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Oxyde d'aluminium (1344-28-1)
Introduction
Dernière vérification le 29/03/2024
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Informations générales
Dernière vérification le 29/03/2024
Identification
Numero CAS
1344-28-1
Nom scientifique (FR)
Oxyde d'aluminium
Nom scientifique (EN)
Autres dénominations scientifiques (Autre langues)
Code EC
215-691-6
Code SANDRE
7344
Numéro CIPAC
-
Formule chimique brute
\(\ce{ Al2O3 }\)
Code InChlKey
Code SMILES
[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3]
Familles
Familles chimiques
Toxicologie
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Valeurs accidentelles
Autres seuils accidentels
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Valeurs réglementaires
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Bibliographie
Données technico-économiques
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Introduction
FTE 2015 Importer
L'aluminium est un métal de numéro CAS 7429-90-5. Ubiquitaire, il est très répandu dans la croûte terrestre. Les sources d'aluminium sont à la fois naturelles et anthropiques. La majorité de l'aluminium naturel (non recyclé) provient des minerais.
La production mondiale d'aluminium augmente chaque année pour répondre à la demande industrielle. Les secteurs d'utilisations de l'aluminium sont principalement les transports, le bâtiment et les emballages. Ses composés sont utilisés dans les cosmétiques, la potabilisation de l'eau et les retardateurs de flamme.
Les principales émissions ponctuelles d'aluminium vers l'environnement (eau, sol) sur le territoire français sont répertoriées : tous milieux confondus, selon l'IREP, les émissions industrielles étaient d'environ 13 998 tonnes en 2012. Il n'y a pas ou peu de données quand aux émissions d'aluminium vers l'atmosphère.
L'aluminium est principalement présent dans les milieux aquatiques et terrestres. Quand il est rejeté à l'atmosphère, il se dépose prés de sa source.
Les rejets d'aluminium ont fortement augmenté ces dernières années en raison de l'importante utilisation de l'aluminium en tant que substituant d'autres métaux présentant un fort impact environnemental, tels que le plomb, le cadmium, le cuivre ou le chrome. Il existe actuellement assez peu des possibilités de substitution de l'aluminium dans l'industrie.
Dans le secteur des transports, des alternatives à l'aluminium se développent avec des polymères, notamment dans l'automobile.
Il existe des alternatives aux usages de l'aluminium dans le secteur des emballages alimentaires, ou permettant du moins de réduire les quantités d'aluminium en jeu.
Dans le secteur de l'énergie, des métaux autres que l'aluminium peuvent être utilisés et des polymères développés pour le substituer.
Les composés de l'aluminium employés dans les retardateurs de flamme et les cosmétiques peuvent être substitués, mais les caractéristiques des substituts potentiels sont à étudier, notamment leur toxicité et leur écotoxicité.
Des techniques de réductions des émissions urbaines et industrielles de ce métal vers les eaux existent, notamment dans les effluents de stations d'épurations urbaines et lors du traitement des minerais.
Aluminium is a metal, its CAS number is 7429-90-5. It is a ubiquitous metal, very common in the Earth's crust. Copper sources are both natural and anthropogenic. Most of natural aluminium comes from ores.
The global aluminum production increases each year to meet industrial demand. The sectors of the aluminum uses are mainly transport, construction and packaging. Its compounds are used in cosmetics, drinking water treatment and flame retardants.
The main point emissions of aluminium to environment (water, soil) in France are listed: according to IREP, industrial emissions were about 13 998 tons for all medias for 2012. There is few data about emissions to atmosphere.
Aluminum is mainly present in aquatic and terrestrial compartments. When aluminum is emitted to the atmosphere, it deposits near its source.
Aluminum releases have grown up in recent years due to the extensive use of aluminum as a substituent for other metals with a high environmental impact, such as lead, cadmium, copper and chromium. There are currently quite a few possibilities of substitution of aluminum in industry.
In the transport sector, alternatives to aluminum grow with polymers, especially in the automobile.
There are alternatives to the aluminum uses in the food packaging sector, or at least to reduce amounts of aluminum used.
