 % aux équipements.

Utilisations diverses :

L'aluminium est concurrencé par les plastiques et les matériaux composites, mais il tend toujours à remplacer l'acier et la fonte dans l'automobile et la construction ainsi que le cuivre dans l'électrotechnique : 1 kg d'aluminium assure les mêmes fonctions électriques que 2 kg de cuivre.

- Boîtes-boisson : consommation mondiale, en 2015, de 320 milliards de boîtes, en fer blanc ou en aluminium, 5,1 milliards, en France.
Le corps de la boîte en aluminium est en alliage de la série 3000 (Al-Mn-Mg), le couvercle, plus épais, en alliage de la série 5000 (Al-Mg). Celui-ci représente 1/4 de la masse de la boîte (le gain de masse du modèle 202 a été obtenu en réduisant le diamètre du couvercle). Actuellement, une boîte de 355 mL pèse 12,97 g, elle pesait 20,38 g en 1973. Le métal entre pour 60 % dans le prix de revient des boîtes en aluminium. La cadence de production peut atteindre 2 000 boîtes par minute.

Aux États-Unis, la consommation a été de 95 milliards de boîtes en 2015 soit 1,2 million de t de Al. 68 % des boîtes sont récupérées après utilisation, représentant 800 000 t d'aluminium, et le métal est recyclé pour produire de nouvelles boîtes. On estime qu'une boîte est recyclée 4 fois par an. En 2013, la consommation dans l'Union européenne de boîtes-boisson a été de 58,8 milliards de boîtes avec un taux de recyclage, de 70 %.

L'aluminium concurrence l'acier (voir le chapitre emballages) pour la fabrication des boîtes-boissons. Aux États-Unis, quasiment toutes les boîtes sont en aluminium. En Europe, de 1980 à 2012, la part de marché de l'aluminium est passé de 24 % à 70 %.

En France la consommation a été de 5,1 milliards de boîtes, en 2014, à 70 % en fer blanc. Une usine de production de boîtes en aluminium, exploitée par Ball Packaging Europe, est située à La Ciotat (13). Constellium, recycle des boîtes-boisson à Neuf-Brisach (68).

- Aéronautique et spatial : dans un Airbus A 340, 66 % des 118 t, est en aluminium, 60 % du poids de la structure d'un Airbus A380 est en aluminium. Les alliages les plus utilisés (à haute résistance mécanique) sont ceux des séries 2000 (Al-Cu) et 7000 (Al-Zn-Mg-Cu). Le réservoir principal d'Ariane V est en aluminium : 23 m de haut, 5 m de diamètre, 2 mm d'épaisseur.

- Automobiles : dans une voiture, en Europe, il y a, en 2012, en moyenne, 140 kg d'aluminium (28 kg en 1973, 50 kg en 1990) sur un poids total moyen de 1 389 kg. Des voitures telles que Range Rover, Jaguar XJ, Audi A8 en contiennent plus de 500 kg.

Dans les véhicules courants, l'aluminium est présent à 50 % dans les boîtes de vitesse (carters), 30 %, dans le châssis et le moteur (culasse, bloc moteur), 15 % dans la carrosserie, les radiateurs. Environ 50 % des blocs moteurs sont en aluminium et en France, la totalité des culasses.

Les alliages utilisées sont surtout des alliages de fonderie (l'automobile représente 75 % des utilisations de ces alliages) du type : AS9U3 ou AS7U3 (7-9 % Si, 3 % Cu). Ces alliages sont, en grande partie, élaborés à partir d'aluminium recyclé. En France, l'aluminium utilisé dans les automobiles est recyclé à 90 %.

On assiste au début de l'utilisation, dans les véhicules courants, de parties de carrosseries en aluminium. Par exemple, Ford produit 1,2 million de capots en aluminium par an. De 1953 à 1957, la Dyna Z de Panhard avait une carrosserie en aluminium.

- Autres utilisations : 

En France, deux désignations de composition chimique en fonction du mode de transformation de l'aluminium :

- Norme NF A 02-004 pour les alliages utilisés en fonderie de moulage.
- Norme NF A 02-104 pour les alliages corroyés (transformés par laminage, filage).

