Histoire de l'aluminium - History of aluminium
L'aluminium (ou l'aluminium) métal est très rare sous forme native , et le processus de raffinage à partir de minerais est complexe, donc pendant la majeure partie de l'histoire humaine, il était inconnu. Cependant, l' alun composé est connu depuis le 5ème siècle avant notre ère et a été largement utilisé par les anciens pour la teinture. Au Moyen Âge , son utilisation pour la teinture en fait une denrée du commerce international. Les scientifiques de la Renaissance croyaient que l'alun était un sel d'une nouvelle terre ; au siècle des Lumières , il fut établi que cette terre, l' alumine , était un oxyde d'un nouveau métal. La découverte de ce métal a été annoncée en 1825 par le physicien danois Hans Christian Ørsted , dont les travaux ont été prolongés par le chimiste allemand Friedrich Wöhler .
L'aluminium était difficile à raffiner et donc rare dans l'utilisation réelle. Peu de temps après sa découverte, le prix de l'aluminium dépassait celui de l'or. Il n'a été réduit qu'après le lancement de la première production industrielle par le chimiste français Henri Étienne Sainte-Claire Deville en 1856. En 1878, James Fern Webster produisait 100 livres d'aluminium pur chaque semaine dans son usine de Solihull Lodge dans le Warwickshire. Il a utilisé un procédé chimique. En 1884, il a créé un titre commercial, Webster's Patent Aluminium Crown Metal Company Ltd. L'aluminium est devenu beaucoup plus accessible au public avec le procédé Hall-Héroult développé indépendamment par l'ingénieur français Paul Héroult et l'ingénieur américain Charles Martin Hall en 1886, et le Bayer procédé développé par le chimiste autrichien Carl Joseph Bayer en 1889. Ces procédés ont été utilisés jusqu'à présent pour la production d'aluminium.
L'introduction de ces méthodes pour la production de masse d'aluminium a conduit à une utilisation intensive du métal léger et résistant à la corrosion dans l'industrie et la vie quotidienne. L'aluminium a commencé à être utilisé dans l'ingénierie et la construction. Dans les guerres mondiales I et II , l' aluminium était une ressource stratégique cruciale pour l' aviation . La production mondiale de métal est passée de 6 800 tonnes métriques en 1900 à 2 810 000 tonnes métriques en 1954, lorsque l'aluminium est devenu le métal non ferreux le plus produit , dépassant le cuivre .
Dans la seconde moitié du 20e siècle, l'aluminium a gagné en utilisation dans le transport et l'emballage. La production d'aluminium est devenue une source de préoccupation en raison de ses effets sur l'environnement et le recyclage de l'aluminium a gagné du terrain. Le métal est devenu une marchandise d'échange dans les années 1970. La production a commencé à se déplacer des pays développés vers les pays en développement ; en 2010, la Chine avait accumulé une part particulièrement importante à la fois de la production et de la consommation d'aluminium. La production mondiale a continué d'augmenter, atteignant 58 500 000 tonnes métriques en 2015. La production d'aluminium dépasse celle de tous les autres métaux non ferreux réunis.
Histoire ancienne
Aujourd'hui, je vous apporte la victoire sur le Turc. Chaque année, ils arrachent aux chrétiens plus de trois cent mille ducats pour l'alun avec lequel nous teignons la laine. Car cela ne se trouve chez les Latins qu'en très petite quantité. [...] Mais j'ai trouvé sept montagnes si riches de cette matière qu'elles pourraient alimenter sept mondes. Si vous donnez l'ordre d'engager des ouvriers, de construire des fours et de fondre le minerai, vous fournirez de l'alun à toute l'Europe et le Turc perdra tous ses profits. Au lieu de cela, ils vous reviendront ...
— Giovanni da Castro à son parrain le pape Pie II en 1461, après avoir découvert une riche source d'alun à Tolfa près de Rome
L'histoire de l'aluminium a été façonnée par l'utilisation de son alun composé . La première trace écrite de l'alun remonte au 5ème siècle avant notre ère par l' historien grec Hérodote . Les anciens l'utilisaient comme mordant de teinture , en médecine, dans la mouture chimique et comme revêtement ignifuge pour le bois afin de protéger les forteresses des incendies criminels ennemis. L'aluminium métal était inconnu. L'écrivain romain Pétrone a mentionné dans son roman Satyricon qu'un verre inhabituel avait été présenté à l'empereur : après avoir été jeté sur le trottoir, il ne s'est pas cassé mais s'est seulement déformé. Il a été remis à son ancienne forme à l'aide d'un marteau. Après avoir appris de l'inventeur que personne d'autre ne savait comment produire ce matériau, l'empereur fit exécuter l'inventeur afin qu'il ne diminue pas le prix de l'or. Des variations de cette histoire ont été mentionnées brièvement dans l'histoire naturelle par l'historien romain Pline l'Ancien (qui a noté que l'histoire avait « été actuelle par la répétition fréquente plutôt qu'authentique ») et l'histoire romaine par l'historien romain Cassius Dio . Certaines sources suggèrent que ce verre pourrait être en aluminium. Il est possible que des alliages contenant de l'aluminium aient été produits en Chine sous le règne de la première dynastie Jin (266-420).