In the energy sector, some metals may be used and polymers are developed to substitute aluminum.
The aluminum compounds used in flame retardants and cosmetics can be substituted, but the characteristics of potential substitutes have to be studied, especially toxicity and ecotoxicity.
Urban and industrial emissions reductions techniques exist of this metal to water, particularly in sewage treatment plants and when treating ores.
Tableaux de synthèse
Généralités
| CAS | 1344-28-1 |
|---|---|
| SANDRE | 7344 |
| Substance prioritaire dans le domaine de l’eau (DCE) | non |
| Substance soumise à autorisation dans Reach | non |
| Substance soumise à restriction dans Reach | non |
| Substance extrêmement préoccupante (SVHC) | non |
| Réglementations |
FTE 2015 Importer Textes générauxREACHLe règlement 1907/2006 concernant l'enregistrement, l'évaluation et l'autorisation des substances chimiques (REACH) oblige les producteurs et les importateurs de substances en quantité supérieure à une tonne à soumettre une demande d'enregistrement. Ces substances sont ensuite pour certaines évaluées, et éventuellement leur usage est ensuite soumis à autorisation. A ce jour, aucun composé de l'aluminium, cité dans le Tableau 1 ou le Tableau 2, n'est listé ni dans l'annexe XIV2 , ni dans l'annexe XVII3 du règlement. Ni l'aluminium ni ses composés listés au Tableau 1 ne sont cités dans la liste de l'annexe I du règlement (CE) 649/2012 relatif à l'export et l'import des substances dangereuses identifiées par ce texte. Seuils de rejets pour les installations classéesL'arrêté du 26 décembre 2012 modifiant l'arrêté du 31 janvier 2008 concerne le registre et la déclaration annuelle des émissions polluantes et des déchets. L'exploitant de l'installation doit déclarer ces rejets dès lors que les seuils d'émissions décrits dans l'annexe II de cet arrêté sont dépassés. Les seuils de rejets d'aluminium et ses composés (exprimés en tant que Al) sont : -de 2 000 kg.an-1 dans l'eau, Ce texte ne spécifie pas de seuils de rejets dans l'air. L'arrêté du 2 février 1998 relatif aux prélèvements et à la consommation d'eau ainsi qu'aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE) soumises à autorisation indique que, concernant la pollution des eaux superficielles, les rejets des ICPE ne doivent pas excéder les valeurs limites de concentrations suivantes : fer, aluminium et composés (en Fe+Al) 5 mg.L-1 si le rejet dépasse 20 g.j-1. Dans le cas de la fabrication ou de la transformation d'aluminium et de fer, la valeur limite de concentration ne doit pas excéder 5 mg.L-1 d'un des deux métaux, la valeur limite de concentration de l'autre métal est alors fixée à 2 mg.L-1. CosmétiquesPlusieurs composés de l'aluminium sont cités dans le règlement 1223/2009 relatif aux produits cosmétiques. Les composés suivants de l'aluminium sont interdits dans les cosmétiques (Annexe II) : [2] Liste des substances soumises à autorisation. [3] Liste des restrictions en vigueur.