Au niveau international il existe deux normes :

- Celle de l'Aluminum Association : identique à la norme française NF A 02-104.
- ISO/R 209 : qui donne la composition en symbole chimique, par exemple : Al 99,8 (pour 1080), AlMn1Cu (pour 3003).

Norme NF A 02-004 : les éléments sont symbolisés par les lettres suivantes.

Al : A - Cu : U - Fe : F - Mg : G - Mn : M - Ni : N - Si : S - Zn : Z.

- L'aluminium non allié est représenté par A suivi d'un chiffre donnant la pureté : par exemple : A 5 : Al à 99,5 % - A 9 : Al à 99,99 %.

- Exemples de désignation d'un alliage :
A-S4G : 4 % de Si + Mg.
A-S9U3 : 9 % de Si + 3 % de Cu, un des alliages les plus utilisés en fonderie.

- La désignation est suivie de la lettre Y (produits coulés) et de deux nombres : le 1er indique le mode de moulage, le 2ème le traitement thermique.

Norme NF A 02-104 : classement en 8 séries :

1000 : Al non allié 5000 : alliages avec Mg
2000 : alliages avec Cu 6000 : alliages avec Mg et Si
3000 : alliages avec Mn 7000 : alliages avec Zn
4000 : alliages avec Si 8000 : alliages avec d'autres éléments principaux

- Al non allié (série 1000) : les deux derniers chiffres donnent le % en Al au-delà de 99,00 %. Le 2ème chiffre est 0 si les impuretés de Al ne font pas l'objet d'un contrôle individuel.

- Alliages, les deux derniers chiffres n'ont pas de signification particulière et servent seulement à identifier l'alliage. Le 2ème chiffre est réservé aux modifications de la composition de l'alliage. 0 correspond à l'alliage originel. Les chiffres de 1 à 9 correspondent aux modifications successives.

- Les 4 chiffres sont suivis d'une lettre (F, O, H ou T) caractérisant l'état métallurgique et de chiffres précisant cet état. F : brut de fabrication, O : recuit, H : durci par écrouissage, T : durcissement structural.

Série 1000 : Al non allié.

- 1050 : Al > 99,5% : qualité de Al la plus courante.
- 1199 : Al > 99,99%.
- 1370 : utilisé pour les câbles électriques aériens.

Série 2000 : ajout de Cu (4 à 5 %), Mn (0,3 à 1 %), Mg (0,4 à 1,8 %).

- Très bonne résistance mécanique.
- Soudabilité et résistance à la corrosion marine généralement médiocres.
- Utilisés pour les structures portantes et travaillantes : aéronautique, mécanique.

- 2017 :"duralumin", 2014 (avions militaires), 2024, 2124 (très utilisé dans l'aéronautique), 2618 A (utilisé pour Concorde).
- 2219 : alliage soudable très largement utilisé en application spatiale.

Série 3000 : ajout de Mn (1 à 1,5 %), Mg (0,05 à 1,3 %).

- Très bonne aptitude à la mise en forme et résistance à la corrosion.
- Mauvaise coulabilité.
- Utilisés pour les couvertures de bâtiments, corps des boîtes-boisson, ustensiles de cuisine, tuyaux d'irrigation, échangeurs thermiques pour automobiles.

- 3004, 3005, 3003 (Mn + Cu).

Série 4000 : ajout de Si (2 à 13 %), Mg ou Cu.

- Très bonne coulabilité et résistance à la corrosion.

Remarque : les alliages avec ajout de Si, A-S7G, A-S7U3 (alliages "Calypso"), sont très utilisés comme alliages de moulage du fait d'une excellente coulabilité : application pour des pièces aéronautiques, carters automobiles.

Série 5000 : ajout de Mg (0,5 à 5 %).

- Très bonne soudabilité et résistance à la corrosion (marine).
- Utilisés pour la confection de coques de navires, de réservoirs pour usages cryogénique, de panneaux de voitures de métro, d'autobus, de TGV, de couvercles de boîtes-boisson, anodisé en décoration.

Série 6000 : ajout de Mg (0,3 à 1,2 %), Si (0,3 à 1,3 %).