Après les croisades , l'alun était une marchandise du commerce international ; il était indispensable dans l'industrie textile européenne. De petites mines d'alun étaient exploitées en Europe catholique, mais la plupart de l'alun provenait du Moyen-Orient. L'alun a continué à être commercialisé à travers la mer Méditerranée jusqu'au milieu du XVe siècle, lorsque les Ottomans ont considérablement augmenté les taxes à l'exportation. En quelques années, l'alun fut découvert en grande abondance en Italie. Le pape Pie II a interdit toutes les importations en provenance de l'est, utilisant les bénéfices du commerce de l'alun pour déclencher une guerre avec les Ottomans. Cet alun nouvellement trouvé a longtemps joué un rôle important dans la pharmacie européenne , mais les prix élevés fixés par le gouvernement papal ont finalement poussé d'autres États à démarrer leur propre production ; l'exploitation minière à grande échelle de l'alun est arrivée dans d'autres régions d'Europe au XVIe siècle.
Établir la nature de l'alun
Je pense qu'il n'est pas trop hasardeux de prédire qu'un jour viendra où la nature métallique de la base d'alun sera incontestablement prouvée.
— Le chimiste français Théodore Baron d'Hénouville en 1760 à l' Académie des sciences de Paris
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Au début de la Renaissance , la nature de l'alun reste inconnue. Vers 1530, le médecin suisse Paracelse a reconnu l'alun comme étant distinct du vitriole (sulfates) et a suggéré qu'il s'agissait d'un sel de terre . En 1595, le médecin et chimiste allemand Andreas Libavius démontra que l'alun et le vitriole vert et bleu étaient formés par le même acide mais des terres différentes ; pour la terre inconnue qui a formé l'alun, il a proposé le nom « alumine ». Le chimiste allemand Georg Ernst Stahl a déclaré que la base inconnue de l'alun était apparentée à la chaux ou à la craie en 1702; ce point de vue erroné a été partagé par de nombreux scientifiques pendant un demi-siècle. En 1722, le chimiste allemand Friedrich Hoffmann a suggéré que la base de l'alun était une terre distincte. En 1728, le chimiste français Étienne Geoffroy Saint-Hilaire affirma que l'alun était formé d'une terre inconnue et d'acide sulfurique ; il croyait à tort que la combustion de la terre donnait de la silice. (L'erreur de Geoffroy n'a été corrigée qu'en 1785 par le chimiste et pharmacien allemand Johann Christian Wiegleb . Il a déterminé que la terre d'alun ne pouvait pas être synthétisée à partir de silice et d'alcalis, contrairement à la croyance contemporaine.) Le chimiste français Jean Gello a prouvé la terre en argile et la terre résultant de la réaction d'un alcali sur l'alun étaient identiques en 1739. Le chimiste allemand Johann Heinrich Pott a montré que le précipité obtenu en versant un alcali dans une solution d'alun était différent de la chaux et de la craie en 1746.
Le chimiste allemand Andreas Sigismund Marggraf a synthétisé la terre d'alun en faisant bouillir de l'argile dans de l'acide sulfurique et en ajoutant de la potasse en 1754. Il s'est rendu compte que l'ajout de soude, de potasse ou d'un alcali à une solution de la nouvelle terre dans de l'acide sulfurique donnait de l'alun. Il a décrit la terre comme alcaline, car il avait découvert qu'elle se dissout dans les acides lorsqu'elle est séchée. Marggraf a également décrit les sels de cette terre : chlorure , nitrate et acétate . En 1758, le chimiste français Pierre Macquer a écrit que l'alumine ressemblait à une terre métallique. En 1760, le chimiste français Théodore Baron d'Hénouville exprime sa conviction que l'alumine est une terre métallique.
En 1767, le chimiste suédois Torbern Bergman a synthétisé l'alun en faisant bouillir de l' alunite dans de l'acide sulfurique et en ajoutant de la potasse à la solution. Il a également synthétisé l'alun en tant que produit de réaction entre des sulfates de potassium et de la terre d'alun, démontrant que l'alun était un sel double. Le chimiste pharmaceutique allemand Carl Wilhelm Scheele a démontré que l'alun et la silice provenaient de l'argile et de l'alun ne contenaient pas de silicium en 1776. Écrivant en 1782, le chimiste français Antoine Lavoisier considérait l'alumine comme un oxyde d'un métal ayant une affinité pour l'oxygène si forte qu'aucun réducteur connu les agents pourraient le surmonter.
Le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius a suggéré la formule AlO 3 pour l'alumine en 1815. La formule correcte, Al 2 O 3 , a été établie par le chimiste allemand Eilhard Mitscherlich en 1821 ; cela a aidé Berzelius à déterminer le poids atomique correct du métal, 27.
Isolation du métal
Cet amalgame se sépare rapidement à l'air, et par distillation, dans une atmosphère inerte, donne un morceau de métal dont la couleur et l'éclat ressemblent un peu à l'étain.
— Le physicien danois Hans Christian Ørsted en 1825, décrivant l'isolement de l'aluminium à l' Académie royale danoise des sciences et des lettres
En 1760, le baron de Hénouville tente en vain de réduire l'alumine en son métal. Il a affirmé qu'il avait essayé toutes les méthodes de réduction connues à l'époque, bien que ses méthodes n'aient pas été publiées. Il est probable qu'il a mélangé de l'alun avec du carbone ou une substance organique, avec du sel ou de la soude comme fondant, et l'a chauffé dans un feu de charbon de bois. Les chimistes autrichiens Anton Leopold Ruprecht et Matteo Tondi ont répété les expériences de Baron en 1790, augmentant considérablement les températures. Ils ont trouvé de petites particules métalliques qu'ils croyaient être le métal recherché; mais des expériences ultérieures par d'autres chimistes ont montré qu'il s'agissait de phosphure de fer provenant d'impuretés dans le charbon de bois et les cendres d'os. Le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth a commenté dans la foulée, « s'il existe une terre qui a été mise dans des conditions où sa nature métallique devrait être révélée, si elle en avait une, une terre exposée à des expériences propres à la réduire, testée dans les feux les plus chauds par toutes sortes de méthodes, à grande comme à petite échelle, cette terre est certainement de l'alumine, pourtant personne n'a encore perçu sa métallisation." Lavoisier en 1794 et le chimiste français Louis-Bernard Guyton de Morveau en 1795 ont fondu de l'alumine en un émail blanc dans un feu de charbon alimenté par de l'oxygène pur mais n'ont trouvé aucun métal. Le chimiste américain Robert Hare a fait fondre de l'alumine avec un chalumeau oxhydrique en 1802, obtenant également l'émail, mais n'a toujours pas trouvé de métal.
