L'aluminium est l'élément chimique de numéro atomique 13, de symbole Al. Il appartient au groupe 13 du tableau périodique ainsi qu'à la famille des métaux pauvres.
Le corps simple aluminium est un métal malléable, argenté, peu altérable à l'air et peu dense. C'est le métal le plus abondant de l'écorce terrestre et le troisième élément le plus abondant après l'oxygène et le silicium ; il représente en moyenne 8 % de la masse des matériaux de la surface solide de la planète. Il est, en règle générale, trop réactif pour exister à l'état natif dans le milieu naturel : on le trouve combiné à plus de 270 minéraux différents. Son minerai principal est la bauxite : il y est présent sous forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine. Il peut aussi être extrait de la néphéline, de la leucite, de la sillimanite, de l'andalousite et de la muscovite.
Le métal mis à nu s'auto-passive immédiatement par oxydation, même en condition défavorable : une couche d'alumine imperméable épaisse de quelques nanomètres le protège de la corrosion (les conditions favorables sont essentiellement : environnement peu chaud, peu humide, peu pollué, peu salé ; alliage de qualité adaptée). L'oxydabilité de l'aluminium doit être techniquement contrôlée par une série de processus industriels dont les deux principaux sont l'oxydation rapide amplifiée forcée anodique électrolytique et le colmatage rapide par hydratation à chaud.
Sa légèreté, sa résistance à la corrosion, sa mise en forme variée et sa coloration durable en font un matériau important et très utilisé dans l'industrie et l'artisanat, malgré la technicité de sa mise en œuvre, sous forme pure ou alliée, notamment dans l'aéronautique, les transports et la construction. Sa nature réactive en fait également un catalyseur et un additif dans l'industrie chimique ; il est ainsi utilisé pour accroître la puissance explosive du nitrate d'ammonium.
En 2010, 211 millions de tonnes de bauxite ont été extraites dans le monde Bauxite and alumina, USGS Minerals, 2011., l'Australie en assurant 33,2 % devant la Chine (19,0 %), le Brésil (15,2 %), l'Inde (8,5 %) et la Guinée (8,2 %). La Guinée détient à elle seule plus du quart des réserves mondiales connues de bauxite, estimées fin 2010 à 28 milliards de tonnes. La production mondiale d'aluminium métallique s'est élevée à 41,4 millions de tonnes en 2010 USGS Minerals – 2011 « Aluminum. »., dont la Chine a réalisé 40,6 % avec 16,8 millions de tonnes, loin devant la Russie (9,3 %) et le Canada (7,1 %).
Enfin, l'aluminium n'est pas un oligo-élément, sa production nécessite énormément d'énergie, et c'est un contaminant croissant de l'environnement et de l'alimentationTietz T, Lenzner A, Kolbaum A.E, Zellmer S, Riebeling C, Gürtler R, … et Merkel, S (2019), Aggregated aluminium exposure: risk assessment for the general population, Archives of Toxicology, 1-19, lire en ligne..
Histoire thumb|left|Bauxite. thumb|left|Coupe d'honneur en aluminium (1857) rehaussée d'or, offerte à Jules-Xavier Saguez de Breuvery, maire de Saint-Germain-en-Laye. gauche|vignette|Échantillon d'aluminium. thumb|left|Lingot d’aluminium (Regeal Affimet, groupe Aurea).
L'aluminium est isolé et exploité depuis seulement moins de deux siècles : la révolution industrielle accompagne son intégration.
En 1807, Humphry Davy, après avoir découvert que le sodium et le potassium entraient dans la composition de l’alun (substance astringente servant à fixer les teintures), suppose qu’il s’y trouve aussi un autre métal, qu’il baptise « aluminium » (en latin, « alun » se dit alumen).. Pierre Berthier découvre dans une mine près des Baux-de-Provence en 1821 un minerai contenant de 50 à 60 % d’oxyde d’aluminium. Ce minerai sera appelé bauxite.
En 1825, le chimiste et physicien danois Hans Christian Ørsted réussit à produire une forme impure du métal.