- Très bonne coulabilité, résistance à la corrosion et bonne résistance mécanique et soudabilité.
- Utilisation en structures pour bâtiment, menuiserie, pylônes, ossature de voitures de métro, de TGV.

- 6060, 6106, 6005, 6082, 6009, 6010, 6111.
- 6101 ("Almélec") pour conducteurs électriques d'installations domestiques, après revêtement de 2
micromètres de nickel par électrolyse.

Série 7000 : ajout de Zn (4 à 8,4 %), Mg (1 à 3 %).

- Bonne résistance mécanique et soudabilité.

- 7020 : utilisé comme réservoir de gaz liquéfiés pour fusées.

- Avec ajout de Cu : très bonne résistance mécanique mais mauvaise soudabilité et résistance à la corrosion. Très utilisé pour les structures portantes et travaillantes : c'est l'alliage le plus utilisé en aéronautique.

- 7075 ("Zicral"), 7010, 7049, 7050, 7475, 7175.

Série 8000 :

- Ajout de Fe (0,6 à 1%), Si (0,5 à 0,9 %) : 8011 : pour les feuilles souples d'emballage.
- Ajout de Sn (6 à 20 %) : alliages pour frottement.
- Ajout de Fe (0,6 à 0,9 %), Mg (0,1 à 0,2 %) : 8076 : pour conducteurs électriques.

Nouveaux alliages :

- Al-Li (2 à 3 %) : pour aéronautique, gain de 7,5 à 10 % sur la masse volumique.
- Alliages superplastiques : Al - Cu (6 %) - Zr (0,4 %).
- Alliages à haute résistance mécanique obtenus par métallurgie des poudres : Al-Zn-Mg-Cu-Co, 7090, 7091.

Composites à matrice d'aluminium :

- Fibres à haute résistance et haut module noyées dans Al, en :

- Particules ou trichites de carbure de silicium ou de carbure de bore dispersées dans un alliage d'aluminium. 

 

Données atomiques
Données physiques
ALUMINES Données chimiques
Données thermodynamiques

Les différents types d'alumines sont, en général, élaborés à partir de l'hydrargillite obtenue par le procédé Bayer (voir précédemment). Elles sont utilisées dans de nombreux domaines.

Secteurs d'utilisation, hors matière première pour la fabrication de l'aluminium :

Matériaux réfractaires 25 % Charges de papiers, plastiques 12 %
Traitement de l'eau, papeteries 25 % Fondant (industrie de Al) 12 %
Adsorbant, catalyseur 12 % Abrasif, verres, émaux 12 %

 

Données atomiques
Données physiques
ALUMINES HYDRATEES Données chimiques

 

Hydrargillite : hydroxyde obtenu par le procédé Bayer et qui est à 95 % destiné à l'élaboration de l'aluminium. Utilisations autres que l'élaboration de l'aluminium :

- Retardateur de flamme dans des plastiques et textiles : la décomposition thermique de l'hydroxyde d'aluminium est endothermique et libère de la vapeur d'eau qui dilue les fumées. L'alumine formée, non toxique, adsorbe des produits de la combustion. Toutefois, Al(OH)3 ne peut être utilisé que dans des polymères (par exemple les résines thermodurcissables et le latex) mis en œuvre à des températures ne dépassant pas 200°C. La consommation dans ce domaine est de l'ordre de 250 000 t/an, dans le monde. Elle représente 11 % du marché des retardateurs de flamme aux Etats-Unis.

- Agent polissant dans des dentifrices en concurrence ou association avec le gel de silice, le carbonate de calcium précipité, le phosphate dicalcique.

- Charge et pigment de couchage du papier.

- Produit de départ pour l'élaboration de sels d'aluminium :

Données atomiques
Données physiques
ALUMINES DE TRANSITION Données chimiques

 

Alumines actives ou de transition : ce sont des alumines de grande surface spécifique (300 à 400 m2/g) utilisées pour leurs propriétés d'adsorption.

Elles sont obtenues par chauffage d'hydroxydes d'aluminium selon divers procédés :

- Par déshydratation lente de l'hydrargillite à 250°C.

- Par déshydratation très rapide (quelques secondes) de celle-ci vers 1000°C.

- A partir de gels.