En 1807, le chimiste britannique Humphry Davy a électrolysé avec succès l' alumine avec des piles alcalines, mais l'alliage résultant contenait du potassium et du sodium , et Davy n'avait aucun moyen de séparer le métal souhaité de ceux-ci. Il a ensuite chauffé l'alumine avec du potassium, formant de l'oxyde de potassium mais n'a pas pu produire le métal recherché. En 1808, Davy mit sur pied une autre expérience sur l'électrolyse de l'alumine, établissant que l'alumine se décomposait dans l'arc électrique mais formait un métal allié au fer ; il était incapable de séparer les deux. Enfin, il tenta une autre expérience d'électrolyse, cherchant à collecter le métal sur du fer, mais fut à nouveau incapable d'en séparer le métal convoité. Davy a suggéré que le métal soit nommé aluminium en 1808 et aluminium en 1812, produisant ainsi le nom moderne. D'autres scientifiques ont utilisé l'orthographe aluminium ; l'ancienne orthographe a retrouvé l'usage aux États-Unis dans les décennies suivantes.
Le chimiste américain Benjamin Silliman a répété l'expérience de Hare en 1813 et a obtenu de petits granules du métal recherché, qui ont presque immédiatement brûlé.
En 1824, le physicien danois Hans Christian Ørsted a tenté de produire le métal. Il a fait réagir du chlorure d' aluminium anhydre avec de l' amalgame de potassium , produisant un morceau de métal qui ressemblait à de l'étain. Il a présenté ses résultats et a démontré un échantillon du nouveau métal en 1825. En 1826, il a écrit, « l'aluminium a un lustre métallique et une couleur quelque peu grisâtre et décompose l'eau très lentement » ; cela suggère qu'il avait obtenu un alliage aluminium-potassium, plutôt que de l'aluminium pur. Ørsted accorda peu d'importance à sa découverte. Il n'a informé ni Davy ni Berzelius, qu'il connaissait tous les deux, et a publié son travail dans un magazine danois inconnu du public européen. En conséquence, il n'est souvent pas crédité comme le découvreur de l'élément ; certaines sources antérieures ont affirmé qu'Ørsted n'avait pas isolé d'aluminium.
Berzelius a essayé d'isoler le métal en 1825 en lavant soigneusement l'analogue de potassium du sel de base dans la cryolite dans un creuset. Avant l'expérience, il avait correctement identifié la formule de ce sel comme étant K 3 AlF 6 . Il n'a trouvé aucun métal, mais son expérience a failli réussir et a été reproduite avec succès plusieurs fois plus tard. L'erreur de Berzelius a été d'utiliser un excès de potassium, ce qui a rendu la solution trop alcaline et a dissous tout l'aluminium nouvellement formé.
Le chimiste allemand Friedrich Wöhler a visité Ørsted en 1827 et a reçu l'autorisation explicite de poursuivre les recherches sur l'aluminium, pour lesquelles Ørsted "n'avait pas le temps". Wöhler a répété les expériences d'Ørsted mais n'a identifié aucun aluminium. (Wöhler écrivit plus tard à Berzelius, « ce qu'Oersted supposait être un morceau d'aluminium n'était certainement rien d'autre que du potassium contenant de l'aluminium ».) Il mena une expérience similaire, mélangeant du chlorure d'aluminium anhydre avec du potassium, et produisit une poudre d'aluminium. Après avoir entendu cela, Ørsted a suggéré que son propre aluminium pouvait contenir du potassium. Wöhler a poursuivi ses recherches et, en 1845, a pu produire de petits morceaux de métal et a décrit certaines de ses propriétés physiques. La description de Wöhler des propriétés indique qu'il a obtenu de l'aluminium impur. D'autres scientifiques n'ont pas non plus réussi à reproduire l'expérience d'Ørsted, et Wöhler a été crédité comme le découvreur pendant de nombreuses années. Alors qu'Ørsted n'était pas concerné par la priorité de la découverte, certains Danois ont essayé de démontrer qu'il avait obtenu de l'aluminium. En 1921, la raison de l'incohérence entre les expériences d'Ørsted et de Wöhler a été découverte par le chimiste danois Johan Fogh, qui a démontré que l'expérience d'Ørsted était réussie grâce à l'utilisation d'une grande quantité de chlorure d'aluminium en excès et d'un amalgame à faible teneur en potassium. En 1936, des scientifiques de la société américaine de production d'aluminium Alcoa ont réussi à recréer cette expérience. Cependant, de nombreuses sources ultérieures attribuent encore à Wöhler la découverte de l'aluminium, ainsi que son isolement réussi sous une forme relativement pure.