Les composés suivants de l'aluminium sont cités à l'annexe III, ils sont ainsi autorisés sous certaines conditions :
L'annexe IV de ce même règlement cite les colorants que peuvent contenir les produits cosmétiques, parmi lesquels les composés de l'aluminium suivants :
AlimentaireLe règlement UE 2012/231 de la Commission du 9 mars 2012 établit des spécifications pour les additifs alimentaires. Parmi celles-ci, il est précisé que :
Les composés de l'aluminium suivant sont autorisés en tant qu'additifs alimentaires :
De plus, les laques aluminiques4 sont également autorisées dans les colorants suivants, sans seuils :
[4] Les laques aluminiques sont préparées en faisant réagir des colorants avec de l'alumine en milieu aqueux (Règlement UE 2012/231). Contact alimentaireLe règlement 10/2011 liste les matières plastiques et articles destinés à être en contact avec les aliments. Les composés de l'aluminium autorisés comme additif ou auxiliaire de production de monomère par ce règlement sont :
AgricultureLa Directive 91/414/CEE du Conseil liste les substances actives dont l'incorporation dans les produits phytopharmaceutiques est autorisée. Les seuls composés autorisés de l'aluminium sont :
JouetsLa directive 2009/48/CE du Parlement européen et du Conseil du 18 juin 2009 relative à la sécurité des jouets définit les limites de migration de l'aluminium dans les jouets ou composants de jouets, qui sont reportées dans le Tableau 3 ci-après. Tableau 3. Limites de migration de l'aluminium pour différents types de jouets.  Actions de recherche RSDEL'aluminium n'est pas cité dans l'annexe 1 de la circulaire du 5 janvier 2009 relative à la mise en œuvre de la 2ème phase des actions RSDE8 pour les ICPE soumise à autorisation. Cette annexe regroupe les listes par secteurs d'activité industrielle des substances dangereuses. L'aluminium appartient, en revanche, à la liste des micropolluants à mesurer dans les stations de traitement des eaux usées traitant une charge brute de pollution supérieure ou égale à 6000 kg DBO5/jour (Circulaire du 29 septembre 2010 relative à la surveillance de la présence de micropolluants dans les eaux rejetées au milieu naturel par les stations de traitement des eaux usées) (cf.§ 3.3.3). NanoparticulesLe décret n° 2012-232 du 17 février 2012 relatif à la déclaration annuelle des substances à l'état nanoparticulaire précise que le seuil de la déclaration est fixé à 100 g/an pour la fabrication, l'importation ou la mise sur le marché de nanomatériaux. Des utilisations de nanomatériaux à base d'aluminium ont été rapportées (cf. § 2.3.11). Autres textesL'aluminium n'est pas cité dans la directive n°2013/39/UE du 12 août 2013 modifiant les directives 2000/60/CE et 2008/105/CE en ce qui concerne les substances prioritaires pour la politique dans le domaine de l'eau. L'aluminium ne fait pas non plus partie des substances potentiellement préoccupantes définies par OSPAR9 . L'aluminium appartient par contre à la liste des 823 substances du plan micropolluants 2010-201310 . [8] Actions RSDE : actions visant à réduire les rejets dans les eaux en provenance des installations classées pour la protection de l'environnement. [9] Convention OSPAR: Convention pour la protection du milieu marin de l'Atlantique du nord-est. (consulté en septembre 2014). http://www.ospar.org/content/content.asp?menu=30200304000000_000000_000000 [10] (consulté en octobre 2014). http://www.developpement-durable.gouv.fr/Les-micropolluants-dans-les.html |
| Valeurs et normes appliquées en France |
FTE 2015 Importer Valeurs utilisées en milieu de travailEn France, les valeurs utilisées pour la qualité de l'air en milieu de travail sont publiées par l'INRS5 . Le Tableau 4 ci-après montre les valeurs moyennes d'exposition pour l'aluminium. Tableau 4. Valeurs moyenne d'exposition pour l'aluminium et ses composés, d'après INRS (2012).  Les autres composés de l'aluminium, listés dans le Tableau 1, ne possèdent pas de VME. Valeurs utilisées pour la population généraleLe décret 2001/1220 du 20 décembre 2001 impose une limite de qualité aux eaux destinées à la consommation humaine. Les eaux doivent respecter une valeur inférieure ou égale à 200 µg.L-1 d'aluminium. [5] INRS: Institut National de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles. [6] VME : valeurs moyennes d'exposition. [7] Les sels solubles de l'aluminium ne sont pas précisés. |
Production et utilisation
Production et ventes
Données économiques
FTE 2015 Importer
Cours de l'aluminium
La Figure 1 présente le cours de l'aluminium de haut grade entre 1990 et 2014.
Figure 1. Evolution du cours de l'aluminium de haut grade entre 1990 et 2014, d'après l'INSEE17 .
