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Réactivité et corrosion de l'aluminium

Dossier - L'Aluminium un métal d'exception
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L’aluminium est incontestablement le plus important en tonnage des métaux non ferreux et cette importance industrielle est en progression. Par ailleurs il est très abondant puisqu’il constitue 7.45% en masse de la lithosphère : argiles, micas, feldspaths sont constitués d’oxydes d’aluminium et de silicium.

  
DossiersL'Aluminium un métal d'exception
 

1 - Réactivité de la couche d’alumine

L'alumine est un produit ionique non hydratable, irréductible par voie chimique. La bauxite est le seul cas d'alumine hydratée. Par déshydratation de la bauxite on obtient :

--- soit de l'alumine alpha - le corindon - de structure compacte et très réfractaire, son PF est supérieur à 2000 degrés Celsius et on peut y fondre pratiquement n'importe quel métal. Cette alumine avec quelques impuretés n'est rien d'autre que le saphir si c'est du fer II ou du titane,

Saphir © Université de Lyon

ou le rubis avec des traces de chrome,

Rubis © Université de Lyon

ou l'améthyste orientale avec du manganèse III.

--- soit l'alumine gamma, qui vers 800 degré, s'organise en alumine alpha, et dont la structure est désorganisée. C'est un absorbant puissant utilisé comme catalyseur de déshydratation et en chromatographie.

La bonne résistance de l'aluminium à la corrosion est due à la capacité de sa surface à devenir passive. Ceci est lié à une réaction rapide de l'aluminium avec l'oxygène de l'environnement qui permet de créer une couche d'oxyde fine et amorphe formée par l'air (couche d'alumine, de 1-10 nm) qui protège le métal. Pour les surfaces lisses, l'aluminium serait protégé, dans l'idéal, par une couche d'oxyde continue.

Au contact de l'humidité de l'environnement ou lors d'une immersion dans l'eau bouillante, la surface externe de la couche d'alumine est hydratée. La perte d'aluminium transformée en produits de corrosion est faible. L'immersion de l'aluminium dans l'eau bouillante est appelé boehmitage (formation de boehmite Al2O3.H2O) et est utilisée industriellement pour améliorer les propriétés de l'aluminium contre la corrosion.

Boehmite © Jeff Weissman / Photographic Guide to Mineral Species

La couche d'alumine se dissout lors d'un contact avec des acides (fluorhydrique ou phosphorique ) ou des alcalis (NaOH). De ce fait, une corrosion rapide de l'aluminium a lieu en raison de l'absence de l'alumine. Mais la couche d'oxyde ne se dissout pas dans un acide nitrique concentré (HNO3). En effet cet acide a un potentiel redox élevé qui favorise la passivation de l'alumine.

2 - Le comportement de l'aluminium à la corrosion

Il dépend des propriétés de surface et des couches qui sont à proximité.
Malheureusement, les surfaces d'aluminium ne sont pas parfaites.

- Défauts créés lors de la fabrication ou de la manipulation tels que : rayures, macro-rugosité (ex : traces de laminage), calamine ou lubrifiants

- Défauts liés à la microstructure tels que : joints de grains intermétalliques
La surface occupée par de tels défauts est faible 0,2% de la surface est touchée ; mais elle est importante pour les performances contre la corrosion et la durée de vie. Le comportement physique, chimique et électrochimique de tels défauts est différent de celui de la surface macroscopique de l'aluminium.

A - La corrosion galvanique

C'est une corrosion localisée qui se produit chaque fois que deux métaux ou alliages ayant une différence de potentiel d'au moins 50 mV se retrouvent en contact direct et avec un électrolyte corrosif.  Le moins noble des deux métaux ou alliages fera office d'anode pendant la réaction de corrosion.

Dans cet exemple, l'aluminium est le moins noble des deux métaux, et par conséquent, il deviendra l'anode de la réaction de corrosion.

-- Corrosion galvanique aluminium cuivre

Schéma de corrosion galvanique © wikipedia

-- Corrosion de l'aluminium à l'eau salée

Schéma de Corrosion ligne - eau © Wikipedia

B - La corrosion par piqûre

C'est une autre forme de corrosion localisée. La corrosion se produit localement formant des points à la surface du métal, mais ces piqûres peuvent se développer rapidement et finir par perforer la structure. Le nombre de piqûres dépend de l'alliage : par exemple, pour un alliage contenant 4% de cuivre, le nombre de piqûres est de l'ordre de 1000 par cm2.

Piqûre © Wikipedia

Les alliages dans lequel Cu est l'élément d'alliage principal sont particulièrement prédisposés à la corrosion par piqûre.

Schéma piqûre © Wikipedia