PRESENTATION DE L'ALUMINIUM, DE SON EXTRACTION A SON UTILISATION DANS LA FABRICATION D'UN SMARTPHONE - Commentaire de la vidéo

PRESENTATION DE L’ALUMINIUM, DE
SON EXTRACTION A SON UTILISATION
DANS LA FABRICATION D’UN
SMARTPHONE
Commentaire de la vidéo

Aluminium : de l’extraction à la fabrication d’un smartphone                          Février 2018

   Présentation de l’aluminium, de son extraction à son utilisation
                dans la fabrication d’un smartphone
Lien vers la vidéo
https://www.youtube.com/watch?v=aE1lkxu4BBY

Contenu
Ce document s’adresse aux enseignants dans le cadre de leur cours. Il propose une vidéo et son
commentaire d’accompagnement. Grâce à eux, les enseignants pourront introduire les principaux
aspects de la production de l’aluminium en suivant son parcours, de l’extraction du sol jusqu’à son
utilisation dans la fabrication d’un smartphone.

Source
Maxime Evrard, laboratoire GeMMe de l’Université de Liège, décembre 2017

Durée : 1 minute 54

Introduction générale
Cette vidéo peut être présentée dans le cadre d’un cours de géographie ou de chimie. Elle aborde
la question de l’aluminium et plus particulièrement de son extraction et de sa production.

Cette activité constitue une bonne introduction à l’étude plus approfondie de différentes matières,
qu’elles relèvent de la géographie, de la physique, de la chimie ou de la géologie.

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Aluminium : de l’extraction à la fabrication d’un smartphone                             Février 2018

Guide du professeur
Présentation de la vidéo avant son visionnage
Vous allez découvrir une courte vidéo sur l’aluminium qui retrace un parcours typique (bien qu’il
en existe d’autres) de l’aluminium, de son extraction jusqu’à son utilisation dans la fabrication de
téléphones portables.

L’aluminium est aujourd’hui considéré comme un produit du quotidien avec lequel on peut, par
exemple, emballer son repas. Il n’en a pourtant pas été toujours ainsi. C’est au milieu du XIXe siècle
qu’est apparue la première production d’aluminium. À cette époque, il était considéré, à l’égal de
l’argent, comme un métal précieux avec lequel on réalisait, par exemple, des bijoux. Ce n’est
qu’après la Seconde Guerre mondiale que l’on a commencé à l’utiliser dans la fabrication industrielle
de nombreux produits. Aujourd’hui banalisés, l’extraction et le traitement de l’aluminium restent
cependant extrêmement énergivores. Il convient donc de ne pas en user à mauvais escient.

Commentaire de la vidéo
Minutage : 0 à 25 secondes. Présentation de l’aluminium et de la mine de Weipa (Australie)
L’aluminium ne se trouve pas tel quel dans la nature mais sous la forme d’hydroxyde d’aluminium
(AIOOH) présente dans des minerais que l’on appelle bauxite. Pour qu’un gisement soit
économiquement viable, il faut que la roche extraite de la mine soit constituée d’au moins 24 %
d’aluminium.

Ces conditions sont notamment rassemblées dans les sols tropicaux (les pluies abondantes et
l’humidité favorisent la concentration en Aluminium dans les roches en raison de la lixiviation
d’autres éléments chimiques tels que le magnésium, le sodium, le potassium, le silicium…
composants la roche initiale) comme à Weipa, dans le nord de l’Australie. Sur place, la bauxite est
broyée et lavée avant d’être transportée.

Minutage : 26 à 42 secondes. Traitement du concentré d’aluminium.
La bauxite broyée est ensuite envoyée dans l’Ouest de l’Australie pour y être traité via le procédé
Bayer qui permet de transformer l’hydroxyde d’aluminium en concentré d’alumine (Al2O3).

La bauxite broyée est dissoute avec de la soude caustique (NaOH) à haute température et à forte
pression (5 bars). La mixture est ensuite filtrée afin d’enlever les impuretés, qui, elles, ne se sont
pas dissoutes. Le résidu est appelé boue rouge et est stocké dans d’immenses barrages créés et
contrôlés par l’usine (= lacs artificiels rouges sur l’image satellite).

                              Figure 1 : Illustration du procédé Bayer
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Minutage : 43 secondes à 1 minute 07. Vers le lingot d’aluminium
L’aluminium se présente à cette étape sous forme d’un composé soluble (NaALO2). Cette solution
est chauffée et transférée dans de grandes cellules où la solution chaude va refroidir et précipiter
sous la forme de très fins cristaux d’hydroxydes d’aluminium. Suite à ce processus, l’oxyde
d’aluminium (Al2O3) est récupéré par filtrage et envoyé dans des cellules d’électrolyse afin de
produire l’aluminium métallique.