Début de la production industrielle
Ma première pensée fut d'avoir mis la main sur ce métal intermédiaire qui trouverait sa place dans les usages et les besoins de l'homme quand on trouverait le moyen de le sortir du laboratoire des chimistes et de le mettre dans l'industrie.
— Préface de l' aluminium, ses propriétés, sa fabrication et ses applications , livre écrit par le chimiste français Henri Étienne Sainte-Claire Deville en 1859
Comme la méthode de Wöhler ne pouvait pas produire de grandes quantités d'aluminium, le métal restait rare ; son coût avait dépassé celui de l'or avant qu'une nouvelle méthode ne soit mise au point. Les prix ont suivi : en 1852, l'aluminium était vendu à 34 $ US l'once. En comparaison, le prix de l'or à l'époque était de 19 $ l'once.
Le chimiste français Henri Étienne Sainte-Claire Deville a annoncé une méthode industrielle de production d'aluminium en 1854 à l' Académie des sciences de Paris . Le chlorure d'aluminium pourrait être réduit par le sodium, un métal plus pratique et moins cher que le potassium utilisé par Wöhler. Deville a pu produire un lingot de métal. Napoléon III de France a promis à Deville une subvention illimitée pour la recherche sur l'aluminium ; au total, Deville a utilisé 36 000 francs français, soit 20 fois le revenu annuel d'une famille ordinaire. L'intérêt de Napoléon pour l'aluminium résidait dans son utilisation militaire potentielle : il souhaitait que les armes, casques, armures et autres équipements de l'armée française soient fabriqués à partir de ce nouveau métal léger et brillant. Alors que le métal n'était toujours pas exposé au public, Napoléon est réputé avoir organisé un banquet où les invités les plus honorés recevaient des ustensiles en aluminium tandis que d'autres se contentaient d'or.
Douze petits lingots d' aluminium furent ensuite exposés pour la première fois au public à l' Exposition Universelle de 1855 . Le métal a été présenté comme "l'argent de l'argile" (l'aluminium est très similaire à l'argent visuellement), et ce nom a rapidement été largement utilisé. Il a attiré une large attention; il a été suggéré que l'aluminium soit utilisé dans les arts, la musique, la médecine, la cuisine et la vaisselle. Le métal a été remarqué par les écrivains d'avant-garde de l'époque - Charles Dickens , Nikolay Chernyshevsky et Jules Verne - qui envisageaient son utilisation dans le futur. Cependant, toute l'attention n'était pas favorable. Les journaux ont écrit : « L'exposition parisienne a mis fin au conte de fées de l'argent de l'argile », affirmant qu'une grande partie de ce qui avait été dit sur le métal était exagéré sinon faux et que la quantité de métal présentée - environ un kilogramme - contrastait avec ce qui avait été prévu et n'était "pas beaucoup pour une découverte qui aurait bouleversé le monde". Dans l'ensemble, la foire a conduit à la commercialisation éventuelle du métal. Cette année-là, l'aluminium a été mis sur le marché au prix de 300 F le kilogramme. Lors de la prochaine foire à Paris en 1867 , les visiteurs ont été présentés avec du fil et une feuille d'aluminium ainsi qu'un nouvel alliage - bronze d'aluminium , remarquable pour son faible coût de production, sa haute résistance à la corrosion et ses propriétés mécaniques souhaitables.
Les fabricants ne souhaitaient pas détourner les ressources de la production de métaux bien connus (et commercialisables), tels que le fer et le bronze , pour en expérimenter un nouveau ; de plus, l'aluminium produit n'était pas encore d'une grande pureté et différait en propriétés selon l'échantillon. Cela a conduit à une réticence générale initiale à produire le nouveau métal. Deville et ses partenaires ont établi la première production industrielle d'aluminium au monde dans une fonderie à Rouen en 1856. La fonderie de Deville a déménagé cette année-là à La Glacière puis à Nanterre , et en 1857 à Salindres . Pour l'usine de Nanterre, une production de 2 kilogrammes d'aluminium par jour a été enregistrée ; avec une pureté de 98%. À l'origine, la production a commencé par la synthèse d'alumine pure, obtenue à partir de la calcination de l'alun d'ammonium. En 1858, Deville a été introduit à la bauxite et s'est rapidement développé dans ce qui est devenu connu sous le nom de procédé Deville , utilisant le minéral comme source pour la production d'alumine. En 1860, Deville vend ses intérêts d'aluminium à Henri Merle , fondateur de la Compagnie d'Alais et de la Camargue ; cette société a dominé le marché de l'aluminium en France des décennies plus tard.
Certains chimistes, dont Deville, ont cherché à utiliser la cryolite comme minerai source, mais avec peu de succès. L'ingénieur britannique William Gerhard a installé une usine avec de la cryolite comme matière première principale à Battersea, Londres, en 1856, mais des difficultés techniques et financières ont forcé la fermeture de l'usine en trois ans. Le maître de forge britannique Isaac Lowthian Bell a produit de l'aluminium de 1860 à 1874. Lors de l'ouverture de son usine, il a salué la foule avec un chapeau haut de forme unique et coûteux en aluminium . Aucune statistique sur cette production ne peut être récupérée, mais elle "ne peut pas être très élevée". La production de Deville est passée à 1 tonne métrique par an en 1860; 1,7 tonne métrique en 1867 ; et 1,8 tonne métrique en 1872. À l'époque, la demande d'aluminium était faible : par exemple, les ventes d'aluminium de Deville par ses agents britanniques s'élevaient à 15 kilogrammes en 1872. L'aluminium à l'époque était souvent comparé à l'argent ; comme l'argent, il s'est avéré adapté à la fabrication de bijoux et d' objets d'art . Le prix de l'aluminium a diminué régulièrement à 240 F en 1859; 200 F en 1862 ; 120 F en 1867.
