Al · Élément 13 · Métal post-transitionnel
Autrefois plus précieux que l’or, aujourd’hui le métal le plus utilisé après le fer — parce que quelqu’un a trouvé comment l’électrolyser à bas coût.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe aluminium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 143 pm — soit 0,143 nm ; il en faudrait donc environ 3,5 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Aluminium est liquide dans une plage de 1859 K, de 933 K à 2792 K.
Où il se trouve
Aluminium se trouve dans la période 3, groupe 13. Tous les éléments du groupe 13 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres Métaux post-transitionnels
Tous les métaux post-transitionnelsL’histoire
L’aluminium est le métal miracle qui est passé du statut de métal précieux à celui de métal omniprésent en seulement 100 ans. Autrefois plus précieux que l’or (Napoléon III servait ses hôtes les plus honorés avec des couverts en aluminium, tandis que les invités moins importants recevaient de l’or), ce métal léger est aujourd’hui si courant que nous le jetons. Le Washington Monument est coiffé d’aluminium: en 1884, c’était le métal le plus cher au monde. Le procédé Hall-Héroult a tout changé en 1886, en rendant l’extraction de l’aluminium abordable et en lançant l’ère de l’aviation. Les avions volent parce que l’aluminium est résistant tout en pesant trois fois moins que l’acier. Votre déodorant antitranspirant contient de l’aluminium pour bloquer les glandes sudoripares, tandis que le papier aluminium de votre cuisine réfléchit 95 % du rayonnement infrarouge. Le recyclage de l’aluminium ne nécessite que 5 % de l’énergie requise pour produire de l’aluminium neuf, ce qui rend cette canette de soda recyclable à l’infini.
L’histoire de la découverte de l’aluminium s’étend sur plus de deux millénaires, des civilisations anciennes aux avancées de la chimie du XIXe siècle. Ce récit met en scène des esprits brillants, de l’espionnage industriel et la transformation du « métal des rois » en matériau du quotidien.
L’histoire commence dans la Rome antique vers 400 avant notre ère, où le mot « alumen » désignait des sels astringents utilisés pour la teinture et le tannage. Le naturaliste romain Pliny the Elder (23-79 de notre ère) a documenté les propriétés de l’alun dans son encyclopédie « Naturalis Historia », décrivant sans le savoir des composés de l’aluminium utilisés depuis des siècles.
En 1761, le chimiste français Louis-Bernard Guyton de Morveau a proposé que l’alun contienne un métal alors inconnu, forgeant le terme « alumine » pour désigner ce que nous appelons aujourd’hui l’oxyde d’aluminium. Cela a préparé le terrain pour l’isolement ultérieur du métal.
Le chimiste britannique Sir Humphry Davy (1778-1829) a tenté le premier d’isoler l’aluminium par électrolyse en 1807. À l’aide de sa batterie électrique nouvellement inventée, Davy a réussi à isoler le potassium et le sodium, mais a rencontré des difficultés avec le point de fusion élevé de l’oxyde d’aluminium (2,072°C). Bien qu’il n’ait pas réussi à isoler l’aluminium pur, Davy a nommé le métal hypothétique « aluminum » en 1812, puis l’a changé en « aluminium » pour correspondre aux autres noms d’éléments se terminant par « -ium ».
Le physicien et chimiste danois Hans Christian Ørsted (1777-1851) a réalisé le premier isolement de l’aluminium le August 29, 1825. En utilisant un amalgame de potassium pour réduire le chlorure d’aluminium, Ørsted a produit de minuscules globules métalliques. Sa méthode consistait à chauffer du chlorure d’aluminium avec du potassium dans un tube fermé, créant les premiers échantillons connus d’aluminium métallique.
Le chimiste allemand Friedrich Wöhler (1800-1882) a amélioré la méthode d’Ørsted en utilisant du potassium métallique plutôt qu’un amalgame. Le July 21, 1827, Wöhler a produit de la poudre d’aluminium et de petites billes, devenant le premier à observer les propriétés essentielles de l’aluminium : légèreté, résistance à l’oxydation et éclat métallique. Il a décrit l’aluminium comme ayant « la couleur et l’éclat de l’étain ».