Les prix de l'aluminium ont été relativement faibles, inférieurs à 2 000 dollars US/tonne jusqu'en fin 2005, date à laquelle les prix ont augmenté puis chuté. A la fin 2014, le prix de l'aluminium était environ de 2 000 dollars US/tonne.
Production minière
Selon Vignes (2013), la production mondiale de minerai était en 2012 de 263 000 milliers de tonnes de bauxite et de 2 500 milliers de tonnes de bauxite pour l'Union européenne en 2011. Toujours selon Vignes (2013), les réserves mondiales de bauxite étaient estimées en 2012 à 28 milliards de tonnes. La répartition des principales réserves est détaillée dans le Tableau 7 ci-après.
[17] Institut National de la statistique et des études économiques : (consulté en février 2015). http://www.insee.fr/fr/bases-de-donnees/bsweb/graph.asp?idbank=000455739
Tableau 7. Répartition des principales réserves mondiales de bauxite en 2012, d'après Vignes (2013).
Les pays ayant les plus importantes réserves de bauxite au monde sont la Guinée, l'Australie et le Brésil. La Guinée et l'Australie détiennent près de la moitié des réserves mondiales. A noter que la Russie ne figure pas dans ce tableau, car elle n'exploite pas de bauxite, mais de la néphéline.
Métallurgie
Extraction de l'alumine
La seule usine qui traite la bauxite pour en extraire de l'alumine en France est Alteo à Gardanne (13). Cette production d'alumine est destinée à 80 % à des usages non métallurgiques.
L'alumine est extraite à partir de bauxite dans des raffineries selon le procédé Bayer.
La bauxite est traitée par une solution de soude concentrée et chaude, ce qui permet de séparer l'aluminium, sous forme d'ions aluminates hydratés Al(OH4(H2O)2)-, des oxydes de fer et de la silice. Ensuite Al(OH)3 précipite par dilution et refroidissement. Lors de la précipitation de l'alumine, la soude est régénérée (Vignes, 2013).
La néphéline est calcinée avec de la chaux, traitée par lixiviation avec de la soude puis traitée au CO2 pour obtenir de l'alumine. Cette méthode d'extraction de l'alumine est notamment utilisée sur le minerai extrait en Russie (Volsky, 2012).
En 2011 la production mondiale d'alumine était de 91 600 milliers de tonnes et la production de l'UE était de 6 590 milliers de tonnes. Le Tableau 8. Principaux pays producteurs d'alumine en 2011, d'après Vignes (2013). ci-après détaille les principaux pays producteurs d'alumine (Vignes, 2013).
Tableau 8. Principaux pays producteurs d'alumine en 2011, d'après Vignes (2013).
90 % de la consommation d'alumine sont utilisés pour élaborer l'aluminium (Vignes, 2013).
Aluminium de première fusion
Il existe deux sites de production d'aluminium de première fusion en France, à Dunkerque (59) et Saint-Jean de Maurienne (73). La production française d'aluminium a été de 334 milliers de tonnes en 2011.
Le procédé de fabrication industrielle de l'aluminium est l'électrolyse de l'alumine en sel fondu dans des fonderies.
D'après le site internet du CNUCED18 , la fonte se déroule dans des fours en acier plus connus sous le nom de cellules de réduction. L'alumine est introduite dans la cuve dont les parois internes recouvertes de carbone forment la cathode et où elle est dissoute dans un bain de cryolithe19 à haute température (entre 950°C et 960°C). Un courant continu compris entre 100 000 et 320 000 ampères circule entre l'anode et la cathode dans un bain composé de cryolithe et d'alumine. Le courant électrique permet à l'alumine de réagir en contact avec l'anode de carbone et d'obtenir de l'aluminium et du dioxyde de carbone qui va se concentrer au sommet de la cellule. L'aluminium obtenu par cette méthode est pur à 99,5 %.
Raffinage
Il existe un site d'aluminium raffiné en France, à Mercus (09), qui produit de l'aluminium de pur à 99,9995 %.
Pour obtenir de l'aluminium plus pur, il est raffiné. Il existe deux techniques de raffinage : l'électrolyse en sel fondu et la cristallisation fractionnée. Ces deux méthodes conduisent à de l'aluminium pur au minimum à 99,99 %.