D'autres sites de production ont commencé à apparaître dans les années 1880. L'ingénieur britannique James Fern Webster a lancé la production industrielle d'aluminium par réduction au sodium en 1882 ; son aluminium était beaucoup plus pur que celui de Deville (il contenait 0,8% d'impuretés alors que celui de Deville en contenait généralement 2%). La production mondiale d'aluminium en 1884 s'élevait à 3,6 tonnes métriques. En 1884, l'architecte américain William Frishmuth a combiné la production de sodium, d'alumine et d'aluminium en un seul processus technologique ; cela contraste avec le besoin antérieur de collecter le sodium, qui brûle dans l'eau et parfois dans l'air ; son coût de production d'aluminium était d'environ 16 $ la livre (comparé au coût de l'argent de 19 $ la livre, ou au prix français, l'équivalent de 12 $ la livre). En 1885, Aluminium- und Magnesiumfabrik a commencé la production à Hemelingen . Ses chiffres de production dépassaient fortement ceux de l'usine de Salindres mais l'usine arrêta la production en 1888. En 1886, l'ingénieur américain Hamilton Castner imagina une méthode de production moins chère de sodium, qui diminua le coût de production de l'aluminium à 8 $ la livre, mais il ne pas assez de capital pour construire une grande usine comme celle de Deville. En 1887, il construit une usine à Oldbury ; Webster a construit une usine à proximité et a acheté le sodium de Castner pour l'utiliser dans sa propre production d'aluminium. En 1889, le métallurgiste allemand Curt Netto a lancé une méthode de réduction de la cryolite avec du sodium qui a produit de l'aluminium contenant 0,5 à 1,0 % d'impuretés.
Production et commercialisation électrolytiques
Je vais pour ce métal.
— Soi - disant, l'étudiant américain Charles Martin Hall en 1880, après avoir entendu de son professeur de chimie qu'une production industrielle d'aluminium serait un grand bien pour l'humanité et une source de richesse pour le découvreur
L'aluminium a été produit pour la première fois indépendamment par électrolyse en 1854 par le chimiste allemand Robert Wilhelm Bunsen et Deville. Leurs méthodes ne sont pas devenues la base de la production industrielle d'aluminium parce que les fournitures électriques étaient inefficaces à l'époque. Cela n'a changé qu'avec l' invention de la dynamo par l'ingénieur belge Zénobe-Théophile Gramme en 1870, qui a rendu possible la création de grandes quantités d'électricité. L'invention du courant triphasé par l'ingénieur russe Mikhaïl Dolivo-Dobrovolsky en 1889 a rendu possible la transmission de cette électricité sur de longues distances. Peu de temps après sa découverte, Bunsen est passé à d'autres domaines d'intérêt tandis que le travail de Deville a été remarqué par Napoléon III ; c'était la raison pour laquelle la recherche de Deville financée par Napoléon sur la production d'aluminium avait été lancée. Deville s'est rapidement rendu compte que la production électrolytique n'était pas pratique à l'époque et est passé aux méthodes chimiques, présentant des résultats plus tard dans l'année.
La production électrolytique de masse restait difficile car les bains électrolytiques ne pouvaient pas supporter un contact prolongé avec les sels fondus, succombant à la corrosion. La première tentative pour surmonter cela pour la production d'aluminium a été faite par l'ingénieur américain Charles Bradley en 1883. Bradley a chauffé les sels d'aluminium à l'intérieur : la température la plus élevée était à l'intérieur du bain et la plus basse était sur ses parois, où les sels se solidifiaient et protégeaient le bain. Bradley a ensuite vendu sa demande de brevet aux frères Alfred et Eugene Cowles, qui l'ont utilisé dans une fonderie à Lockport et plus tard à Stoke-upon-Trent, mais la méthode a été modifiée pour produire des alliages plutôt que de l'aluminium pur. Bradley a déposé une demande de brevet en 1883; en raison de ses formulations larges, il a été rejeté comme composé de l'art antérieur . Après une pause nécessaire de deux ans, il a réappliqué. Ce processus a duré six ans alors que l'office des brevets se demandait si les idées de Bradley étaient originales. Lorsque Bradley a obtenu un brevet, la production d'aluminium électrolytique était déjà en place depuis plusieurs années.
La première méthode de production à grande échelle a été développée indépendamment par l'ingénieur français Paul Héroult et l'ingénieur américain Charles Martin Hall en 1886 ; il est maintenant connu sous le nom de procédé Hall-Héroult . L'électrolyse de l'alumine pure est peu pratique compte tenu de son point de fusion très élevé ; Héroult et Hall ont tous deux réalisé qu'il pouvait être abaissé de manière significative par la présence de cryolite fondue. Héroult a obtenu un brevet en France en avril puis dans plusieurs autres pays européens ; il a également déposé une demande de brevet américain en mai. Après avoir obtenu un brevet, Héroult n'a pas pu trouver d'intérêt dans son invention. Lorsqu'il a demandé conseil à des professionnels, on lui a répondu qu'il n'y avait pas de demande pour l'aluminium mais une certaine demande pour le bronze d'aluminium. L'usine de Salindres n'a pas souhaité améliorer son procédé. En 1888, Héroult et ses compagnons fondent Aluminium Industrie Aktiengesellschaft et lancent la production industrielle de bronze d'aluminium à Neuhausen am Rheinfall . Puis, la Société électrométallurgique française a été fondée à Paris. Ils convainquent Héroult de rentrer en France, rachètent ses brevets, et le nomment directeur d'une fonderie en Isère , qui produit du bronze d'aluminium à grande échelle dans un premier temps et de l'aluminium pur en quelques mois.
