ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

ALS Mag / 13 ALS MAG L’autre difficulté est la corrosion 19 . Tous les métaux forment en effet facilement des oxydes (sauf les métaux nobles ou précieux : Or, Argent, Platine, etc). Il s’agit d’éviter cette évolution en service en présence d’oxygène. Pour cela, on dépose des revêtements protecteurs. Ce peut d’ailleurs être la couche d’oxyde elle-même comme pour l’aluminium ou le titane. Pour l’acier, on dépose des couches de zinc ou de chrome. La résistance à la corrosion est un problème difficile car dépendant d’une multitude de paramètres : microstructures, température, nature de l’atmos- phère corrosive, mode de chargement, etc. On voit donc que le développement d’un alliage doit répondre à de nombreuses contraintes pour répondre aux besoins d’une application donnée. Bien évidemment, il faut également rentrer dans des limites économiques acceptables et répondre à la demande de la société en termes d’impact sur l’environnement et la santé. Cela conduit à définir des alliages et des revêtements de plus en plus sophistiqués qui doivent néanmoins être produits industriellement à des coûts acceptables : impossible de définir un matériau sans préciser les procédés pour l’obtenir ! LES PROCÉDÉS Deux sources existent aujourd’hui pour produire les matériaux métalliques : les minerais et le recyclage. La disponibilité des matières premières est très variable suivant le métal considéré. De nombreuses études technico-économiques ont analysé la situation des différents minerais néces- saires pour notre société moderne qui s’étend petit à petit à toute la planète. C’est ainsi que des métaux courants comme le fer ou l’aluminium ne posent pas de gros problèmes d’approvision- nement sur le long terme. Tout au plus, les très bons gisements s’épuisent et la qualité moyenne se dégrade. Le caractère spéculatif du marché mondial conduit à de brusques variations des cours, difficiles à gérer pour les industriels. C’est le cas pour le prix du nickel qui a été multiplié puis divisé par 3 sur quelques années. D’autres métaux sont considérés comme stratégiques 20 car peu disponibles ou soumis à des aléas politiques importants. On peut citer le lithium qui entre dans la composition des nouvelles batteries, le néodyme (dont nous avons parlé plus haut pour le magnétisme), le niobium qui est en situation monopolistique, etc. 21 Le recyclage est utilisé depuis très longtemps pour la plupart des métaux, particulièrement pour ceux qui ont une valeur intrinsèque importante. C’est le cas de l’or et de l’argent, bien sûr, mais aussi du cuivre ou du nickel par exemple. D’autres métaux de grande diffusion sont aussi recyclés dans de grandes proportions comme le fer ou l’aluminium. Compte-tenu de l’appauvrissement des gisements et de l’énergie importante pour produire du métal vierge à partir de minerai, cette voie devrait être privilégiée à terme. Cependant, tant que notre économie mondiale est en croissance, notamment dans des pays comme la Chine, l’Inde ou le Brésil, la consommation de métaux l’est également. Or il y a un laps de temps qui peut être important entre la production d’un bien et son retour dans la boucle de recyclage. Ceci fait que la quantité recyclable est liée à la production d’il y a quelques années (15 ans environ pour l’acier) et non à la production actuelle qui peut être beaucoup plus élevée. Ceci explique que le taux de recyclage d’un métal peut être élevé, par exemple près de 80% pour l’acier, mais que la part produite aujourd’hui par la voie du recyclage soit nettement plus faible (autour de 45% pour l’acier). A terme, la croissance mondiale s’appuiera de moins en moins sur les matériaux et la consommation mondiale va se stabiliser. La production pourrait alors, théoriquement, se faire beaucoup plus par la voie du recyclage jusqu’à un pourcentage proche de celui du taux de recyclage effectif. De facto , des contraintes au niveau des possibilités de tri des matières et de l’exigence sur la qualité chimique des matières à utiliser pour la fabrication vont empêcher d’atteindre ce niveau 22 . La production à partir des minerais dépend évidemment de leur composition chimique. Les minerais sont souvent des oxydes, des sulfures ou des chlorures ; plus rarement un autre élément non métallique. Ceci se fait par réduction en utilisant du carbone (c’est le cas du fer, du silicium, etc.) ou d’autres réducteurs. Ainsi, pour le titane, on commence par substituer le chlore à l’oxygène en présence de carbone puis le magnésium comme réducteur du chlorure formé. Pour des métaux non réductibles facilement, on utilise l’électrolyse comme c’est le cas pour l’aluminium ou le magnésium. L’opération de réduction donne en général un métal qui contient encore des propor- tions de l’élément réducteur qui doit être éliminé par une oxydation sélective. Le tout se passe en général dans des outils de grande taille et à haute température. La consommation énergétique est importante et l’oxydation du carbone donne bien évidemment des oxydes de carbone. Dans le cas du fer 4 , le minerai est enfourné avec du charbon prétraité sous forme de coke dans un haut-fourneau. De l’air est soufflé en bas de l’appareil. L’oxygène réagit avec le carbone du coke pour former du monoxyde de carbone gazeux. Ce dernier vient réduire l’oxyde de fer contenu dans les minerais. Ceci produit des oxydes de carbone qui s’échappent en haut de l’appareil. Le fer liquide, mélangé avec du carbone est extrait en bas de l’appareil : la fonte. Le carbone excédentaire est ensuite éliminé en soufflant de l’oxygène dans une cornue appelée convertisseur pour donner de l’acier.