Le chimiste français Henri Étienne Sainte-Claire Deville (1818-1881) a révolutionné la production d’aluminium en 1854. Sa méthode de réduction chimique utilisant le sodium a rendu l’aluminium commercialement viable pour la première fois. L’empereur Napoleon III of France a financé les recherches de Deville, envisageant des armures et des équipements en aluminium pour son armée.
À cette époque, l’aluminium était plus précieux que l’or. Napoleon III présentait des couverts en aluminium lors des dîners officiels, les réservant aux invités les plus honorés tandis que les autres utilisaient des ustensiles en or. Le couronnement du Washington Monument, achevé en 1884, était constitué de 100 onces d’aluminium, dont la valeur équivalait alors au salaire annuel d’un ouvrier.
Deux jeunes chimistes brillants ont découvert indépendamment le procédé électrolytique qui a démocratisé l’aluminium :
À 22 ans, travaillant dans le hangar à bois de sa famille à Oberlin, dans l’Ohio, Hall a découvert l’électrolyse de l’aluminium le February 23, 1886. À l’aide des poêles en fer de sa sœur Julia et d’une batterie électrique fabriquée maison, Hall a dissous de l’oxyde d’aluminium dans de la cryolite fondue et y a fait passer un courant électrique, produisant des gouttelettes d’aluminium pur.
Également âgé de 22 ans, Héroult a fait la même découverte deux mois plus tard, le April 9, 1886. Travaillant dans la tannerie de son père à Gentilly, en France, Héroult a développé indépendamment un procédé identique. Les deux hommes sont nés en 1863 et morts en 1914, une remarquable coïncidence dans l’histoire des sciences.
Le procédé Hall-Héroult a fait baisser le prix de l’aluminium de $545 par livre (années 1850) à $0.68 par livre (1900), soit une réduction de prix de 99,8 %. Cette avancée a lancé l’industrie moderne de l’aluminium:
L’industrie mondiale de l’aluminium produit aujourd’hui plus de 65 millions de tonnes par an, permettant l’aviation moderne, l’exploration spatiale et les emballages durables. Le procédé Hall-Héroult, essentiellement inchangé depuis 1886, demeure la base de la production d’aluminium dans le monde entier, témoignant de l’ingéniosité de deux chimistes de 22 ans qui ont transformé la civilisation.
Applications
La combinaison unique de légèreté, de résistance et de résistance à la corrosion de l’aluminium le rend central dans de nombreux secteurs. Avec une masse volumique de seulement 2.7 g/cm³ — environ un tiers de celle de l’acier — l’aluminium a révolutionné les transports et la construction.
L’industrie aérospatiale consomme près de 20 % de la production mondiale d’aluminium. Les structures des avions utilisent l’alliage d’aluminium 2024 (Al-Cu-Mg) pour la construction des fuselages, offrant un rapport résistance/masse exceptionnel. Le Boeing 787 Dreamliner contient plus de 20 % d’aluminium en masse, tandis que les avions de chasse modernes comme le F-35 Lightning II utilisent des alliages avancés aluminium-lithium, 10 % plus légers et 15 % plus rigides que les alliages d’aluminium classiques.
Les véhicules modernes intègrent de l’aluminium dans les blocs moteurs, les carters de transmission et les panneaux de carrosserie. Le Ford F-150 (2015+) possède une carrosserie entièrement en aluminium qui a réduit sa masse de 700 pounds, améliorant son efficacité énergétique de 20 %. La Tesla Model S utilise une structure spatiale en aluminium, l’alliage d’aluminium 6061-T6 offrant une protection optimale en cas de collision tout en préservant l’intégrité structurelle.
Les applications architecturales de l’aluminium comprennent les murs-rideaux, les cadres de fenêtres et les systèmes de toiture. Le procédé d’anodisation crée une couche d’oxyde protectrice pouvant atteindre 25 micrometers d’épaisseur, offrant une résistance supérieure aux intempéries. Le Burj Khalifa de Dubaï utilise plus de 1,500 tonnes d’aluminium dans son système de façade, tandis que les coques caractéristiques de l’Opéra de Sydney sont revêtues de tuiles en aluminium à motif chevron.