En 1827, Friedrich Wöhler approfondit les travaux d'Ørsted. Il isole l’aluminium par action du potassium sur le chlorure d’aluminium, obtenant une poussière grise d’aluminium. Il est le premier à mettre en évidence les propriétés chimiques et physiques de cet élément, dont la plus notable est la légèreté.
Le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville améliore en 1846 la méthode de Wöhler en réduisant le minerai par le sodium. En 1854, il présente à l'Académie des sciences le premier lingot d'aluminium obtenu, à l'état fondu, par voie chimiqueGeorges Chaudron, in « La préparation industrielle de l'aluminium et la découverte de ses propriétés par un illustre savant français, Henry Sainte-Claire Deville », Revue de l'aluminium , juin 1954, , publié par l'Institut d'histoire de l'aluminium.. Il publie ses recherches dans un livre en 1856. Cette méthode est utilisée de façon industrielle à travers toute l’Europe pour la fabrication de l’aluminium (notamment en 1859 par Henry Merle dans son usine de Salindres, berceau de la société Pechiney), mais elle reste extrêmement coûteuse, donnant un métal dont le prix était comparativement à l'or, très élevé pour un minerai, lui, très abondant : le kilo d'aluminium raffiné coûtait en moyenne francs-or. Le métal est alors réservé pour fabriquer à la haute joaillerieHistoire de l’aluminium. ou à l’orfèvrerie, ciblant la haute-bourgeoisie. Il en fut ainsi pour les coupes d'honneur (réalisées notamment par Paul Morin et Cie)Voir la coupe offerte par les habitants de Saint-Germain-en-Laye à leur maire Jules-Xavier Saguez de Breuvery. et les objets d'art fabriqués pour la cour impériale de Napoléon IIIComme le « surtout aux putti » offert à Napoléon III par Christofle en 1858, ou l'aiguière de l'Impératrice Eugénie en porcelaine de Sèvres à monture d'aluminium doré en 1859 et qui est alors l'objet le plus cher de la manufacture : , La Gazette Drouot, , 3 juin 2016, .. Ce dernier reçoit ses hôtes de marque avec des couverts en aluminium, les autres convives devant se contenter de couverts en vermeil...
Les progrès concernant la production d'électricité et la découverte, en 1886, du processus de production de l'aluminium par électrolyse, permettent de baisser les coûts de manière sensible. Dès lors, l'aluminium trouve de nouvelles applications dans les ustensiles de cuisine et, sous forme d'alliage, dans l'industrie naissante de l'aéronautique (alliage duralumin moins cassant créé en 1909) et le câblage électrique (almelec créé en 1921 et utilisé comme conducteur électrique). En 1888, Charles Martin Hall et Alfred Ephraim Hunt créent la Pittsburgh Reduction Company, la future Alcoa. En 1901 naît l’Aluminium Association (AA), cartel qui réunit les entreprises des quatre seuls pays producteurs au monde (Allemagne, États-Unis, France, Royaume-Uni) et qui maintient le prix de l'aluminium stable alors que le cours des métaux concurrents subissent de plus grandes fluctuations..
À la fin des années 1970, la production d’aluminium se contracte et l'arrivée de nouveaux pays producteurs concurrents (Australie, Canada, Russie) fait éclater le cartel qui ne contrôle plus son prix, lequel décline.. 1855 : les nouveaux métaux sont exposés à l’Exposition universelle de Paris. La Compagnie des produits chimiques d'Alais et de la Camargue est créée en France. Le premier site industriel producteur d’aluminium au monde s’installe à Salindres dans le Gard, et commence son activité dès 1860. 1876 : William Frishmuth produit la première coulée d’aluminium. En 1884, il réalise la coiffe du Washington Monument dans ce métal. 1886 : de manière indépendante, Paul Héroult et Charles Martin Hall découvrent la méthode de production de l’aluminium en remarquant qu’il est possible de dissoudre l’alumine et de décomposer le mélange par électrolyse (procédé Héroult-Hall breveté) pour donner le métal brut en fusion. Pour cette découverte, Hall obtient un brevet (400655) la même année. Ce procédé permet d’obtenir de l’aluminium de manière relativement plus économique. La méthode mise au point par Héroult et Hall est toujours utilisée aujourd’hui. 1887 : Karl Josef Bayer décrit une méthode connue sous le nom de procédé Bayer pour obtenir de l’alumine à partir de la bauxite, en la dissolvant avec de la soude. Cette découverte permet de faire entrer l’aluminium dans l’ère de la production de masse. 1888 : les premières sociétés de production d’aluminium sont fondées en Suisse, France et aux États-Unis. Les premières pièces de monnaie circulantes en aluminium apparaissent en 1907, via la Royal Mint. De 1941 à 1959, la France a frappé des pièces de monnaie de 50 c, , et en aluminium. Auparavant, pendant la Première Guerre mondiale et dans les années 1920, de très nombreuses monnaies de nécessité avaient déjà été frappées en France et à l'étranger.