L'alumine obtenue qui possède une surface particulièrement réactive, fixe l'eau atmosphérique. Elle se réhydrate donc, partiellement, lorsqu'elle est en contact avec l'humidité atmosphérique. La formation à sa surface de liaisons OH donne des centres acides et basiques de Lewis. Elle est utilisée, en général, sous forme de billes d'environ 5 mm de diamètre.
Les divers procédés de fabrication donnent des alumines de qualités variées : la dénomination alpha
est réservée à l'alumine calcinée à 1200°C qui ne possède pas de propriétés d'adsorption et ne se réhydrate pas (voir plus loin). Ces alumines sont dénommées : gamma, delta, êta, khi, kappa, rho, thêta. L'alumine dénommée bêta, n'est pas une alumine mais un aluminate de sodium.

- Utilisation comme adsorbant : elles ont une grande affinité pour l'eau et les molécules organiques très polaires. L'adsorption est fortement exothermique. La capacité d'adsorption est de 10 à 15 g d'eau pour 100 g d'alumine. Elles sont régénérées par chauffage vers 200°C.

- Support de catalyseur.

- Catalyseur : grâce aux sites acides et basiques de leur surface. Utilisées dans le procédé Claus et la déshydratation des alcools. Le procédé Claus utilise dans le monde, 10 000 t d'alumines/an pour transformer H2S en soufre (voir le chapitre soufre). Le catalyseur sous forme de billes d'alumine gamma et êta de 300 m2/g a une durée de vie de 1 à 5 ans.

 

Données atomiques
Données physiques
ALUMINE ALPHA

Données chimiques
Données thermodynamiques

 

Alumines calcinées ou alpha : la transformation complète de l'hydrargillite a lieu à 1100-1250°C après environ 1 h de maintien en température. Utilisations :

- Produits réfractaires : sous forme de briques contenant plus de 50 % d'alumine, de ciments aluminocalciques (de 70 à 80 % d'alumine) qui font prise, de fibres de silicates (de 45 à 60 % d'alumine) qui résistent à des températures de 800 à 1250°C et remplacent dans divers domaines les fibres d'amiante, de briques électrofondues en alumine-zircone-silice (50 % d'alumine) utilisées dans les fours des verreries.

- Verres spéciaux : l'alumine, oxyde formateur du verre, augmente sa résistance à la dissolution par l'eau et les acides, sa dureté et sa température de fusion.
En général, l'alumine est apportée sous forme de silicoaluminates naturels. Mais lorsqu'on désire élaborer des verres de haute qualité (non colorés par les oxydes de fer) les minéraux naturels ne conviennent plus. Dans ce cas l'alumine calcinée est employée.
Principales utilisations : le verre optique, le verre pour flacons de pharmacie et ampoules injectables (qui contiennent 4 % de Al2O3), le verre de table (10 % de Al2O3).

- Fabrication d'émaux.

- Utilisation en polissage.

- Alumine frittée : matériau compact élaboré par frittage vers 1550°C (la température de fusion de l'alumine est de 2050°C).
Utilisée comme matériau réfractaire par exemple dans des tubes de fours tubulaires de laboratoire, les nez de fusées et missiles guidés par radar car l'alumine est transparente aux ondes radar. Matériau biocompatible, elle est employée en prothèse comme tête de fémur, fixée, par exemple, à une tige d'alliage de titane elle-même fixée dans la diaphyse du fémur.
Des membranes céramiques en alumine frittée sont utilisées en microfiltration (pores de 1,4 à 0,1
micromètres).
L'alumine frittée transparente élaborée par frittage d'alumine ultra pure (99,99 %), sous dihydrogène, est utilisée dans les tubes des lampes à décharge à vapeur de sodium. La société Baïkowski produit, à Annecy, 80 % de l'alumine ultra pure pour cette application, ainsi que pour le polissage et la production de monocristaux.