Pour aller plus loin – l’électrolyse
Le procédé consiste à réduire par électrolyse de l’alumine dissoute dans un bain de cryolithe (fluorure
double d’aluminium et de sodium – AlF3, 3NaF) fondue à environ 950 °C, dans une cuve traversée par
un courant électrique de haute intensité.
Ainsi soumis à l’action du courant électrique continu (c’est-à-dire passant toujours dans le même
sens), les ions sont transportés aux deux électrodes.
L’électrode positive, l’anode, par où entre le courant, attire les ions négatifs, l’oxygène (O--). L’anode
est placée en haut du creuset où s’effectue l’électrolyse ; l’oxygène peut ainsi se dégager sous forme
de CO2 gazeux, après avoir brûlé le carbone qui constitue l’anode.
L’électrode négative, la cathode, par où sort le courant, attire les ions positifs, l’aluminium (Al+++). La
cathode est située au fond du creuset où l’aluminium plus lourd que le bain se dépose et reste sous
forme d’une couche liquide.
Le phénomène global se traduit par la réaction : 2 Al2O3 + 3 C = 4 Al + 3CO2

Ce processus est extrêmement énergivore (15kWh par kg d’aluminium), raison pour laquelle
l’aluminium est traité dans des régions (ici l’usine est à Dubaï) où les énergies sont peu chères
grâce à leurs abondantes réserves de gaz et de pétrole ou d’énergies renouvelables (comme en
Islande).

Minutage : 1 minute 07 à 1 minute 32. Du lingot d’aluminium à son utilisation dans l’industrie
L’aluminium transformé en lingots se disperse alors aux quatre coins de la planète pour rejoindre
les différentes usines qui l’utilisent comme matière première. L’utilisation de l’aluminium est large
et variée. Ici, il sert à la fabrication de la structure de smartphone dans une usine chinoise.

Minutage : 1 minute 33 à 1 minute 54. Le smartphone
De l’extraction à l’arrivée du téléphone sur le marché européen, l’aluminium a traversé près de 4
continents.

Il est, de plus, un des nombreux éléments qui constituent nos téléphones. On estime ainsi qu’une
quarantaine de sites d’extractions aux quatre coins de la planète sont nécessaires pour extraire les
éléments que l’on retrouve dans les smartphones.

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 Pour aller plus loin. La formation de l’aluminium
 Le minerai d’aluminium (la bauxite) se forme par altération météorique intense d’une roche
 « lambda » contenant naturellement de l’aluminium. Cette roche mère peut ainsi être un granit, un
 grès ou un calcaire argileux. Cette altération à la particularité d’être liée à un climat de type tropical
 humide, alternant des saisons sèches et saisons très humides.
 Un granit par exemple, est ainsi constitué de nombreux minéraux tels que l’orthose (KAlSi 3O8),
 l’anorthosite (Ca Al2Si2O8), du quartz (SiO2), biotite K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Si3AlO10) ou muscovite
 KAl2(AlSi3O10)(OH,F)2.
 L’altération intense (ou Hydrolyse totale) de l’orthose se traduit ainsi par le lessivage des éléments
 les moins résistants à l’érosion tels que K et Si, augmentant ainsi la concentration résiduelle en
 hydroxydes d’Al (Gibbsite, Boehmite, Diaspore). Voici la réaction :

       (Si3Al)O8K       +    16 H2O      ------------------->       Al(OH)3      +    (K+, OH-)

           orthose     +       eau                               gibbsite        solution de lessivage

 Le même raisonnement peut être appliqués pour l’anorthosite et la muscovite.

 Le lessivage d’une roche provoque l’apparition de plusieurs horizons pédologiques (= « couches »
 dans le sol) dont le sol est la couche superficielle (figure 1). Dans le cas de profiles latéritiques des
 gisements d’aluminium, la bauxite est ainsi la « couche de roches » localisée entre la roche mère
 initiale (= notre granit par ex) et la croute ferrugineuse localisée en dessous du sol (figure 1). Cet
 horizon peut atteindre plus de 100 m d’épaisseurs par endroits.

 Figure 2 : 3 profils d’altérations entrainant la formation des gisements de bauxite (Al) et de Nickel

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This activity has received funding from the European Institute of Innovation and
                                 Technology (EIT),
  a body of the European Union, under the Horizon 2020, the EU Framework
                     Programme for Research and Innovation.

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