L'électrolyse en sel fondu (raffinage 3 couches) : l'aluminium primaire forme, dans le fond de la cuve d'électrolyse, l'anode. L'électrolyte fondu est situé au-dessus, lui même étant surmonté par Al raffiné qui forme la cathode. L'aluminium est transporté par l'électrolyte de l'anode à la cathode d'où il est extrait (Vignes, 2013).
La cristallisation fractionnée, soit par ségrégation, soit par fusion de zone : ce type de raffinage repose sur les équilibres thermodynamiques entre l'aluminium et les différentes impuretés qu'il contient initialement. Les impuretés formant un système binaire eutectique20 avec l'aluminium ont tendance à être séparées de l'aluminium tandis que les impuretés formant un système binaire péritectique21 avec l'aluminium ont tendance à se concentrer dans l'aluminium (Vignes, 2013).
[18] CNUCED: Conférence des Nations Unies sur le commerce et le développement (consulté en octobre 2014). http://www.unctad.info/fr/Infocomm/Metaux-Mineraux/
[19] La cryolithe est un minerai de formule Na3AlF6, qui peut être naturel ou de synthèse.
[20] Un système eutectique est un mélange de deux corps purs qui fond et se solidifie à température constante, il se comporte donc comme un corps pur du point de vue de la fusion.
[21] Un système péritectique est un mélange de deux corps purs dans des proportions définies, et qui en fondant se décompose en un liquide et en un solide.
Recyclage
Dans l'Union européenne, en 2010, le recyclage a représenté 4,4 millions de tonnes.
Il existe deux origines à l'aluminium récupéré :
- les chutes de fabrication, facilement recyclables, et les résidus de production et transformation du métal qui nécessitent des traitements plus complexes de préparation et d'affinage ;
- les objets en fin de vie.
Selon Vignes (2013), en 2012, l'aluminium recyclé provient :
- des transports : 42 % ;
- des emballages : 28 % ;
- des équipements électriques et mécaniques : 11 % ;
- des bâtiments : 8 %.
L'automobile est la première source de déchets, 90 à 95 % de l'aluminium utilisé dans une voiture22 est réutilisé ou recyclé (OEA23).
Procédés de production
FTE 2015 Importer
Minerais
D'après Vignes (2013), l'aluminium est principalement présent sous forme de silicoaluminates, mais il est plus économique d'exploiter des bauxites ou des latérites bauxitiques.
D'après cette même source, la bauxite contient principalement de l'alumine hydratée, de l'oxyde de fer (10 à 20 %) et de la silice (environ 5 %). Les teneurs sont généralement de 48 à 58 % en Al3O2 sous forme principalement de gibbsite ou d'hydrargillite (Al(OH)3) dans les latérites et de böhmite ou de diaspore (AlO(OH) dans les bauxites.
D'après Vignes (2013), en Russie sont exploités également des minerais riches en néphéline (2SiO2,Al2O3,Na2O-K2O), en Sibérie ou dans la péninsule de Kola, récupérés comme sous-produits de l'extraction des apatites ou dans des minerais riches en alunite (K2SO4,Al2(SO4)3,4Al(OH)3).
Principe de production
Selon Vignes (2013), l'aluminium métal est obtenu principalement à partir de bauxite ou de latérites bauxitiques. Les minerais riches en néphéline ou en alunite, tels que disponibles en Russie peuvent également être exploités.
L'alumine est extraite de la bauxite. Elle est ensuite transformée en aluminium de première fusion qui est raffiné pour obtenir le degré de pureté souhaité.
En France, il a été produit 334 milliers de tonnes d'aluminium de première fusion en 2011 et 425 milliers de tonnes d'aluminium recyclé en 2010 (Vignes, 2013).
En 2012, la production mondiale d'aluminium était de 45 207 milliers de tonnes (Vignes, 2013).
Il n'y a pas de gisement exploité en France.