Alumines fondues ou corindon : l'alumine naturelle existe sous forme de corindon (alumine alpha) ou d'émeri (mélange de corindon et magnétite) et est utilisée pour ses propriétés abrasives (9 dans l'échelle de Mohs). Les abrasifs actuels à base de corindon font plutôt appel à de l'alumine synthétique fondue.
Celle-ci est obtenue soit par fusion à 2100°C de l'alumine calcinée dans un four électrique à arc qui donne après 12 h de chauffage des blocs de 7 à 10 t de corindon blanc (à 99,5 % de Al2O3), soit à partir de bauxite calcinée fondue et réduite à l'aide de coke. Dans ce dernier cas, le ferrosilicium formé est séparé, par décantation, de l'alumine qui est sous forme de corindon brun (97 % de Al2O3, 2 % de TiO2).
Le corindon est ensuite broyé et utilisé comme abrasif libre, sur support souple (papier) ou aggloméré dans des meules. Il est également utilisé comme matériau réfractaire, dans l'industrie des céramiques émaillées (pour le corindon blanc).

Production : les capacités mondiales de production sont, en 2015, de 1,29 million de t/an. En milliers de t de capacité annuelle :

Chine 800 Brésil 50
Allemagne 80 France 40
Etats-Unis et Canada 60,4 Inde 40
Autriche 60 Japon 25
Australie 50 -  
Source : USGS

En 2011, la production chinoise est de 695 000 t.

La production des Etats-Unis et du Canada est, en 2015, de 10 000 t, les importations de 157 000 t, à 83 % de Chine. Saint-Gobain possède une usine de production aux Etats-Unis, à Huntsville, dans l'Alabama.

Situation française : production, par Alteo, de corindon blanc à La Bâthie (73), avec une capacité de production de 30 000 t/an et de corindon brun à Beyrède (65), avec une capacité de production de 30 000 t/an. En octobre 2016, cette acticité a été vendue au groupe Imerys.

Consommation : en 2015, la consommation des Etats-Unis est de 141 000 t.

 

Monocristaux d'alumine (saphirs et rubis) :

Le rubis (rouge) est du corindon dans lequel les ions Al3+ sont partiellement substitués par des ions Cr3+ (0,1 à 2 %). La couleur rouge est due à l'effet du champ cristallin, Cr3+, plus gros que Al3+, déforme le site octaédrique.
Le saphir (bleu) est du corindon dans lequel les ions Al3+ sont partiellement substitués par des ions Fe2+ et Ti4+. Un apport d'énergie faible, environ 2 eV, suffit pour provoquer un transfert de charge avec formation de Fe3+ et Ti3+. Le spectre d'absorption s'élargit (du jaune à l'infrarouge).
Ces monocristaux sont principalement fabriqués à l'aide du chalumeau de Verneuil. Un mélange de poudre (< 50
micromètres) de Al2O3 et Cr2O3 (pour un rubis) tombe à travers un chalumeau oxhydrique (chauffé par combustion de H2 avec O2). La poudre fond et cristallise à la surface d'un cristal placé dans l'orientation souhaitée. Lors de l'élaboration, le cristal est soumis à un mouvement de rotation et est abaissé de façon continue (1 cm/h) afin de maintenir constante la distance surface du cristal - chalumeau. Ces cristaux sont également fabriqués par fusion de zone à l'aide de la technique de la zone flottante. La production est de 400 à 500 t/an dans le monde. Ils sont utilisés en joaillerie et industriellement comme fenêtre en milieu corrosif, à haute température, en optique infrarouge, UV et laser, comme substrat électronique.

 

Bibliographie :

- International Aluminium Institute (IAI), 10 Charles II Street, SW1Y 4AA, Londres, Royaume Uni.

- European Aluminium Association (EAA), Av de Broqueville 12, B-1150 Bruxelles.

- Association Française de l'Aluminium.

- The Aluminum Association, 1400 Crystal Drive, Suite 430, Arlington, 22202 Virginie, Etats-Unis.

- Japan Aluminium Association, Tsukamoto Sozan Building, 2-15 Ginza 4-Chome, Chuo-ku, Tokyo, 104-0061, Japon.

- "Bauxite residue management : best practice", IAI et EAA, juillet 2015.

- B. Castel, Les alumines et leurs applications, Aluminium Pechiney - Techno Nathan, 1990.

- Pour la Science, n°205, novembre 1994.

- J.-L. Vignes, T. di Costanzo, S. Bouquet, D. Ferton, "Une vie d'aluminium", Bulletin de l'Union des Physiciens, n°790-91, janvier-février 1997.

 

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