Al · Element 13 · Boron group
Once more precious than gold, now the most-used metal after iron — because someone worked out how to electrolyse it cheaply.
Structure
Ce n’est pas un diagramme de points sur des anneaux — c’est un échantillon de Monte-Carlo de la masse volumique de probabilité réelle |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 montre 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 et non mesurées.
Taille, à l’échelle
Radius 143 pm — that is 0.143 nm, so about 3497 million of them side by side would span a millimetre.
Plage thermique
Aluminium is liquid over a 1859 K window, from 933 K to 2792 K.
L’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 invités les plus honorés avec des couverts en aluminium, tandis que les invités de moindre rang avaient droit à des couverts en or), ce métal léger est aujourd’hui si courant que nous le jetons. Le Washington Monument est surmonté 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 antisudorifique contient de l’aluminium pour bloquer les glandes sudoripares, tandis que le papier aluminium de votre cuisine réfléchit 95 % du rayonnement infrarouge. Recycler 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 antiques aux avancées de la chimie du 19e siècle. Elle 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 Pline l’Ancien (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 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 s’est heurté au 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 donné au métal hypothétique le nom d’« aluminum » en 1812, ensuite modifié en « aluminium » pour s’accorder avec les autres noms d’éléments se terminant par « -ium ».
Le physicien et chimiste danois Hans Christian Ørsted (1777-1851) a réalisé la première isolation de l’aluminium le 29 août 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 21 juillet 1827, Wöhler a produit de la poudre d’aluminium et de petites billes, devenant le premier à observer les principales propriétés de l’aluminium : légèreté, résistance à l’oxydation et éclat métallique. Il a décrit avec célébrité 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 Napoléon III de France a financé les recherches de Deville, imaginant des armures et des équipements en aluminium pour son armée.
À cette époque, l’aluminium valait plus cher que l’or. Napoléon III présentait des couverts en aluminium lors des dîners d’État, 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, d’une valeur équivalente à l’époque au salaire annuel d’un ouvrier.
Deux jeunes chimistes brillants ont découvert indépendamment le procédé électrolytique qui a démocratisé l’aluminium :
Âgé de 22 ans et travaillant dans le hangar à bois de sa famille à Oberlin, dans l’Ohio, Hall a découvert l’électrolyse de l’aluminium le 23 février 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 seulement deux mois plus tard, le 9 avril 1886. Travaillant dans la tannerie de son père à Gentilly, en France, Héroult a développé indépendamment le même procédé. Les deux hommes sont nés en 1863 et morts en 1914, une coïncidence remarquable 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 percée a lancé l’industrie moderne de l’aluminium:
L’industrie 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, pratiquement inchangé depuis 1886, reste la base de la production mondiale d’aluminium, témoignage du génie de deux chimistes âgés 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/poids 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 qui sont 10 % plus légers et 15 % plus rigides que les alliages d’aluminium conventionnels.
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 son poids de 700 livres, améliorant son rendement 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 micromètres 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 disposées en chevrons.
La conductivité électrique de l’aluminium (37.7 MS/m) le rend idéal pour le transport d’électricité. Les câbles ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) transportent l’électricité à travers les continents : l’aluminium assure la conductivité, tandis que l’âme en acier apporte la résistance à la traction. Les lignes de transport à haute tension utilisent l’aluminium car 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 billettes d’aluminium monoblocs au moyen du fraisage CNC, tandis que les cadres des 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 éviter la surchauffe et prolonger la durée de vie des composants.
L’aluminium fait partie de notre quotidien d’innombrables façons, souvent invisibles mais toujours essentielles. Du réveil jusqu’au moment où nous nous endormons, les produits en aluminium nous entourent.
Les Américains consomment environ 54 milliards de canettes en aluminium par an; 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 of Earth's crust · more abundant than 98% of elements
L’aluminium est le troisième élément le plus abondant de la croûte terrestre : il en constitue environ 8,23 % en masse — ce qui le rend plus courant que le fer. Malgré cette abondance, l’aluminium n’existe jamais à l’état métallique pur 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. Des gisements importants se trouvent en :
Les minéraux contenant de l’aluminium les plus abondants dans la croûte terrestre, notamment :
Minéraux secondaires de l’aluminium formés par l’altération :
Le voyage cosmique de l’aluminium a commencé au cœur d’étoiles massives grâce à la nucléosynthèse stellaire. Au cours de la vie d’une étoile, les processus de combustion du silicium produisent de l’aluminium-26 (²⁶Al), un isotope radioactif dont la demi-vie est de 720,000 ans. Lorsque ces étoiles explosent en supernovæ, 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 intacts 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 influence fortement 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 ce métal dans leurs tissus.
Ère précambrienne (3.8-0.54 milliard d’années avant notre ère) : Concentration initiale de l’aluminium dans la croûte terrestre par différenciation et activité volcanique.
Paléozoïque-Mésozoïque (540-66 millions d’années avant notre ère) : Formation d’importants gisements de bauxite par altération tropicale de roches riches en aluminium.
Ère cénozoïque (de 66 millions d’années avant notre ère à 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.
VLE OSHA : 15 mg/m³ (poussières totales), 5 mg/m³ (fraction respirable)
Risque : L’inhalation de poussière 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 cuisine en aluminium avec des aliments acides (tomates, agrumes), qui augmentent la lixiviation de l’aluminium
Potentiel irritant : Risque minime 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 : La poussière fine d’aluminium est hautement combustible et explosive
Sources d’inflammation : Électricité statique, étincelles, sources de chaleur dépassant 760°C
Extinction des incendies : Utiliser des extincteurs à poudre sèche ; NE JAMAIS utiliser d’eau sur un incendie d’aluminium
Stockage : Conserver la poudre dans des récipients étanches et mis à la terre, à l’écart des oxydants
Rincer immédiatement à l’eau propre pendant 15 minutes. Retirer les lentilles de contact si elles peuvent l’être 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 par de l’aluminium, nettoyer la plaie et appliquer un antiseptique.
Se déplacer immédiatement à l’air frais. 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 de grandes quantités ont été ingérées ou si des symptômes apparaissent.
• L’aluminium est généralement sûr dans les produits de consommation lorsqu’il est utilisé conformément à l’usage prévu
• 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 leur exposition à l’aluminium
• Toujours lire les fiches de données de sécurité (SDS) relatives aux composés spécifiques de l’aluminium
Réponses rapides
Aluminium (symbol Al) is element 13 on the periodic table, a métal post-transitionnel in period 3, group 13. Once more precious than gold, now the most-used metal after iron — because someone worked out how to electrolyse it cheaply. At room temperature it is a solid.
[Ne] 3s² 3p¹, giving 3 occupied shells holding 2, 8, 3 electrons respectively. Its outer shell holds 3 electrons, which is what sets its bonding behaviour.Aluminium melts at 933.5 K (660.3 °C) and boils at 2792 K (2518.9 °C).
The standard atomic weight of Aluminium is 26.982 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Aluminium has a density of 2.7 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of aluminium is about 2.7× heavier.
Aluminium has a Pauling electronegativity of 1.61. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Aluminium was discovered in 1825 by Hans Christian Orsted. It is named after latin alumen, "alum".
Aluminium makes up about 8.23% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.