Le ci-après présente les principaux pays producteurs d'aluminium en 2012. Tableau 6
Tableau 6. Principaux producteurs d'aluminium en 2012, d'après Vignes (2013).
La Chine représentait près de la moitié de la production mondiale d'aluminium en 2012.
Utilisations
Introduction (varitétés d'utilisations)
FTE 2015 Importer
D'après Vignes (2013), il a été consommé en 2010 dans le monde 41 100 milliers de tonnes d'aluminium primaire. Les principaux pays consommateurs sont :
- la Chine : 40 % ;
- les Etats-Unis : 11 % ;
- l'Allemagne : 5 % ;
- le Japon : 5 % ;
- l'Inde : 4 % ;
- la Corée du Sud : 3 %.
Le Tableau 9 présente les différents secteurs d'utilisations de l'aluminium (cf. § 2.3.2 à 2.3.5)
[22] L'aluminium est utilisé dans la carrosserie, les roues, le moteur.
[23] OEA : Organisation of European Aluminium Refiners and Remelters.
Tableau 9. Différents secteurs d'utilisations de l'aluminium, d'après Vignes (2013).
Figure 2. Répartition des utilisations d'aluminium en Europe en 2010, d'après Vignes (2013).
Le Tableau 9 et la Figure 2 montrent qu'au niveau mondial et au niveau des pays présentés, le secteur des transports est celui qui consomme le plus d'aluminium.
[24] Calculé par différence des secteurs à 100 %.
Secteur des transports
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D'après le CNUCED, au niveau mondial, le secteur des transports constitue le premier débouché pour l'aluminium. Dans le cas de l'Australie, par exemple, il représentait 9 % des utilisations totales d'aluminium en 1980 et 13 % en 1997, faisant ainsi passer ce secteur de la cinquième à la troisième place des secteurs utilisateurs d'aluminium en l'espace de deux décennies. Pour le Canada, les transports représentent près de 30 % des utilisations globales d'aluminium. Aux États-Unis, il est le premier débouché et représente près de 2,5 millions de tonnes en 2000. Il tend à devenir le troisième matériau le plus employé dans l'automobile. En Europe, en 2012, il y a en moyenne 140 kg d'aluminium dans une voiture.
En France, d'après l'INSEE25 , il y avait environ 31 575 000 voitures en circulation en 2012. Il est donc possible d'estimer à environ 4 millions de tonnes d'aluminium en stock dans les véhicules particuliers (en fonction) en France.
D'après Vignes (2013), l'aluminium est aussi utilisé dans le secteur de l'aéronautique. Ainsi dans un Airbus A 340, 66 % des 118 t correspondent à des parties et matériels en aluminium, et 60 % du poids structurel d'un Airbus A380 est constitué d'aluminium. Les alliages les plus utilisés (à haute résistance mécanique) sont ceux des séries 2000 (Al-Cu) et 7000 (Al-Zn-Mg-Cu).
Secteur du bâtiment
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D'après le CNUCED, dans le secteur du bâtiment, l'aluminium peut aussi bien servir à la réalisation de l'ossature, qu'à celle des bardages ou des toitures. De plus, l'emploi des alliages d'aluminium offre une durée de vie pratiquement illimitée, une large gamme de formes et de couleurs ainsi que de nombreux avantages techniques.
Les dernières avancées significatives en matière de technologie ont permis le développement des profilés thermo-isolants et des éléments isolants en tôle d'aluminium doublée de mousse qui contribue à la réduction des coûts énergétiques.
Secteur de l'emballage
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D'après le CNUCED, dans le domaine de l'emballage, l'aluminium est devenu un matériau de première importance. Il protège les denrées alimentaires des effets de la chaleur et de la lumière.
[25] INSEE : Institut National de la Statistiques et des Etudes Economiques (consulté en février 2015). http://www.insee.fr/fr/themes/tableau.asp?reg_id=0&ref_id=NATTEF13629
On peut distinguer dans cette catégorie :
- les produits rigides, tels que les boîtes de conserves, les canettes de boisson ou les aérosols ;
- les produits semi-rigides tels que les barquettes pour aliments ou les boîtes de nourriture pour animaux.
