Aluminium, les propriétés: conductivité, résistance, températures

Qu’est-ce que l’aluminium? Il s’agit d’un élément chimique que l’on trouve naturellement sur la surface de la Terre. Il est le plus présent sachant qu’il constitue environ 8 % de la croûte de notre planète. Il est très polyvalent et, pour cette raison, il est actuellement le deuxième métal le plus utilisé après l’acier et est utilisé de la production de voitures, dans l'usinage CNC à la construction de bâtiments. En quelques décennies, depuis le début de sa production industrielle, la demande mondiale d’aluminium a rapidement grimpé en flèche pour atteindre environ 29 millions de tonnes par an, où environ 22 millions de tonnes sont de l’aluminium vierge et 7 millions de tonnes sont recyclées à partir de ferraille. Il convient de noter que l’aluminium est l’un des métaux les plus utilisés dans l’ingénierie car il présente un meilleur rapport résistance/poids que l’acier.

Caractéristiques, propriétés et avantages de l’aluminium

Les avantages de l’aluminium sont associés à ses propriétés remarquables. Découvrons-les :

• Résistance à la corrosion

Lorsque l’aluminium est exposé à l’air et à l’humidité, il se forme une couche d’oxyde qui protège la surface de toute oxydation ultérieure. Cette couche d’oxyde autoprotectrice confère à l’aluminium sa résistance contre la détérioration due aux agents atmosphériques ou aux milieux industriels. Des traitements d’anodisation peuvent également être utilisés pour améliorer la résistance de la couche d’oxyde superficielle.

• Conductivité thermique et électrique

L’aluminium est un excellent conducteur de la chaleur et de l’électricité. La conductivité thermique de l’aluminium est d’environ 50-60 pour cent de celle du cuivre, ce qui le rend très adapté dans la production à grande échelle d’ustensiles de cuisine. La conductivité thermique se réfère au transfert d’un système à un autre ; par conséquent, les échangeurs de chaleur en aluminium sont utilisés dans les industries chimique, alimentaire et aéronautique. La conductivité élevée de l’aluminium (1350) est d’environ 62 pour cent de la norme internationale pour le cuivre recuit, et en fait un bon conducteur électrique à un tiers du poids spécifique du cuivre.

• Réflectivité

L’aluminium lisse présente une réflectivité élevée sur le spectre électromagnétique des ondes radio et dans la gamme infrarouge et thermique. Il réfléchit environ 80 % de la lumière et 90 % de la chaleur qui frappe sa surface. Cette réflectivité élevée confère à l’aluminium un bel aspect esthétique et le rend efficace contre la lumière et le rayonnement thermique dans des applications telles que les toitures et les écrans thermiques pour véhicules automobiles.

• Non-toxicité

La nature non toxique de l’aluminium a été découverte il y a des siècles lors de sa première utilisation industrielle. Cette caractéristique le rend approprié pour une utilisation dans des ustensiles de cuisine sans effets nocifs sur le corps humain. Il permet aussi, grâce à cela, être utilisé dans les enveloppes d’aluminium dans l’industrie alimentaire et dans l’usage quotidien en cuisine.

• Recyclabilité

Le recyclage de l’aluminium est inégalé. En particulier, il n’y a pas de différence significative des propriétés entre l’aluminium recyclé et l’aluminium vierge. Environ 5 % de l’énergie utilisée dans la production d’aluminium vierge est nécessaire pour recycler l’aluminium. Actuellement, environ 60 % de l’aluminium est recyclé à la fin de son cycle de vie.

• Possibilités de finition

Pour la plupart de ses applications, l’aluminium n’a pas besoin de revêtement protecteur. Pour le reste, les techniques de finition telles que le grenaillage ou le brossage répondent à la plupart des besoins de finition et, dans la plupart des cas, le fini de surface utilisé suffit et ne requiert de finition supplémentaire. Cependant, lorsque cette dernière est nécessaire, une large gamme de finitions de surface telles que des peintures ou des finitions électrochimiques comme l’anodisation peut être appliquée.