Parallèlement, Hall produisait de l'aluminium par le même procédé dans sa maison d' Oberlin . Il a déposé une demande de brevet en juillet et l'office des brevets a notifié à Hall une "interférence" avec la demande d'Héroult. Les frères Cowles ont offert un soutien juridique. À ce moment-là, Hall n'avait pas réussi à développer un processus commercial pour ses premiers investisseurs, et il s'est tourné vers l'expérimentation à la fonderie de Cowles à Lockport. Il expérimente pendant un an sans grand succès mais attire l'attention des investisseurs. Hall a cofondé la Pittsburgh Reduction Company en 1888 et a lancé la production d'aluminium. Le brevet de Hall a été accordé en 1889. En 1889, la production de Hall a commencé à utiliser le principe du chauffage interne. En septembre 1889, la production de Hall atteignit 385 livres (175 kilogrammes) à un coût de 0,65 $ la livre. En 1890, la société de Hall manquait toujours de capital et ne versait pas de dividendes ; Hall a dû vendre certaines de ses actions pour attirer des investissements. Au cours de cette année, une nouvelle usine à Patricroft a été construite. La fonderie de Lockport n'a pas pu résister à la concurrence et a fermé ses portes en 1892.
Le procédé Hall-Héroult transforme l'alumine en métal. Le chimiste autrichien Carl Josef Bayer a découvert un moyen de purifier la bauxite pour produire de l'alumine en 1888 dans une usine textile de Saint-Pétersbourg et a obtenu un brevet plus tard dans l'année ; c'est ce qu'on appelle maintenant le processus Bayer . Bayer a fritté la bauxite avec un alcali et l'a lixiviée avec de l'eau ; après avoir agité la solution et y avoir introduit un agent d'ensemencement , il a trouvé un précipité d'hydroxyde d'aluminium pur, qui s'est décomposé en alumine en chauffant. En 1892, alors qu'il travaillait dans une usine chimique à Yelabuga , il découvrit la teneur en aluminium de la bauxite dissoute dans les restes alcalins de l'isolement des solides d'alumine ; c'était crucial pour l'emploi industriel de cette méthode. Il a obtenu un brevet plus tard cette année-là.
La quantité totale d'aluminium non allié produite par la méthode chimique de Deville de 1856 à 1889 équivaut à 200 tonnes métriques. La production en 1890 seulement était de 175 tonnes métriques. Il est passé à 715 tonnes métriques en 1893 et à 4 034 tonnes métriques en 1898. Le prix est tombé à 2 $ la livre en 1889 et à 0,5 $ la livre en 1894.
À la fin de 1889, une pureté élevée et constante de l'aluminium produit par électrolyse avait été atteinte. En 1890, l'usine de Webster est devenue obsolète après l'ouverture d'une usine d'électrolyse en Angleterre. Le principal avantage de Netto, la grande pureté de l'aluminium résultant, a été surpassé par l'aluminium électrolytique et sa société a fermé l'année suivante. La Compagnie d'Alais et de la Camargue décide également de passer à la production électrolytique et ouvre sa première usine utilisant ce procédé en 1895.
La production moderne de l'aluminium métal est basée sur les procédés Bayer et Hall-Héroult. Il a été encore amélioré en 1920 par une équipe dirigée par le chimiste suédois Carl Wilhelm Söderberg . Auparavant, les cellules d' anode étaient fabriquées à partir de blocs de charbon précuits, qui se corrompaient rapidement et devaient être remplacés ; l'équipe a introduit des électrodes continues fabriquées à partir d'une pâte de coke et de goudron dans une chambre de réduction. Cela a considérablement augmenté la production mondiale d'aluminium.
Utilisation de masse
Donnez-nous de l'aluminium en quantité suffisante et nous pourrons nous battre encore quatre ans.
— Le dirigeant soviétique Joseph Staline à Harry Hopkins , représentant personnel du président américain Franklin D. Roosevelt , en août 1941
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Les prix de l'aluminium ont baissé et, au début des années 1890, le métal était devenu largement utilisé dans les bijoux, les montures de lunettes, les instruments d'optique et de nombreux objets du quotidien. Les ustensiles de cuisine en aluminium ont commencé à être produits à la fin du XIXe siècle et ont progressivement supplanté les ustensiles de cuisine en cuivre et en fonte dans les premières décennies du XXe siècle. Le papier d'aluminium a été popularisé à cette époque. L'aluminium est doux et léger, mais on a vite découvert que son alliage avec d'autres métaux pouvait augmenter sa dureté tout en préservant sa faible densité. Les alliages d'aluminium ont trouvé de nombreuses utilisations à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Par exemple, le bronze d'aluminium est utilisé pour fabriquer des bandes, des feuilles et des fils flexibles et est largement utilisé dans les industries de la construction navale et de l'aviation. L'aviation a utilisé un nouvel alliage d'aluminium, le duralumin , inventé en 1903. Le recyclage de l'aluminium a commencé au début des années 1900 et a été largement utilisé depuis, car l'aluminium n'est pas altéré par le recyclage et peut donc être recyclé à plusieurs reprises. À ce stade, seul le métal qui n'avait pas été utilisé par les consommateurs finaux était recyclé. Pendant la Première Guerre mondiale , les principaux gouvernements ont exigé de grandes expéditions d'aluminium pour les cellules légères et résistantes. Ils subventionnaient souvent les usines et les systèmes d'alimentation électrique nécessaires. La production globale d'aluminium a culminé pendant la guerre : la production mondiale d'aluminium en 1900 était de 6 800 tonnes métriques ; en 1916, la production annuelle dépassait 100 000 tonnes. La guerre a créé une demande accrue d'aluminium, que la production primaire croissante n'était pas en mesure de satisfaire pleinement, et le recyclage a également augmenté intensément. Le pic de production a été suivi d'une baisse, puis d'une croissance rapide.