On peut également citer les emballages composites constitués de couches successives de papier et d'aluminium permettant notamment de protéger certaines denrées comme le lait.
Le secteur de l'emballage représente environ 20 % des utilisations totales d'aluminium aux Etats-Unis et au Canada, 28 % en Australie. En ce qui concerne la distinction entre produits rigides et semi-rigides, des pays comme le Royaume-Uni ou les États-Unis sont les premiers consommateurs d'emballages non rigides employés principalement dans l'industrie agroalimentaire pour le conditionnement de plats préparés.
Autres secteurs
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Transport de l'énergie
D'après le CNUCED, l'aluminium est très utilisé dans le secteur du transport de l'énergie où il remplace désormais de plus en plus couramment les métaux traditionnels du fait de son moindre poids et de sa bonne conductibilité électrique. Il tient une place prépondérante dans ce secteur. Par exemple en Allemagne, la quasi totalité des lignes à haute tension aériennes est réalisée avec ce métal (environ 95 % des lignes à haute tension).
Spatial
Le réservoir principal d'Ariane V est en aluminium : 23 m de haut, 5 m de diamètre, 2 mm d'épaisseur.
D'après la page dédiée aux « Lanceurs et orbitographie » du site Educanet26 , les « étages accélérateurs à poudre » du lanceur Ariane 5 contiendraient 18 % de poudre d'aluminium utilisée comme carburant.
Fabrication de miroirs
L'aluminium peut être utilisé dans la fabrication des miroirs. Ils sont fabriqués par dépôt sous vide en phase vapeur de divers métaux (Al, Ag...). L'argent était traditionnellement utilisé pour cet usage. Actuellement le coût de l'aluminium étant inférieur à celui de l'argent, il est avantageux d'utiliser l'aluminium.
[26] (consulté en février 2015). http://eduscol.education.fr/orbito/lanc/chimie/chim11.htm
Vue d'ensemble des composés de l'aluminium et leurs utilisations
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De façon générale pour ce paragraphe, le cas de l'alumine sera traité dans un paragraphe spécifique (cf. § 10).
Les composés de l'aluminium ayant été enregistrés dans REACH (selon la base publique de l'ECHA consultée en août 2014), pour des usages autres que des intermédiaires de synthèse, et à des tonnages des composés supérieurs à 100 t.an-1, sont présentés dans le Tableau 10 ci-après en tonnage décroissant.
Tableau 10. Composés de l'aluminium enregistrés dans REACH.
Le chlorure d'aluminium (CAS 1327-41-9) est utilisé comme catalyseur, dans les fibres résistantes aux hautes températures, comme agent hydrophobe pour l'imprégnation du coton, pour le tannage du cuir (prétraitement), comme agent de rétention dans la production du papier et comme antiperspirant dans les produits de soins (Helmboldt et al., 1986 ; European Commission, 2013, Cosmetics Info27).
Le dioxyde d'aluminium et de sodium (CAS 1302-42-7) est principalement utilisé dans le traitement de l'eau, comme adjuvant dans les systèmes d'adoucissant et pour améliorer la floculation. Il est aussi employé pour accélérer la solidification du béton et dans l'industrie papetière pour augmenter l'opacité, la rétention des fibres et la résistance du papier (Helmboldt et al., 1986).
Le sulfate d'aluminium (CAS 10043-01-3) est utilisé dans l'industrie du papier pour augmenter la résistance du papier et la tenue des teintures. Il est employé dans la purification de l'eau comme agent de floculation et comme mordant dans les teintures,
[27] Site internet Cosmetics Info : (consulté en février 2015). http://www.cosmeticsinfo.org/ingredient
comme antiperspirant dans les produits de soins et les cosmétiques (Helmboldt et al., 1986 ; Cosmetics Info).
Le fluorure d'aluminium (CAS 7784-18-1) est principalement utilisé comme agent régulateur de température et de pH dans les procédés de production d'aluminium. Il est aussi employé pour les revêtements optiques et les semi-conducteurs (European Commission, 2008).
