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Al
Aluminium

Découvert en 1825 par le chimiste danois Hans Christian Ørsted. Son nom originel, « aluminum », lui a été donné par Humphry Davy sans pour autant l’identifier clairement. Il vient du latin alumen, signifiant alun, minerai d’où il était extrait. Peu après, l’IUPAC uniformisa les noms des éléments avec le suffixe « ium », il devint alors « aluminium ». Les Américains continuent cependant de l’appeler aluminum.

L’aluminium est principalement extrait de la bauxite sous forme d’alumine qui par électrolyse à l’état fondu donne le métal. Sa faible masse volumique alliée à des propriétés mécaniques intéressantes sous forme d’alliage en fait un matériau utilisé à grande échelle dans les transports, les emballages, la construction…

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
13 26,98 g.mol-1 [Ne] 3s2 3p1 cubique à faces centrées de paramètre a = 0,405 nm 143 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
2,702 g.cm-3 1,5 660,4°C 2 467°C 37,7.106 S.m-1 237 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling État d’oxydation le plus courant pKa : Al(aq)3+/AlOH(aq)2+ pKs : Al(OH)3
1,61 +3 5,0 32,5

Potentiels standards :

  • Al3+ + 2e = Al+                   E° = -1,66 V
  • Al3+ + 3e = Al(s)                  E° = -2,76 V
  • Al+ + e = Al(s)                             E° = -0,55 V

Données thermodynamiques

Aluminium cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 28,3 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,4 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 10,9 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 284,2 kJ.mol-1
Aluminium gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 329,7 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 289,1 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 164,4 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 21,4 J.K-1mol-1

Données industrielles

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 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 2018, avec une production de 13,510 millions de t d’alumine, le groupe chinois Chalco a coproduit 136 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 destinées à l’industrie des engrais phosphatés ou des minerais riches en alunite (K2SO4,Al2(SO4)3,4Al(OH)3). En 2018, la production de néphéline du groupe UC Rusal, en Sibérie, à Kiya Shaltyr, a été de 4,293 millions de t.

Productions minières

En 2018, la production mondiale s’élevait à 338,677 millions de t de bauxite et celle de l’Union européenne (principalement en Grèce) à 1,929 million de t.

en milliers de t de bauxite
 Australie  96 548  Indonésie  10 500
 Chine  79 000  Jamaïque  9 963
 Guinée  55 178  Kazakhstan  6 104
 Brésil  32 007  Russie  5 650
 Inde  23 229  Arabie Saoudite  4 323

Source : « Commodity markets outlook », World Bank, oct. 2019

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, quasi exclusivement vers la Chine, 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. Afin d’approvisionner la Chine, la Malaisie a pris le relai, avec une production de 24,187 millions de t, en 2015, mais après une restriction des exportations de ce pays, c’est actuellement la Guinée qui a développé sa production afin d’assurer une grande partie des besoins de la Chine.

Exploitations minières australiennes
Figure 3.1 is a map of Australia showing the names, locations and sizes of major bauxite deposits. The map also shows the state boundaries and capital cities as well as the major geological provinces of the country. Bauxite deposits are displayed as filled orange circles split into six sizes according to the total in situ resources of bauxite. The six sizes are labelled '50 to 100 million tonnes', '100 to 500 million tonnes', '500 to 1000 million tonnes', '1000 to 2000 million tonnes', '2000 to 3000 million tonnes' and 'greater than 3000 million tonnes'. In addition, some circles are drawn with a heavy black line indicating that these deposits are operating mines. The map shows the greatest concentrations of significant bauxite deposits in Australia occur in Queensland on the west side of the Cape York Peninsula and in Western Australia in the Darling Range near Perth and along the Kimberly Coast in the north of the state. Operating mines are located in the Darling Range, at Weipa on the Cape York Peninsula and on the opposite side of the Gulf of Carpentaria at Gove in the Northern Territory.
Source : Geoscience Australia

La deuxième plus importante mine de bauxite au monde 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. En 2018, la production a été de 26 millions de t de bauxite. AWAC exploite également, dans le « Darling Range », depuis 1984, la mine de Willowdale avec une production, en 2018, de 10 millions de t. La mine de Huntly alimente les usines australiennes d’élaboration d’alumine de Pinjarra et Kwinana, celle de Willowdale, l’usine de Wagerup. Les réserves prouvées et probables dans le Darling Range sont de 156,7 millions de t renfermant en moyenne 32,7 % d’alumine.

La société South32 possède à 86 %, les 14 % restants étant détenus par des intérêts japonais, sur le même gisement, la mine de Boddington, avec une capacité de production de 18 millions de t/an. En 2017, la part de South32 a représenté 15,6 millions de t. La bauxite, avec une production de 3 200 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, puis l’alumine est transportée par 55 km de voie ferrée jusqu’au port de Bunburry pour être exportée. Les réserves prouvées et probables, au 30 juin 2019, sont de 270 millions de t renfermant 27,7 % de Al2O3.