Isotopes
L'aluminium possède 22 isotopes connus, avec des nombres de masse entre 21 et 42, ainsi que quatre isomères nucléaires. Seul Al est stable, ce qui fait de l'aluminium un élément monoisotopique. De petites quantités du radioisotope Al, de demi-vie , existent dans la nature mais l'abondance de Al est telle qu'on considère l'aluminium comme mononucléidique ; on lui attribue une masse atomique standard de . Tous les autres isotopes de l'aluminium ont des demi-vies inférieures à , et la plupart des demi-vies inférieures à la seconde.
Datation par l'aluminium 26 En géomorphologie et paléosismologie, l’isotope Al, créé sous l'action des rayons cosmiques, est utilisé pour la datation de surfaces ou la détermination de taux d’érosion. Le Système solaire provient d'une nébuleuse où l'aluminium 26 était autrefois réparti de manière homogène (à ± 10 %, d'après l'analyse des chondres et des enclaves réfractaires des météorites les plus primitives). Comme il se désintègre en magnésium 26 avec une demi-vie de , il permet de dater la formation des premiers solides du Système solaire..
Corps simple Propriétés physiques vignette|Raies d’émission. L’aluminium a une densité de 2,7 c'est-à-dire environ trois fois plus faible que celle de l’acier ou du cuivre.
L'aluminium pur est malléable (le second parmi les métaux) et ductile (le sixième parmi les métaux). Les alliages d'aluminium pour corroyage et pour fonderie ont des propriétés mécaniques améliorées par rapport à l'aluminium pur, tout en restant facilement usinables et moulables.
Les produits en aluminium, lorsqu'ils ne sont pas traités en surface, ont un aspect visuel argent-gris. Cette coloration est en partie due à une mince couche d’oxyde (alumine) de cinq à dix nanomètres qui se forme spontanément et rapidement dans un milieu oxydant comme l’oxygène de l’air. Dans des conditions normales d’exposition chimique, cette couche protectrice limite les différentes formes de corrosion (corrosion par piqûres, filiforme, feuilletante, galvanique, corrosion sous contrainte.). Il est possible d’augmenter artificiellement l’épaisseur de cette couche d’oxydation par anodisation, ou d'améliorer la résistance à la corrosion à l'aide d'autres traitements de surface (e.g. thermolaquage).
L’aluminium est un très bon conducteur électrique et thermique, contrairement à son oxyde qui est un excellent isolant. Il est paramagnétique et ne provoque pas d’étincelles.
L'aluminium est transparent aux neutrons., et devient transparent aux rayons ultraviolets extrêmes lorsqu'il est bombardé par un laser à électrons libres..
Propriétés chimiques En solution, l’aluminium se trouve le plus généralement sous la forme d’ions Al. Il s’oxyde lentement à froid et rapidement à chaud pour former l’alumine . L’action des acides sur l’aluminium produit l’ion cité plus haut.
La réaction de l'aluminium avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude) produit de l’aluminate de sodium et de l'hydrogène gazeux, selon une réaction exothermique d’équation : 2 Al + 2 (Na, OH) + 6 ⟶ 2 (Na, ) + 3 .