L'aluminium est l'un des métaux les plus utilisés ; on le retrouve dans de nombreux produits de consommation courante, de la canette de bière aux pièces détachées pour voitures et avions.
Bien que l'aluminium soit, juste après l'acier, le métal le plus utilisé par l'homme, il n'existe pas à l'état naturel dans l'environnement, et sa production est un processus complexe et gourmand en énergie.
Les trois étapes de la production de l'aluminium
Chaque année, environ 390 millions de tonnes de roche de bauxite sont produites dans le monde, dont 85% est utilisé pour la production d'aluminium.
La bauxite n'est pas un minéral à proprement parler, mais une roche sédimentaire argileuse, composée principalement d'oxydes d'aluminium hydratés (hydrargilite, bémite ou diaspore), qui se forme dans les climats tropicaux et subtropicaux. Les minéraux associés aux gisements de bauxite sont le plus souvent des minéraux argileux, de la silice, ainsi que des oxydes et hydroxydes de fer. Elles se forment en plus grande quantité dans les zones d'altération des roches aluminosilicatées sous un climat chaud ; c'est pourquoi l'exploitation minière de la bauxite est la plus développée en Australie, au Brésil, en Chine, en Amérique centrale, en Afrique, en France et en Grèce. En Pologne, on trouve notamment des bauxites près de Nowa Ruda, en Basse-Silésie.
Une fois extrait, le bauxite est raffiné pour obtenir de l'oxyde d'aluminium, qui est ensuite transformé en aluminium.
L'aluminium est transformé en métal à partir du minerai de bauxite en trois étapes.
Étape 1 : Extraction de la bauxite
Le bauxite est généralement extrait du sol dans des mines à ciel ouvert, et seuls trois pays – l'Australie, la Chine et la Guinée – en sont responsables pour 72% de la production mondiale de bauxite.
| Pays | 2022 Production de bauxite dans la mine (en tonnes) | % sur le total |
|---|---|---|
| Australie | 110,000,000 | 28.2% |
| Chine | 86,000,000 | 22.1% |
| Guinée | 85,000,000 | 21.8% |
| Brésil | 32,000,000 | 8.2% |
| Inde | 22,000,000 | 5.6% |
| Indonésie | 18,000,000 | 4.6% |
| Russie | 6,200,000 | 1.6% |
| Jamaïque | 5,800,000 | 1.5% |
| Kazakhstan | 5,200,000 | 1.3% |
| Arabie saoudite | 4,300,000 | 1.1% |
| Le reste du monde | 15,500,000 | 4.0% |
| Total | 390,000,000 | 100.0% |
L'Australie est le plus grand producteur de bauxite et abrite également la plus grande mine de bauxite au monde, appelée Weipa.
La Guinée, troisième producteur mondial de bauxite, dispose de plus de sept milliards de tonnes de réserves de bauxite, soit plus que n'importe quel autre pays au monde. De plus, la Guinée est le premier exportateur mondial de bauxite. Pas moins de 76% Les exportations de la Guinée sont destinées à la Chine.
Une fois le bauxite extrait du sol, il est acheminé vers une fonderie afin d'y produire de l'oxyde d'aluminium, ce qui constitue la deuxième étape du processus de production.
Étape 2 : Production d'oxyde d'aluminium
En 1890, le chimiste autrichien Carl Josef Bayer a inventé un procédé révolutionnaire d'extraction de l'oxyde d'aluminium à partir du bauxite. Aujourd'hui, plus de 100 ans plus tard, environ 90% L'usine utilise toujours le procédé Bayer pour le raffinage de la bauxite.
Les quatre étapes clés du procédé de Bayer :
- Mineralisation :
Le bauxite est mélangé à de l'hydroxyde de sodium, puis chauffé sous pression. À ce stade, l'hydroxyde de sodium dissout de manière sélective l'oxyde d'aluminium présent dans le bauxite, laissant les autres minéraux sous forme d'impuretés. - Filtration :
Les impuretés sont séparées et filtrées de la solution, formant un résidu appelé « boue rouge ». Une fois la boue éliminée, l'oxyde d'aluminium se transforme en alumine de sodium. - Précipitation :
La solution d'aluminate de sodium est refroidie et précipitée sous forme solide et cristallisée d'hydroxyde d'aluminium. - Calcination :
Les cristaux d'hydroxyde d'aluminium sont lavés puis chauffés dans des calcinateurs, ce qui permet d'obtenir de l'oxyde d'aluminium pur, une matière de couleur blanc sable.