Toujours en Australie, Rio Tinto, 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 1,267 milliard de t à 53 % de Al2O3 et une production, en 2018, de 30,437 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 142 millions de t à 49,3 % de Al2O3, a produit, en 2018, 12,540 millions de t.

Exploitations minières guinéennes

La Guinée possède les plus importantes réserves au monde et sa production est presque 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, 10 % Dadco) et à 49 % par l’État guinéen. Les réserves prouvées et probables sont de 466 millions de t à 47,3 % de Al2O3, avec une production, en 2018, de 13,039 millions de t, transportée par voie ferrée sur 135 km jusqu’au port de Kamsar.

Le groupe russe UC Rusal a produit, en 2018, 5,011 millions de t avec l’exploitation du gisement de Kindia avec une capacité de production de 3,2 millions de t/an, celle du complexe de Friguia, construit par Pechiney en 1957 et vendu en 1997, qui était suspendu depuis avril 2012 avec une capacité de production de 2,1 millions de t/an et qui a repris sa production et celle du projet Dian-Dian, dans la région de Boké, qui a débuté avec une capacité de production de 3 millions de t/an et des réserves de 564 millions de t renfermant 59 % de Al2O3.

La Société Minière de Boké (SMB), contrôlée, à 22,5 %, par le groupe chinois China Hongqiao associé au transporteur singapourien Winning International Group, avec 40,5 %, au transporteur terrestre UMS International, avec 27 % et pour 10 % à État guinéen a débuté sa production mi-2015, avec, en 2018, une production de 36 millions de t totalement exportées vers la Chine. Le minerai est acheminé par voie routière jusqu’à 2 ports, Katougouma et Dapilon, sur le fleuve Nunez, puis sur des barges de 8 000 t jusqu’aux navires mouillés en haute mer, la Guinée ne disposant pas de port en eaux profondes, pour être livré au port de Yantaï, en Chine. La SMB a en projet la construction d’une voie ferrée de 135 km pour acheminer le minerai et d’une raffinerie pour transformer la bauxite en alumine. L’objectif de la SMB est de produire 50 millions de t en 2020.

Guinea Alumina Corporation, filiale du groupe des Émirats Arabes Unis, Emirates Global Alumina (EGA), développe toujours sur le gisement de Boké, un projet de mine d’une capacité de 12 millions de t/an de bauxite. Les premières exportations ont eu lieu en août 2019.

Le groupe chinois Chalco développe le projet de la mine de Boffa, avec 12 millions de t/an prévues et une production devant commencer mi-2020.

Divers autres projets sont développés par exemple par la société française Alliance Minière Responsable.

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, la production de Vale étant destinée à Hydro, 18,2 % par Alcoa (dont 9,6 % à travers AWAC), 14,8 % par South32, 12 % par Rio Tinto, 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 48 millions de t à 50,1 % 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 2018, la production est de 13,134 millions de t.

Le gisement de Paragominas, situé dans l’est de l’État de Pará, 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 2018, la production a été de 6,214 millions de t.

Le gisement de Juruti, dans l’ouest de l’État de Pará est exploité depuis 2009 par AWAC. En 2018, la production est de 5,7 millions de t et les réserves prouvées et probables, de 22,5 millions de t renfermant 46,7 % de Al2O3. Le minerai est principalement destiné à alimenter l’usine de production d’alumine Alumar, à São Luis.

Principaux producteurs

En 2018, les principaux producteurs sont les suivants :

en millions de t
 Rio Tinto (Canada)  50,4  Chalco (Chine)  17,3
 AWAC (États-Unis)  45,8  UC Rusal (Russie)  13,8
 South32 (Australie)  17,5  Hydro (Norvège)  6,2

