Sciences · Éléments chimiques
Aluminium
L’aluminium (Al, numéro atomique 13) est un métal léger, inoxydable et bon conducteur, le plus abondant de la croûte terrestre. Plus cher que l’or au XIXᵉ siècle, il est devenu le deuxième métal le plus utilisé après le fer.
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L'aluminium est partout : canettes, avions, fenêtres, câbles électriques, papier d’emballage. Il est pourtant entré tardivement dans l’histoire, car on ne savait pas l’extraire de ses minerais. Sa production de masse n’a été possible qu’à la fin du XIXᵉ siècle, grâce à l’électricité.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Al |
| Numéro atomique | 13 |
| Masse atomique | 26,982 u |
| Famille | Métal pauvre (groupe 13, période 3) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 660,3 °C |
| Ébullition | environ 2 500 °C |
| Découverte | isolé en 1825 par Hans Christian Ørsted, puis en 1827 par Friedrich Wöhler |
| Abondance | environ 8 % de la croûte terrestre (3ᵉ élément, 1er métal) |
Propriétés
L’aluminium est trois fois plus léger que l’acier (2,70 g/cm³). Pur, il est mou et très malléable : on le lamine en feuilles de quelques micromètres. Allié à du cuivre, du magnésium, du silicium ou du zinc, il devient aussi résistant que certains aciers.
C’est un très bon conducteur de la chaleur et de l’électricité (environ 60 % de la conductivité du cuivre, pour un tiers de sa masse). Il réfléchit la lumière et la chaleur.
Il s’oxyde instantanément à l’air, mais la couche d’alumine formée, très fine et étanche, protège le métal de toute corrosion supplémentaire (voir oxydoréduction). On peut l’épaissir volontairement par anodisation.
Isotopes
L’aluminium naturel ne contient qu’un isotope stable, l'aluminium 27. L’aluminium 26, radioactif (période d’environ 717 000 ans), était abondant dans le système solaire primitif : sa désintégration a chauffé et fait fondre l’intérieur des premiers astéroïdes.
Où le trouve-t-on ?
L’aluminium n’existe pas à l’état natif. Il entre dans la composition de la plupart des roches : feldspaths, micas, argiles (voir roches et minéraux). Le seul minerai exploité est la bauxite, roche riche en hydroxydes d’aluminium formée par l’altération des sols sous climat tropical. Le corindon, oxyde d’aluminium cristallisé, donne le rubis et le saphir.
Production
- Procédé Bayer (1887) : la bauxite est dissoute dans la soude chaude, puis on fait précipiter l’alumine pure (Al₂O₃). Il faut environ 4 à 5 t de bauxite pour 2 t d’alumine et 1 t d’aluminium. Le résidu, les « boues rouges », pose un problème de stockage.
- Procédé Hall-Héroult (1886) : l’alumine, dissoute dans de la cryolite fondue vers 950 °C, est décomposée par électrolyse. Le métal se dépose au fond de la cuve ; les anodes de carbone se consument en CO₂.
Il faut environ 13 à 15 MWh d’électricité par tonne d’aluminium primaire : les usines s’installent près de sources d’électricité bon marché. La Chine produit plus de la moitié de l’aluminium mondial. L'Australie, la Guinée et le Brésil sont les grands producteurs de bauxite.
Usages
| Secteur | Exemples |
|---|---|
| Transport | avions (fuselages en alliages), carrosseries, jantes, trains, bateaux |
| Bâtiment | menuiseries, façades, toitures |
| Emballage | canettes, barquettes, papier aluminium, opercules |
| Électricité | lignes à haute tension, câbles |
| Biens d’équipement | ordinateurs, ustensiles de cuisine, échelles |
| Chimie | sulfate d’aluminium pour le traitement de l’eau, alumine abrasive et réfractaire |
Rôle biologique et toxicité
L’aluminium n’a aucun rôle biologique connu. Il est peu absorbé par le tube digestif et éliminé par les reins. À forte exposition chronique, notamment chez les insuffisants rénaux dialysés autrefois, il s’accumule et devient toxique pour les os et le système nerveux. Des sels d’aluminium servent d’adjuvants dans certains vaccins et d’antitranspirants ; les autorités sanitaires jugent ces usages sûrs aux doses employées, et aucun lien de causalité avec la maladie d’Alzheimer ou le cancer du sein n’a été établi.
Histoire du nom
Le nom vient de l'alun (latin alumen), sel d’aluminium utilisé depuis l’Antiquité pour fixer les teintures. Humphry Davy propose alumium puis aluminum, finalement adopté aux États-Unis, tandis que le reste du monde retient aluminium. En 1854, le Français Henri Sainte-Claire Deville met au point le premier procédé industriel ; Napoléon III, fasciné, se fait faire des couverts en aluminium, plus précieux que ceux en or. En 1886, l’Américain Charles Martin Hall et le Français Paul Héroult inventent chacun de leur côté l’électrolyse, qui fait chuter les prix. La bauxite tire son nom des Baux-de-Provence, où le géologue Pierre Berthier l’a décrite en 1821.
Questions fréquentes
Pourquoi l’aluminium ne rouille-t-il pas ?
Il s’oxyde, mais la couche d’alumine formée est imperméable et adhérente : elle stoppe la réaction, contrairement à la rouille du fer, poreuse et friable.
Faut-il éviter de cuisiner dans l’aluminium ?
Les ustensiles libèrent un peu d’aluminium au contact d’aliments très acides ou salés. Les quantités restent faibles ; il est toutefois conseillé de ne pas y conserver longtemps ces aliments.
Pourquoi l’aluminium était-il plus cher que l’or ?
Avant l’électrolyse, on l’obtenait par réduction chimique au sodium, procédé coûteux qui ne produisait que de petites quantités.