Les boues générées lors du processus de production de l'oxyde d'aluminium constituent un grave problème environnemental. Pour chaque tonne d'oxyde d'aluminium, les fonderies produisent 1,2 tonne de boues rouges, qui sont stockées sans que l'on sache vraiment quoi en faire par la suite. Actuellement, plus de trois milliards de tonnes de ce matériau.
La Chine est le deuxième producteur mondial d'alumine et le premier importateur de bauxite, fournissant plus de la moitié de l'oxyde d'aluminium mondial.
| Pays | Production d'oxyde d'aluminium en 2022 (tonnes) | % sur le total |
|---|---|---|
| Chine | 74,000,000 | 53% |
| Australie | 21,000,000 | 15% |
| Brésil | 11,000,000 | 8% |
| Inde | 6,800,000 | 5% |
| Russie | 3,100,000 | 2% |
| Allemagne | 1,900,000 | 1% |
| Irlande | 1,900,000 | 1% |
| Arabie saoudite | 1,800,000 | 1% |
| Ukraine | 1,700,000 | 1% |
| Espagne | 1,600,000 | 1% |
| Le reste du monde | 15,100,000 | 11% |
| Total | 139,900,000 | 100% |
L'oxyde d'aluminium est utilisé dans de nombreux secteurs industriels, notamment dans la fabrication de plastiques, de cosmétiques et de produits chimiques. Néanmoins, 85% L'argile est transformée en aluminium.
Étape 3 : Production d'aluminium
L'oxyde d'aluminium est transformé en aluminium par réduction électrolytique. Outre l'oxyde d'aluminium lui-même, la production d'aluminium nécessite cryolite ainsi qu’une grande quantité d’électricité.
Le cryolite est principalement utilisé comme fondant permettant d'abaisser la température dans le processus de production électrolytique aluminium. En raison de la forte demande et de sa rareté, on utilise actuellement un composé synthétique.
Voici un schéma simplifié du processus de production de l'aluminium :
- Dans les fonderies d'aluminium, des centaines de cuves électrolytiques, ainsi que leurs cellules de réduction, sont remplies de cryolite fondue.
- L'oxyde d'aluminium (composé de deux atomes d'aluminium et de trois atomes d'oxygène) est ensuite versé dans ces cuves, où un courant électrique puissant rompt la liaison chimique entre les atomes d'aluminium et d'oxygène.
- À la suite de l'électrolyse, de l'aluminium liquide pur se dépose au fond de la cellule ; il est ensuite purifié et coulé sous différentes formes et tailles.
La Chine est le plus grand producteur d'aluminium, mais aussi son plus grand consommateur. L'Inde, pays voisin de la Chine, est le deuxième producteur mondial, avec une production représentant à peine un dixième de celle de la Chine.
| Pays | 2021 Production des fonderies d'aluminium (tonnes) | % sur le total |
|---|---|---|
| Chine | 39,000,000 | 59% |
| Inde | 3,900,000 | 6% |
| Russie | 3,700,000 | 6% |
| Canada | 3,100,000 | 5% |
| Émirats arabes unis | 2,600,000 | 4% |
| Australie | 1,600,000 | 2% |
| Bahreïn | 1,500,000 | 2% |
| Islande | 880 | 1% |
| États-Unis | 880 | 1% |
| Le reste du monde | 9,400,000 | 14% |
| Total | 66,560,000 | 100% |
Tout comme pour la production d'oxyde d'aluminium, certains pays producteurs de bauxite et d'oxyde d'aluminium produisent également de l'aluminium. C'est le cas notamment de l'Inde, de l'Australie et de la Russie.
En 2022, le marché mondial de l'aluminium a été évalué à environ 245,7 milliards de dollars, on prévoit que d'ici 2030, la taille du marché de l'aluminium aura presque doublé pour atteindre 498,5 milliards de dollars américains.