Sources : rapports des sociétés

  • Rio Tinto, exploite en Australie la mine de Gove, avec, en 2018, une production de 12,540 millions de t et celle de Weipa, avec 30,437millions de t, au Brésil, la part de Rio Tinto, 12 %, sur la mine de Porto Trombetas est de 1,576 million de t, en Guinée, la part de Rio Tinto, de 23 % dans le capital et de 45 % pour la production, dans l’exploitation de la mine de Boké est de 5,868 millions de t.
  • 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 2018, une production de 36 millions de t, au Brésil au travers d’une participation de 9,6 % dans la mine de Porto Trombetas, avec 1,26 million de t et de l’exploitation des mines de Pocos de Caldas et de Juruti, avec 6,1 millions de t, en Guinée au travers d’une participation dans la mine de Boké, avec 5,87 millions de t et en Arabie Saoudite, à Al Ba’itha, au travers d’une participation de 25,1 % dans Ma’aden, avec une part de 1,1 million 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 18 millions de t/an, avec 86 % de participation, la part de South32, en 2017, est de 15,6 millions de t. Par ailleurs, possède une participation de 14,8 % dans la mine de Porto Trombetas, au Brésil, avec, en 2018, une part de 1,9 millions de t.
  • Chalco, exploite 19 mines en Chine avec des réserves prouvées et probables de 235 millions de t d’un minerai renfermant 61,34 % de Al2O3. Possède également à 60 % une mine au Laos et 3 mines en Indonésie, dont la production est suspendue. Par ailleurs, développe le projet de Boffa, en Guinée, avec une participation de 85 %, de 12 millions de t/an qui devrait commencer à produire mi-2020. En 2018, a fourni 15,298 millions de t de bauxite à ses propres raffineries et s’est procuré par ailleurs 20,044 millions de t par des achats extérieurs.
  • Le groupe UC Rusal, exploite des mines de bauxite, en Russie, avec la mine de Timan, près de Ukhta, dans la République de Komi, et celles du Nord de l’Oural, avec un total de 5,650 millions de t, en Guinée, les exploitations minières de Kindia, Friguia et Dian-Dian ont produit 5,011 millions de t, en Jamaïque, le complexe de Windalco a produit 1,792 million de t, au Guyana, la Bauxite Company of Guyana, détenue à 90 % a produit 1,395 million de t.
  • Hydro, au Brésil, exploite la mine de Paragominas, avec une production, en 2018, de 6,214 millions de t (en 2017, la production était de 11,4 millions de t) et possède une participation de 5 % dans le capital et de 45 % pour la production avec la part de Vale dans la production de la mine de Porto Trombetas. En octobre 2018, Hydro a annoncé la suspension de l’exploitation de la mine de Paragominas dans l’attente d’une solution aux problèmes environnementaux rencontrés à la raffinerie d’Alunorte.

Commerce international

Principaux pays exportateurs

En 2018, les exportations minières s’élevaient à 113,074 millions de t, réparties comme suit :

 

en milliers de t
 Guinée  54 209  Guyana  2 004
 Australie  31 506  Inde  1 133
 Indonésie  8 650 Turquie  1 121
 Brésil  8 416  Monténégro  537
 Jamaïque  3 339  Ghana  614

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, devenir insignifiantes en 2015, puis reprendre à un niveau moindre depuis. L’arrêt des exportations indonésienne a entraîné une augmentation fulgurante de la production de la Malaisie et de ses exportations avec 27,9 millions de t, en 2015, destinées à 99 % à la Chine. Depuis 2017, la Guinée a pris le relai pour approvisionner la Chine.

Principaux pays importateurs

Les importations de 2018 représentaient un total de 111,665 millions de t, réparties principalement dans les pays suivants :

 

en milliers de t
 Chine  82 716  Allemagne  2 636
  Ukraine  5 089  Inde  1 887
 Irlande  4 596  Roumanie  1 819
 États-Unis  4 457  France  1 455
 Canada  3 722  Grèce  715

Source : ITC

En 2018, les importations de la Chine proviennent à :

  • 46 % de Guinée,
  • 36 % d’Australie,
  • 9 % d’Indonésie.

Les importations des États-Unis proviennent, en 2018 à :

  • 69 % de Jamaïque,
  • 14 % du Brésil,
  • 6 % de Jamaïque.

Les importations de l’Union européenne ont été, en 2018, de 11,838 millions de t.

Réserves mondiales de bauxite

Les réserves sont de 30 milliards de t en 2018, situées principalement dans les pays suivants :

En millions de t
 Guinée  7 400  Indonésie  1 200
 Australie  6 000  Chine  1 000
 Vietnam  3 700  Guyana  850
 Brésil  2 600  Inde  660
 Jamaïque  2 000  Russie  500

Source : USGC

Situation française

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.

En 2018, les importations s’élevaient à 1,455 million de t en provenance de Guinée à 69 % et de Grèce à 21 % tandis que les exportations étaient de 24 471 t vers la Suisse à 43 %.

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 2017, aux États-Unis, sur un total de 3,510 millions de t de bauxite consommée, la production d’alumine a utilisé 3,34 millions de t, les autres secteurs industriels (produits réfractaires, abrasifs et chimie), 169 000 t.

Élaboration de l’alumine

Fabrication industrielle

La fabrication industrielle 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.

En 2017, il y a 80 raffineries, 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, 182 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 %

Sources : 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 Énergie : 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 2017, la suivante :

Énergie 30 % Hydroxyde de sodium 15 %
Bauxite 40 % Divers 15 %

Source : Hydro

Productions

En 2018, la production mondiale s’élève à 130,433 millions de t de Al2O3 dont 5,810 millions de t, en 2018, pour l’Union européenne. Les principaux pays producteurs sont les suivants :

En milliers de t de Al2O3
Chine 71 547 Jamaïque 2 500
Australie 20 365 Irlande 1 875
Brésil 7 900 Ukraine 1 715
Inde 6 500 Espagne 1 589
Russie 2 800 Canada 1 568

Source : USGC, IAI et rapports des sociétés productrices

La production chinoise, en 2016, était 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.