La conductivité électrique de l’aluminium (37.7 MS/m) le rend idéal pour le transport de l’électricité. Les câbles Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR) transportent l’électricité d’un continent à l’autre, l’aluminium assurant la conductivité tandis que l’âme en acier apporte la résistance à la traction. Les lignes de transport à haute tension utilisent l’aluminium parce que sa masse plus faible nécessite moins de pylônes de soutien que le cuivre.
Les appareils électroniques exploitent la conductivité thermique de l’aluminium (205 W/m·K) pour dissiper la chaleur. Les boîtiers des MacBook sont usinés dans des blocs d’aluminium monolithiques par fraisage CNC, tandis que les châssis de smartphones utilisent l’alliage d’aluminium 6013 pour assurer un blindage électromagnétique. Les dissipateurs thermiques des LED utilisent les propriétés thermiques de l’aluminium pour prévenir la surchauffe et prolonger la durée de vie des composants.
L’aluminium s’intègre à notre quotidien de countless façons, souvent de manière invisible, mais toujours essentielle. Du moment où nous nous réveillons jusqu’à celui où nous nous endormons, des produits en aluminium nous entourent.
Les Américains consomment environ 54 milliards de canettes en aluminium chaque année — cela représente environ 170 canettes par personne. Si ces canettes étaient alignées bout à bout, elles feraient plus de 160 fois le tour de la Terre.
D’où il vient
82300 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 98 % des éléments
L’aluminium est le troisième élément le plus abondant de la croûte terrestre : il en représente environ 8.23 % en masse — il est donc plus courant que le fer. Malgré cette abondance, l’aluminium n’existe jamais sous forme métallique pure dans la nature en raison de sa forte réactivité.
La bauxite contient 45-60 % d’oxyde d’aluminium (Al₂O₃) et constitue la principale source mondiale d’aluminium. D’importants gisements se trouvent en :
Les minéraux contenant de l’aluminium les plus abondants dans la croûte terrestre, notamment :
Minéraux d’aluminium secondaires formés par altération :
Le voyage cosmique de l’aluminium a commencé au cœur des étoiles massives, grâce à la nucléosynthèse stellaire. Au cours de la vie d’une étoile, les processus de combustion du silicium créent de l’aluminium-26 (²⁶Al), un isotope radioactif dont la demi-vie est de 720,000 ans. Lorsque ces étoiles explosent en supernovas, elles dispersent l’aluminium dans toute la galaxie.
Notre système solaire contient de l’aluminium issu de plusieurs générations d’étoiles. Les météorites, en particulier les chondrites carbonées, préservent des composés d’aluminium primitifs provenant de la nébuleuse solaire il y a 4.6 milliards d’années. La météorite d’Allende (tombée en 1969) contient des inclusions riches en aluminium appelées CAI (inclusions riches en calcium et en aluminium) — les matériaux les plus anciens connus de notre système solaire.
Bien que l’aluminium constitue 8 % de la croûte terrestre, il ne joue aucun rôle biologique essentiel connu. Cependant, il affecte considérablement la croissance des plantes dans les sols acides, où les ions Al³⁺ deviennent solubles et toxiques pour les systèmes racinaires. Certaines plantes, comme le thé (Camellia sinensis) et certaines fougères, ont développé des mécanismes de tolérance à l’aluminium et accumulent effectivement le métal dans leurs tissus.
Ère précambrienne (3.8-0.54 milliard d’années avant le présent) : Concentration initiale de l’aluminium dans la croûte terrestre par différenciation et activité volcanique.
Paléozoïque-Mésozoïque (540-66 millions d’années avant le présent) : Formation d’importants gisements de bauxite par altération tropicale de roches riches en aluminium.
Ère cénozoïque (66 millions d’années avant le présent-aujourd’hui) : Formation continue de bauxite dans les régions tropicales, les gisements australiens s’étant formés il y a 35-55 millions d’années.