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Au cours de la première moitié du 20e siècle, le prix réel de l'aluminium est tombé de façon continue de 14 000 $ la tonne métrique en 1900 à 2 340 $ en 1948 (en dollars des États-Unis de 1998). Il y a eu quelques exceptions telles que la forte hausse des prix pendant la Première Guerre mondiale. L'aluminium était abondant et, en 1919, l'Allemagne a commencé à remplacer ses pièces d'argent par des pièces en aluminium ; de plus en plus de coupures ont été remplacées par des pièces en aluminium à mesure que l' hyperinflation progressait dans le pays. Au milieu du 20e siècle, l'aluminium était devenu une partie de la vie quotidienne, devenant un élément essentiel des articles ménagers. Les wagons de marchandises en aluminium sont apparus pour la première fois en 1931. Leur masse plus faible leur permettait de transporter plus de marchandises. Au cours des années 1930, l'aluminium est devenu un matériau de génie civil utilisé à la fois dans la construction de base et dans les intérieurs de bâtiments. Son utilisation dans le génie militaire pour les moteurs d'avions et de chars a progressé.
L'aluminium obtenu à partir du recyclage était considéré comme inférieur à l'aluminium primaire en raison d'un contrôle chimique plus faible ainsi que d'une mauvaise élimination des crasses et des scories . Le recyclage a augmenté dans l'ensemble, mais dépendait largement de la production primaire : par exemple, alors que les prix de l'énergie électrique diminuaient aux États-Unis à la fin des années 1930, davantage d'aluminium primaire pouvait être produit en utilisant le procédé Hall-Héroult, coûteux en énergie. Cela a rendu le recyclage moins nécessaire, et donc les taux de recyclage de l'aluminium ont baissé. En 1940, le recyclage de masse de l'aluminium post-consommation avait commencé.
Au cours de la Seconde Guerre mondiale , la production a de nouveau culminé, dépassant 1 000 000 de tonnes métriques pour la première fois en 1941. L'aluminium a été largement utilisé dans la production d'avions et était un matériau stratégique d'une extrême importance ; à tel point que lorsque Alcoa (le successeur de Hall's Pittsburgh Reduction Company et le monopoleur de la production d'aluminium aux États-Unis à l'époque) n'a pas augmenté sa production, le secrétaire américain à l'Intérieur a proclamé en 1941 : « Si l'Amérique perd la guerre, il peut remercier l'Aluminium Corporation of America". En 1939, l'Allemagne était le premier producteur mondial d'aluminium ; les Allemands considéraient donc l'aluminium comme leur avantage dans la guerre. Les pièces en aluminium ont continué à être utilisées, mais alors qu'elles symbolisaient un déclin lors de leur introduction, en 1939, elles en étaient venues à représenter le pouvoir. (En 1941, ils ont commencé à être retirés de la circulation.) Après l'attaque du Royaume-Uni en 1940, il a lancé un ambitieux programme de recyclage de l'aluminium ; le nouveau ministre de la Production aéronautique a lancé un appel au public pour qu'il fasse don de tout aluminium domestique pour la construction d'avions. L'Union soviétique a reçu 328 100 tonnes d'aluminium de ses co-combattants de 1941 à 1945 ; cet aluminium était utilisé dans les moteurs d'avions et de chars. Sans ces expéditions, la production de l'industrie aéronautique soviétique aurait diminué de plus de la moitié.
Après le pic du temps de guerre, la production mondiale a chuté pendant trois années de fin de guerre et d'après-guerre, mais a ensuite retrouvé sa croissance rapide. En 1954, la production mondiale s'élevait à 2 810 000 tonnes métriques ; cette production a dépassé celle du cuivre , historiquement deuxième en production après le fer, ce qui en fait le métal non ferreux le plus produit .
Âge de l'aluminium
Rien n'arrête le temps. Une époque se succède, et parfois on ne s'en rend même pas compte. L'âge de pierre... L'âge du bronze... L'âge du fer... [...] On peut cependant affirmer que c'est maintenant que nous sommes au seuil de l'âge de l'aluminium.
— La société russe de production d'aluminium RUSAL dans son livre Aluminium: The Thirteenth Element en 2007
Le premier satellite artificiel de la Terre , lancé en 1957, se composait de deux hémisphères d'aluminium joints. Tous les engins spatiaux ultérieurs ont utilisé de l'aluminium dans une certaine mesure. La canette en aluminium a été fabriquée pour la première fois en 1956 et utilisée comme récipient pour les boissons en 1958. Dans les années 1960, l'aluminium était utilisé pour la production de fils et de câbles . Depuis les années 1970, les trains à grande vitesse utilisent couramment l'aluminium pour son rapport résistance/poids élevé. Pour la même raison, la teneur en aluminium des voitures augmente.