Production australienne : en 2018 :

  • Alcoa, à travers AWAC, a produit 9,193 millions de t dans ses raffineries de Pinjarra avec 4,513 millions de t, Kwinana avec 2,025 millions de t et Wagerup avec 2,655 millions de t situées dans l’Ouest.
  • Rio Tinto, a produit, en 2018, 6,061 millions de t dans les raffineries de Gladstone QAL, dans le Queensland avec 80 % de la production soit 2,958 millions de t, alimentée par la bauxite du gisement de Weipa et Gladstone Yarwun, dans le Queensland avec 3,103 millions de t.
  • South32 a produit, en 2018-19, 3,795 millions de t, avec une participation de 86 % dans la raffinerie de Worsley, en Australie de l’Ouest.
  • UC Rusal a produit 739 000 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, avec une production, en 2018, de 3,712 millions de t (en 2017, la production était de 6,397 millions de t). 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, à environ 80 %, est exporté. Le 3 octobre 2018, Hydro a annoncé la suspension de la production en raison de difficultés de stockage des résidus de la raffinerie.
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, a produit, en 2018, 3,486 millions de t.

Dans l’Union européenne, il y a, en 2018, 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 1,589 million de t, en 2018,
  • Irlande, à Anghinish, exploitée par UC Rusal avec 1,875 million de t en 2018,
  • Grèce, à Distomon exploitée par Mytilineos avec 800 000 t/an,
  • Hongrie, à Ajka exploitée par MAL Magyar,
  • Roumanie, à Tulcea, exploitée par Alum avec 600 000 t/an.

Producteurs

Les principaux producteurs sont, en 2018, les suivants :

en millions de t.
Chalco (Chine) 13,5 Rio Tinto (Canada) 8,0
Xinfa Group (Chine) 12 à 13 Jinjiang Group (Chine) 6,4
Hongqiao Group (Chine) 12 à 13 South32 (Australie) 5,1
AWAC (États-Unis) 12,2 Hydro (Norvège) 3,7
UC Rusal (Russie) 8,1 SPIC (Chine) 2,7

Sources : Al Circle et rapports des sociétés

  • Chalco, en 2018, possède, en Chine, une capacité de production de 18,86 millions de t/an avec l’exploitation de 10 raffineries qui ont fourni 6,06 millions de t d’alumine, soit 45 % de la production, aux usines d’aluminium du groupe, le reste ayant été vendu à des clients chinois.
  • AWAC (Alcoa Worldwide Alumina and Chemicals), joint venture entre Alcoa (60 %) et Alumina Limited (40 %) exploite 5 raffineries en Australie (voir ci-dessus), au Brésil à São Luis à 39 % avec 1,402 million de t, en Espagne, à San Ciprián, avec 1,589 million de t et possède une participation de 25,1 %, dans Ma’aden, en Arabie Saoudite avec une part de 0,44 million de t.
  • UC Rusal, exploite en Russie, les raffineries d’Achinsk, de Bogoslovsk et d’Urals avec 2,762 millions de t, en Irlande, la raffinerie d’Anghinish avec 1,875 million de t, en Jamaïque, la raffinerie de Windalco avec 501 000 t, en Ukraine, la raffinerie de Nikolaev avec 1,715 million de t, en Guinée, la raffinerie de Friguia qui a redémarré en 2018, avec 181 000 t et en Australie, 739 000 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 2018, 1,568 million de t et à São Luis, au Brésil avec 10 % de la production, soit 351 000 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 2018-19, une production de 3,795 millions de t et possède une participation de 36 % dans la raffinerie de São Luis, au Brésil, avec 1,255 million de t.

Commerce international

Pays exportateurs

Les principaux pays exportateurs sont, en 2018, sur un total de 38,352 millions de t, en 2017 :

en milliers de t
 Australie  16 979  Chine  1 462
 Brésil  6 237  Inde  1 418
 Jamaïque  2 539  Kazakhstan  957
 Irlande  1 798  Indonésie  948
 Ukraine  1 704  Espagne  632

Source : ITC

Pays importateurs

Les principaux pays importateurs sont, en 2018, sur un total de 34,413 millions de t :

en milliers de t
 Russie  4 662  Bahreïn  1 926
Canada  4 197  Islande  1 705
 Émirats Arabes Unis  3 646  Malaisie  1 426
 Inde  2 694  Afrique du Sud  1 422
 Norvège  2 511  États-Unis  1 258

Source : ITC

Les importations de l’Union européenne ont été, en 2018, de 3,148 millions de t pour 3,774 millions de t d’exportations.