Manipulation
Bien que l’aluminium soit généralement considéré comme sûr pour un usage quotidien, une manipulation appropriée et la connaissance des dangers potentiels sont essentielles, en particulier dans les environnements industriels et pour les personnes présentant des sensibilités particulières.
OSHA PEL : 15 mg/m³ (poussières totales), 5 mg/m³ (fraction respirable)
Risque : L’inhalation de poussières d’aluminium peut provoquer une fibrose pulmonaire (« poumon d’aluminium ») chez les travailleurs industriels. Le soudage de l’aluminium libère des fumées d’oxyde d’aluminium susceptibles de provoquer la fièvre des métaux.
Symptômes : Toux, essoufflement, oppression thoracique, symptômes pseudo-grippaux
État des recherches : Des données limitées suggèrent qu’une forte exposition à l’aluminium pourrait contribuer à des troubles neurologiques
Populations à risque : Personnes atteintes d’une maladie rénale qui ne peuvent pas éliminer efficacement l’aluminium
Précaution : Éviter d’utiliser des ustensiles de cuisson en aluminium avec des aliments acides (tomates, agrumes), qui augmentent le relargage d’aluminium
Potentiel irritant : Risque minimal avec l’aluminium solide ; les sels d’aluminium peuvent provoquer une irritation cutanée
Réactions allergiques : Cas rares mais documentés d’allergie à l’aluminium, notamment avec les antitranspirants
Symptômes : Rougeurs, démangeaisons, dermatite de contact chez les personnes sensibles
Poudre d’aluminium : Les fines poussières d’aluminium sont très combustibles et explosives
Sources d’inflammation : Électricité statique, étincelles, sources de chaleur supérieures à 760 °C
Extinction des incendies : Utiliser des extincteurs à poudre sèche ; NE JAMAIS utiliser d’eau sur les incendies d’aluminium
Stockage : Conserver la poudre dans des récipients hermétiques mis à la terre, à l’écart des agents oxydants
Rincer immédiatement à l’eau propre pendant 15 minutes. Retirer les lentilles de contact si elles peuvent être enlevées facilement. Consulter un médecin si l’irritation persiste.
Laver la zone touchée à l’eau et au savon. Retirer les vêtements contaminés. En cas de coupure due à l’aluminium, nettoyer la plaie et appliquer un antiseptique.
Se déplacer immédiatement à l’air libre. En cas de difficultés respiratoires, administrer de l’oxygène et consulter immédiatement un médecin.
Rincer la bouche à l’eau. NE PAS provoquer de vomissements. Consulter un médecin si une grande quantité a été ingérée ou si des symptômes apparaissent.
• L’aluminium est généralement sûr dans les produits de consommation lorsqu’il est utilisé conformément à sa destination
• Les travailleurs industriels doivent suivre toutes les consignes de l’OSHA et les protocoles de sécurité de l’entreprise
• Les personnes atteintes d’une maladie rénale doivent consulter un médecin au sujet de l’exposition à l’aluminium
• Toujours lire les fiches de données de sécurité (SDS) relatives aux composés spécifiques de l’aluminium
Réponses rapides
Aluminium (symbole Al) est l’élément 13 du tableau périodique, un Métal post-transitionnel de la période 3, du groupe 13. Autrefois plus précieux que l’or, aujourd’hui le métal le plus utilisé après le fer — parce que quelqu’un a trouvé comment l’électrolyser à bas coût. À température ambiante, c’est un solide.
[Ne] 3s² 3p¹ ; elle comporte 3 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 3. Sa couche externe contient 3 électrons, ce qui détermine son comportement en matière de liaisons.Aluminium fond à 933.5 K (660.3 °C) et bout à 2792 K (2518.9 °C).
La masse atomique standard de Aluminium est de 26.982 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Aluminium a une masse volumique de 2.7 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Aluminium est donc environ 2.7× plus lourd.
Aluminium a une électronégativité de Pauling de 1.61. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Aluminium a été découvert en 1825 par Hans Christian Orsted. Il porte le nom de latin alumen, « alun ».
Aluminium constitue environ 8.23 % de la croûte terrestre — c’est l’un des éléments les plus abondants qui soient.