• Résistance

L’aluminium pur à usage commercial présente une résistance à la traction de 90 MPa, ce qui le rend très utile pour les matériaux structuraux. Grâce à des processus tels que le laminage à froid, il peut être rendu encore plus fort. Une augmentation ultérieure de la résistance est obtenue en le liant avec des éléments tels que le cuivre, le manganèse et le silicium à des pourcentages mesurés. Les alliages d’aluminium sont beaucoup plus résistants et peuvent être encore renforcés par un traitement thermique.

• Rapport poids/résistance élevé

Le rapport poids/résistance de l’aluminium est beaucoup plus élevé que celui de l’acier de construction. Cette caractéristique le rend approprié pour la conception et la construction de structures robustes et légères avec de nombreux avantages pour les structures mobiles, telles que les navires, les véhicules et les avions.

• Facilité de fabrication

La facilité de fabrication de l’aluminium est l’une de ses caractéristiques les plus importantes. L’aluminium peut être fabriqué dans l’épaisseur désirée jusqu’à ce qu’il soit plus mince qu’une feuille de papier ou dans des fils très minces, des feuilles d’aluminium qui peuvent être formées en rouleau, moulées et étirées. Essentiellement, la rapidité et la facilité avec lesquelles l’aluminium est traité contribuent de manière significative à son faible coût de production. L’aluminium métallique peut être facilement tourné, fraisé et alésé à grande vitesse.

• Ductile et malléable

L’aluminium est malléable, ce qui signifie qu’il peut être travaillé pour devenir des fils minces sans se casser. Cependant, sa ductilité est inférieure à celle du cuivre. L’aluminium a également une faible densité et un faible point de fusion. Il peut être fondu de différentes manières grâce à sa flexibilité pour produire les produits souhaités tels que des feuilles, des tubes et des barres.

• Résistance à basse température

L’aluminium et ses alliages se sont révélés utilisables à basse température. Contrairement à d’autres métaux tels que l’acier, qui deviennent fragiles avec l’exposition à de basses températures, l’aluminium et ses alliages deviennent plus forts. Non seulement la résistance augmente aux basses températures, mais aussi la résistance à la traction et aux chocs. En outre, la résistance à la corrosion de l’aluminium augmente également dans ces conditions, ce qui le rend approprié pour une utilisation dans des régions froides.

• Imperméable et inodore

L’aluminium, même s’il est laminé sous forme de feuille de 0,007 mm, est suffisamment imperméable et n’émet ni odeur ni ne laisse de goût.

• Non magnétique

L’aluminium n’attire pas les aimants et cette caractéristique le rend idéal pour protéger les antennes et les disques d’ordinateur.

• Absorption acoustique et des chocs

L’aluminium est un bon amortisseur de bruit, ce qui le rend idéal pour la construction de plafonds de toit et d’amortisseurs de chocs dans les voitures. La mousse d’aluminium, sa porosité, la composition du matériau, l’épaisseur et les différents types de traitement la rendent encore plus imperméable au bruit et aux chocs.

Sources et lectures complémentaires :

Aluminium Alloy - General Information - Introduction to Aluminium and its alloys. Aalco.co.uk. Retrieved 27 May 2020, from http://www.aalco.co.uk/datasheets/Aluminium-Alloy_Introduction-to-Aluminium-and-its-alloys_9.ashx.

Asminternational.org. (2020). Key Characteristics of Aluminum. Asminternational.org. Retrieved 27 May 2020, from https://www.asminternational.org/documents/10192/3456792/06787G_Sample.pdf/c4151917-99fc-46e8-a310-d5578d0af160.

DJUKANOVIC, G. (2016). Aluminium alloys in shipbuilding – a fast growing trend. Aluminiuminsider.com. Retrieved 27 May 2020, from https://aluminiuminsider.com/aluminium-alloys-in-shipbuilding-a-fast-growing-trend/.