Divers types d’alumines

On distingue (voir les chapitres correspondants) :
– Les alumines hydratées,
– Les alumines de transition,
– L’alumine alpha ou corindon.

Secteurs d’utilisation

En 2016, sur une production mondiale de 115,461 millions de t, 109,211 millions de t d’alumine ont été destinées à l’élaboration de l’aluminium et 6,250 millions de t à des applications non métallurgiques.

Les principaux secteurs d’utilisation, hors matière première pour la fabrication de l’aluminium (95 % de la consommation d’alumine est utilisé pour élaborer l’aluminium), sont les suivants :

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 %


Situation française

La production est, en 2017, de 300 000 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. Depuis le 1er janvier 2016, les « boues rouges » sont filtrées, les résidus solides sont soit stockés à terre sur le site de Mange-Garri à Bouc Bel Air 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 après, depuis mars 2019, un traitement au dioxyde de carbone qui permet une neutralisation et une diminution des concentrations en aluminium et en arsenic.

Commerce extérieur en 2018 :

  • Oxyde :
    • Exportations : 379 431 t à 20 % vers la Belgique, 14 % vers l’Allemagne, 11 % l’Italie, 7 % la Chine.
    • Importations : 760 117 t à 78 % d’Irlande, 16 % de Jamaïque.
  • Hydroxyde :
    • Exportations : 28 798 t à 25 % vers l’Italie, 12 % le Maroc, 11 % l’Allemagne.
    • Importations : 47 591 t à 42 % d’Allemagne, 21 % des États-Unis, 15 % de Grèce, 9 % des Pays Bas.

Élaboration de l’aluminium

Par électrolyse de l’alumine, 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 le produit alumines hydratées).

  • 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 qui possède une masse de 50 t pour une durée de vie de 5 ans. Par exemple, 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 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 Al2O= 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. Les capacités de production, par cuve, peuvent atteindre 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 maximum, 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, en 2018, de 0,56 kg de fluor/t de Al, soit, 37 000 t.

L’une des usines la plus importante, au monde, située à Bratsk, en Russie, a produit, en 2017, 1 008 000 t d’aluminium soit 26 % 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 2018, en TWh :

Monde Europe Amérique du Nord Chine
Totale 867,757 122,237 56,396 494,554
Hydroélectricité 227,090 92,187 46,251 49,455
Charbon 531,014 8,010 7,513 445,099
Gaz naturel 88,424 2,326 1,639 0
Nucléaire 11,404 11,222 0,182 0
Autres renouvelables 7,958 6,822 0,644 0

Source : IAI

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 15 500 kWh/t actuellement. En 2018, dans le monde, elle est, en moyenne, de 14 221 kWh/t, en Europe, de 15 468 kWh/t, en Amérique du Nord, de 14 927 kWh/t, en Chine, de 13 555 kWh/t.

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

Aluminium raffiné

A côté de la principale qualité d’aluminium, comprise entre 99,5 et 99,9 %, il y a des besoins en aluminium raffiné 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.

Productions d’aluminium primaire

La production mondiale s’élevait, en 2018, à 62,491 millions de t dont 2,123 millions de t pour l’Union européenne. Les principaux pays producteurs sont les suivants :

en milliers de t
Chine 35 802 Norvège 1 275
Russie 3 653 Bahreïn 1 011
Inde 2 934 Arabie Saoudite 932
Canada 2 923 États-Unis 897
Émirats Arabes Unis 2 389 Malaisie 760
Australie 1 574 Islande 733

Source : « Commodity markets outlook », World Bank, oct. 2019

De 1888 à 2018, la production totale d’aluminium a été de plus de 1 400 millions de t.

Usines de production

Dans le monde il y a 231 usines de production d’aluminium primaire dans 45 pays.

  • Dans l’Union européenne, 16 usines fonctionnent, en 2018. 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,
    • France, à Dunkerque et Saint Jean de Maurienne avec 420 000 t,
    • Espagne, à La Corogne, San Ciprian et Aviles avec 230 000 t,
    • Roumanie, à Slatina avec 271 000 t,
    • Grèce, à Distomon avec 170 000 t,
    • Slovaquie, à Ziar avec 171 000 t,
    • Suède, à Sundsvall avec 115 000 t,
    • Slovénie, à Kidricevo avec 85 000 t,
    • Pays Bas, à Delf avec 75 000 t,
    • Royaume Uni, à Lochaber avec 47 000 t.
  • 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.

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 826 600 t en 2018. Les importations sont de 1,948 million de t d’aluminium allié et non allié.