En 1955, le marché mondial était dominé par les Six Majors : Alcoa, Alcan (origine d'Alcoa), Reynolds , Kaiser , Pechiney (fusion de la Compagnie d'Alais et de la Camargue qui a racheté la fonderie de Deville et la Société électrométallurgique française qui a embauché Héroult), et Alusuisse (successeur de l'Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft d'Héroult) ; leur part de marché combinée s'élevait à 86 %. À partir de 1945, la consommation d'aluminium a augmenté de près de 10 % chaque année pendant près de trois décennies, gagnant du terrain dans les applications du bâtiment, les câbles électriques, les feuilles de base et l'industrie aéronautique. Au début des années 1970, le développement des canettes en aluminium a donné un nouvel élan. Le prix réel a baissé jusqu'au début des années 1970 ; en 1973, le prix réel s'élevait à 2 130 $ la tonne métrique (en dollars des États-Unis de 1998). Les principaux moteurs de la baisse des prix ont été la baisse des coûts d'extraction et de traitement, le progrès technologique et l'augmentation de la production d'aluminium, qui a dépassé les 10 000 000 de tonnes métriques en 1971.
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À la fin des années 1960, les gouvernements ont pris conscience des déchets de la production industrielle ; ils ont appliqué une série de règlements favorisant le recyclage et l'élimination des déchets. Les anodes Söderberg, qui économisent du capital et de la main-d'œuvre pour cuire les anodes mais sont plus nocives pour l'environnement (en raison d'une plus grande difficulté à collecter et à éliminer les fumées de cuisson), sont tombées en défaveur et la production a commencé à revenir au précuit. anodes. L'industrie de l'aluminium a commencé à promouvoir le recyclage des canettes d'aluminium dans le but d'éviter les restrictions. Cela a déclenché le recyclage de l'aluminium précédemment utilisé par les consommateurs finaux : par exemple, aux États-Unis, les niveaux de recyclage de cet aluminium ont augmenté de 3,5 fois de 1970 à 1980 et de 7,5 fois jusqu'en 1990. Les coûts de production de l'aluminium primaire ont augmenté dans les années 1970 et 1980. , et cela a également contribué à l'essor du recyclage de l'aluminium. Un contrôle plus étroit de la composition et une technologie de raffinage améliorée ont diminué la différence de qualité entre l'aluminium primaire et secondaire.
Dans les années 1970, la demande accrue d'aluminium en a fait une marchandise d'échange ; il est entré au London Metal Exchange , la plus ancienne bourse de métaux industriels au monde, en 1978. Depuis lors, l'aluminium a été échangé contre des dollars américains et son prix a fluctué avec le taux de change de la monnaie. La nécessité d'exploiter des gisements de moindre qualité et de moindre qualité et l'augmentation rapide des coûts des intrants énergétiques, mais aussi de la bauxite, ainsi que les changements des taux de change et de la réglementation des gaz à effet de serre , ont augmenté le coût net de l'aluminium ; le prix réel a augmenté dans les années 1970.
L'augmentation du prix réel et les changements de tarifs et de taxes ont amorcé la redistribution des parts des producteurs mondiaux : les États-Unis, l'Union soviétique et le Japon représentaient près de 60 % de la production primaire mondiale en 1972 (et leur part combinée de la consommation d'aluminium primaire était également proche de 60 %) ; mais leur part combinée ne dépassait que légèrement 10 % en 2012. Le changement de production a commencé dans les années 1970 avec le déplacement de la production des États-Unis, du Japon et de l'Europe occidentale vers l'Australie, le Canada, le Moyen-Orient, la Russie et la Chine, où elle était moins chère. en raison de la baisse des prix de l'électricité et d'une réglementation étatique favorable, comme des taxes ou des subventions peu élevées. Les coûts de production dans les années 80 et 90 ont baissé en raison des progrès technologiques, de la baisse des prix de l'énergie et de l'alumine et des taux de change élevés du dollar des États-Unis.
Dans les années 2000, la part combinée des pays BRIC (Brésil, Russie, Inde et Chine) est passée de 32,6 % à 56,5 % dans la production primaire et de 21,4 % à 47,8 % dans la consommation primaire. La Chine a accumulé une part particulièrement importante de la production mondiale, grâce à une abondance de ressources, une énergie bon marché et des stimuli gouvernementaux ; il a également augmenté sa part de consommation de 2 % en 1972 à 40 % en 2010. Le seul autre pays avec un pourcentage à deux chiffres était les États-Unis avec 11 % ; aucun autre pays n'a dépassé 5%. Aux États-Unis, en Europe occidentale et au Japon, la majeure partie de l'aluminium était consommée dans les transports, l'ingénierie, la construction et l'emballage.
Au milieu des années 2000, la hausse des prix de l'énergie, de l'alumine et du carbone (utilisé dans les anodes) a entraîné une augmentation des coûts de production. Cela a été amplifié par un changement des taux de change : non seulement un affaiblissement du dollar des États-Unis, mais aussi un renforcement du yuan chinois . Ce dernier est devenu important car la plupart de l'aluminium chinois était relativement bon marché.
La production mondiale a continué de croître : en 2013, la production annuelle d'aluminium a dépassé les 50 000 000 de tonnes métriques. En 2015, il s'agissait d'un record de 57 500 000 tonnes métriques. L'aluminium est produit en plus grande quantité que tous les autres métaux non ferreux réunis. Son prix réel (en dollars des États-Unis de 1998) en 2015 était de 1 340 $ la tonne métrique (1 940 $ la tonne en dollars contemporains).
Voir également
Remarques
Les références
Bibliographie
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