Évolution de la production mondiale :

1886 1949 1973 1995 2012 2018
13 t 1,3 million t 13 millions t 20 millions de t 45 millions de t 62 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

Les principaux producteurs d’aluminium de première fusion, en 2018, sont les suivants :

en milliers de t
China Hongqiao Group 6 500 Emirates Global Aluminium (EAU) 2 500
Chalco (Chine) 4 166 Alcoa (États-Unis) 2 259
UC Rusal (Russie) 3 753 Hydro (Norvège) 1 993
Xinfa Group (Chine) 3 600 Vedanta (Inde) 1 959
Rio Tinto (Canada) 3 458 East Hope Group (Chine) 1 800

Sources : Hydro et rapports d’activités des sociétés

  • Chalco, possède, en 2018, en Chine, d’une capacité de production de 4,781 millions de t d’aluminium, avec 10 unités de production, la plus importante, celle de Baotou Aluminium, de 1,340 million de t/an ayant produit 1,234 million de t.
  • 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, avec un total, en 2018, en Russie de 3,524 millions de t à Bratsk avec, en 2017, 1,008 million de t, Krasnoyarsk avec 1,019 million de t, Sayanogorsk avec 531 000 t, Novokuznetsk avec 215 000 t, Khakas avec 291 000 t, Irkutsk avec 410 000 t, Kandalaksha avec 72 000 t, Volgograd avec 13 000 t, Nadvoitsy avec 12 000 t et en Suède, à Kubikenborg, avec 125 000 t en 2018.
  • Rio Tinto a acquis Alcan en 2007 qui avait absorbé Pechiney fin 2003. 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 465 000 t, en 2018, Arvida, avec 225 000 t, Grande Baie, avec 233 000 t, Laterrière, avec 257 000 t, Alouette (Sept-Îles), avec 40 % de participation d’une production de 584 000 t, soit 234 000 t, Bécancour, avec 25,1 % d’une production de 335 000 t, soit 84 000 t et dans la province de Colombie Britannique, à Kitimatt, avec 436 000 t.
    • en Australie, à Bell Bay, avec 189 000 t, Boyne Island, avec 59,4 % d’une production de 497 000 t, soit 295 000 t, Tomago, avec 51,6 % d’une production de 592 000 t, soit 305 000 t.
    • en Nouvelle-Zélande, à Tiwai Point, avec 79,4 % d’une production de 341 000 t, soit 270 000 t,
    • en France, à Dunkerque, avec 227 000 t, dont la vente au groupe Liberty a eu lieu fin 2018,
    • en Islande, à Reyjavik, avec 212 000 t,
    • en Oman, à Sohar, avec 20 % de 380 000 t, soit 76 000 t.
Carte des implantations de Rio Tinto Alcan au Québec (document Rio Tinto Alcan que nous remercions).

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.

  • Emirates Global Aluminium, est une coentreprise des Émirats 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 avec 1 577 cellules et à Al Taweelah, à Abu Dhabi, avec une capacité de production de 1,3 million de t/an avec 1 200 cellules ce qui en fait la plus grande usine d’électrolyse d’aluminium au monde. La pureté moyenne de l’aluminium obtenu est de 99,91 %. 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.
  • Alcoa produit de d’aluminium primaire avec, en 2018, une capacité de production de 3,173 millions de t/an dont 916 000 t sont à l’arrêt.
    • aux États-Unis, à Evansville, dans l’Indiana, avec une capacité de production de 269 000 t/an, à Massena West, dans l’état de New-York, avec 130 000 t/an, et dans l’état de Washington, à Ferndale, avec 279 000 t/an et Wenatchee, avec 146 000 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.
    • en Norvège, à Lista, avec 94 000 t/an et Mosjøen, avec 188 000 t/an,
    • en Islande, à Fjaðaál, 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,
    • au Brésil, à São Luis, avec 60 % d’une capacité de production de 447 000 t/an, soit 268 000 t/an.

En novembre 2016, Alcoa a séparé ses activités en deux sociétés, l’une gardant le nom d’Alcoa avec les productions minières, d’alumine, d’aluminium primaire et la production d’énergie, l’autre, Arconic, regroupant les activités de transformation de l’aluminium et la production secondaire

Alcoa possède en propre une puissance d’hydroélectricité de 1 471 MW et a produit, en 2018, 9,517 TWh

  • Hydro, produit de l’aluminium primaire :
    • en Norvège, à Suundal, avec en 2018, une production d’aluminium primaire de 405 000 t, à Årdal, avec 207 000 t, à Karmøy, avec 242 000 t, à Høyanger, avec 65 000 t et à Husnes, avec 94 000 t.
    • en Slovaquie, à Ziar nad Hronom, avec 55,3 % de 174 000 t,
    • au Qatar, avec 50 % de 308 000 t,
    • au Brésil, à Albras, avec 50 % de 308 000 t,
    • au Canada, à Alouette, avec 20 % de 117 000 t,
    • en Australie, à Tomago, avec 12,4 % de la société et une part de 74 000 t.

En Norvège, pour approvisionner en électricité ses 5 usines d’électrolyse, Hydro possède 17 usines hydroélectriques avec une production de 10,693 TWh, en 2018.

  • South32 a produit, un total de 982 000 t d’aluminium primaire :
    • en Afrique du Sud, à Richards Bay, avec en 2018, 715 000 t,
    • au Mozambique, à Maputo, avec une participation de 47,1 % et une production propre de 267 000 t,
  • 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,
    • en France, à Saint-Jean de Maurienne (73), avec 145 000 t/an.

Commerce international de l’aluminium brut

Pays exportateurs

Les principaux pays exportateurs, en 2018, sont les suivants :

en milliers de t
Russie 3 056 Norvège 1 284
Canada 2 623 Malaisie 1 099
Émirats Arabes Unis 2 310 Pays Bas 939
Inde 1 516 Islande 734
Australie 1 461 États-Unis 583

Source : ITC

Les exportations de la Russie sont destinées à la Suisse à 30 %, au Japon à 13 %, aux Pays Bas à 13 %, aux États-Unis à 9 %…

Pays importateurs

Les principaux pays importateurs, en 2018, sur un total de 23,267 millions de t sont les suivants :

en milliers de t
États-Unis 4 083 Pays Bas 1 238
Japon 2 880 Turquie 1 123
Allemagne 2 603 Mexique 953
Corée du Sud 1 446 Thaïlande 712
Italie 1 347 Pologne 712

Source : ITC

Les importations des États-Unis proviennent du Canada à 50 %, des Émirats Arabes Unis à 14 %, de Russie à 9 %…

Recyclage

L’aluminium recyclé est appelé aluminium de deuxième fusion ou d’affinage ou secondaire.

Origines

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.

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.

Sources

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

Une autre source importante, particulièrement aux États-Unis, sont les boîtes-boisson.

Quelques chiffres

De 1886 à 2018, sur une production totale d’aluminium de 1 400 millions de t, 1 039 millions de t sont encore en utilisation dans les secteurs suivants :

  • à 34 % dans les bâtiments,
  • à 30 % dans les transports,
  • à 25 % dans les équipements électriques et mécaniques,
  • à 1 % dans les emballages.

Ce stock représentant environ 75 % de l’aluminium produit est susceptible d’être recyclé.

L’économie circulaire de l’aluminium en 2016, en millions de t de Al contenu, d’après « Global aluminium flow 2016 », 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.

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.

Dans le monde, le recyclage représente :

  • Aux États-Unis, en 2018, recyclage de 3,7 millions de t, à 42 % de produits usagés (dont les boîtes-boisson représentent 44 % de la masse totale) et de 58 % de chutes de fabrication. Dans ce pays, en 2018, 60,9 milliards de boîtes-boisson ont été recyclés soit 63,6 %, la consommation ayant été de 88,4 milliards de boîtes.
  • En Europe, en 2015, le recyclage a représenté 10,5 millions de t, avec 220 usines. En Europe, en 2017, recyclage de 74,5 % des boîtes boisson en aluminium, avec un taux de 99 % en Allemagne, 98 %  Finlande, 96 % en Belgique, 72 %  au Royaume Uni, 58 % en France.
    • 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.
  • La production japonaise est exclusivement secondaire avec, en 2018, 826 600 t.

Situation française

Productions : en 2018, la production d’Al 1ère fusion était de 390 000 t tandis que celle de 2ème fusion était de 496 000 t.

Commerce extérieur : en 2018.

Les exportations d’aluminium non allié brut étaient de 48 768 t, à destination à :

  • 38 % de l’Allemagne,
  • 32 % de l’Italie,
  • 7 % de l’Espagne.

Les importations d’aluminium non allié brut étaient de 149 340 t, en provenance à :

  • 32 % de Russie,
  • 12 % d’Arabie Saoudite,
  • 8 % d’Islande,
  • 8 % des Émirats Arabes Unis.

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.
  • Le groupe Liberty, a acquis fin 2018 auprès de Rio Tinto l’usine d’aluminium primaire de Dunkerque (59), avec une production de 284 000 t, en 2018.

Utilisations

Consommations d’aluminium primaire, en 2018 : monde : 62,719 millions de t.

en milliers de t
Chine 35 521 Inde 1 750
États-Unis 4 630 Corée du Sud 1 151
Allemagne 2 139 Turquie 954
Japon 1 979 Italie 951

Source : « Commodity markets outlook », World Bank, oct. 2019

L’ensemble de la consommation mondiale d’aluminium totale, avec l’aluminium recyclé, dans le monde, en 2017 était de 87,5 millions de t dont :

  • 47 % en Chine,
  • 18 % dans le reste de l’Asie,
  • 16 % en Europe,
  • 14 % en Amérique du Nord.

Secteurs d’utilisation

Les principaux secteurs d’utilisation étaient, en 2018, dans le monde :

Transports 27%
Construction 25%
Électricité 11 %
Équipements 11 %
Emballages 7 %

Source : Hydro

Formes d’utilisation

En Europe, en 2011, sur un total de 13,2 millions de t de demi-produits issus d’aluminium de première et de deuxième fusion, il a été produit :

  • demi-produits laminés : 4,5 millions de t dont 1 million de t de feuilles,
  • demi-produits extrudés : 3 millions de t,
  • fil, poudre… : 1,2 million de t,
  • fonderie : 3,2 millions de t.

En 2018, en Europe, les demi-produits laminés ont représenté 5,321 millions de t. Ils ont été destinés à :

  • 22 % pour l’emballage,
  • 22 % pour les transports,
  • 18 % pour les feuilles minces,
  • 11 % pour la construction.

Les demi-produits extrudés ont représenté 3,242 millions de t, destinées à

  • 39 % à la construction,
  • 24 % au transport,
  • 10 % aux équipements mécaniques,
  • 4 % aux équipements électriques.

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

La consommation mondiale, en 2015, était de 320 milliards de boîtes, en fer blanc ou en aluminium, dont 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.

L’aluminium concurrence l’acier (voir le chapitre fer-blanc) 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 %.

Aux États-Unis, la consommation a été de 88,4 milliards de boîtes en 2018 soit 1,1 million de t de Al. En 2018, 63,6 % des boîtes sont récupérées après utilisation, représentant 682 621 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 %.

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 paticulière, dans l’Union européenne, il y avait, en 2019, en moyenne, 179 kg d’aluminium (28 kg en 1973, 50 kg en 1990, 140 kg en 2012). L’Audi-e-tron en renferme 804 kg, la Range Rover, 794 kg.

Dans les véhicules courants, en 2019, dans l’Union européenne, l’aluminium est présent sous forme d’alliages de fonderie à 65 %, de tôles laminées à 19 %, de profilés extrudés à 11 % et de pièces forgées à 5 %.

En moyenne, en 2019, dans l’Union européenne, l’aluminium est présent à 23 % dans le moteur, 21 % dans les jantes, 11 % dans les transmissions, 11 % dans le châssis, 11 % dans les systèmes d’évacuation de la chaleur, 8 % dans la carrosserie, 7 % dans les portes…

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 %.

De 1953 à 1957, la Dyna Z de Panhard avait une carrosserie en aluminium.

Voir également les alliages d’aluminium.

Autres utilisations

L’aluminium est aussi utilisé dans les cas suivants :

  • Feuilles minces : selon la normalisation, leur épaisseur est comprise entre 6 micromètres et 200 μm. En 2018, la production européenne a été de 942 500 t.
  • Métallisation, sous vide, de polymères, de papiers, utilisés en emballage alimentaire, condensateurs. Par exemple, les emballages alimentaires en carton pour conservation du lait sont constitués d’un matériau multicouche : 74 % en masse de papier, 21 % de polyéthylène, 5 % d’aluminium.
  • Sidérurgie : l’aluminium est utilisé pour désoxyder les aciers. Dans les installations les plus récentes de métallurgie en poche, la consommation est réduite à 1 kg de Al/t d’acier.
  • Navires à grande vitesse.
  • Aluminothermie : dans l’industrie d’élaboration des ferro-alliages (de Mo, de V, de Ti) et du chrome, ainsi que pour la soudure des rails. Les rails du TGV longs de 18 m sont soudés électriquement, en usine, pour donner des rails de 244 m eux-mêmes soudés sur la voie par aluminothermie. En France, de 130 à 150 000 soudures sont ainsi effectuées par an, soit une consommation de l’ordre de 1 000 t de Al/an.
  • Bâtiment : en Europe de l’ouest, en 2006, utilisation de 2,9 millions de t d’aluminium dont 1,7 million de t sous forme de profilés extrudés, 1 million de t de tôles laminées et 200 000 t dans des alliages de fonderie. Réalisations importantes : Institut du Monde Arabe, Arche de la Défense (800 t d’aluminium). L’aluminium pour le bâtiment subit un traitement de surface par anodisation (couche de 5 à 25 micromètres d’oxyde) ou par laquage.
  • Poudre d’aluminium : utilisée comme propergol pour les « boosters » de la fusée Ariane (36 t/fusée). Employée pour élaborer les bétons cellulaires. En milieu basique (cas les ciments) Al donne un dégagement de dihydrogène qui forme des pores et donc allège le ciment.
  • Chimie : production de AlCl3 par combustion de l’aluminium dans le dichlore. Utilisation comme catalyseur dans les synthèses de Friedel et Crafts.

Bibliographie

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