Les polychlorures d'aluminium sont utilisés dans la potabilisation de l'eau du réseau urbain. L'hydroxyde d'aluminium (CAS 21645-51-2) peut être utilisé comme retardateur de flamme dans les gommes, le PVC (notamment dans les câbles où il est le principal retardateur de flamme), comme imperméabilisant dans le textile, comme agent opacifiant dans les cosmétiques et les produits de soins, dans les médicaments comme antiacide. (Subsport, 2013 ; Morgan et Wilkie, 2014 ; Cosmetics Info ; site internet Vidal28).
Cosmétiques
FTE 2015 Importer
D'après le site Cosmetics info29 , l'aluminium, sous forme de sels (chlorohydrate d'aluminium et chlorohydrate d'aluminium et de zirconium), est utilisé dans les produits de soins comme pigment, comme agent épaississant, comme antiperspirant, comme agent opacifiant. D'après l'AFSSAPS30 (2011), de nombreux composés de l'aluminium peuvent être utilisés dans les cosmétiques pour des usages différents, qui sont détaillés dans le Tableau 11.
[28] (consulté en mars 2015). http://www.vidal.fr/
[29] (consulté en février 2015). http://www.cosmeticsinfo.org/ingredient
[30] AFSSAPS : Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé.
Tableau 11. Usages des composés de l'aluminium dans les cosmétiques, d'après l'AFSSAPS (2011).
D'après le site internet Pharmashopi31 , certains de ces produits sont en vente en France (déodorant, maquillage, produits pour le visage et le corps).
Potabilisation de l'eau
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L'aluminium peut être utilisé dans la potabilisation de l'eau pour la coagulation et la floculation. D'après le site internet Feralco32 , les composés de l'aluminium généralement utilisés sont les chlorures et polychlorures d'aluminium, ainsi que les sulfates et polysulfates d'aluminium (cf § 3.3.4).
Les sels d'aluminium sont les floculants les plus utilisés en France. D'après François (2012), dans la région Limousin, 93 % des usines de traitement utilisent des sels d'aluminium.
Médical
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Les adjuvants les plus communs pour les vaccins humains et vétérinaires sont le phosphate d'aluminium (CAS 7784-30-7), l'hydroxyde d'aluminium (CAS 21645-51-2) et le sulfate de potassium et d'aluminium (7784-24-9) (Frayssinet, 2014).
D'après le site internet Vidal, l'hydroxyde d'aluminium est aussi utilisé dans les médicaments comme antiacide.
Secteurs d'utilisation de l'alumine
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Les secteurs d'utilisation de l'alumine, hors fabrication de l'aluminium sont présentés dans la Figure 3 ci-dessous. Ils représentent environ 10 % de la production totale d'alumine.
[31] (consulté en février 2015). http://www.pharmashopi.com/corps-et-hygiene-xsl-25356.html
[32] (consulté en février 2015). http://www.feralco.com/FR/FR/page501-polychlorure-d-aluminium.php
Figure 3. Différents secteurs d'utilisation de l'alumine hors fabrication de l'aluminium, d'après Vignes (2013).
Les principaux secteurs d'utilisations de l'alumine, hors fabrication de l'aluminium, sont les matériaux réfractaires, les traitements de l'eau et les papeteries.
Les nanoparticules
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D'après l'ANSES33 (2013), les composés nanoparticulaires de l'aluminium ayant été enregistrés en France dans le cadre de la réglementation sur les nanoparticules, ainsi que leurs usages, sont détaillés dans le Tableau 12.
[33] Bilan 2013 de déclarations des substances importées, fabriquées ou distribuées en France en 2012. (consulté en mars 2014). http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Rapport_public_format_final_20131125.pdf
Tableau 12. Composés nanoparticulaires de l'aluminium, d'après l'ANSES (2013).
Le Tableau 12 cite tous les usages possibles, sans distinction entre les principaux et les plus anecdotiques. Ainsi certains des secteurs cités peuvent utiliser des quantités très faibles d'aluminium.
L'oxyde d'aluminium est le nanocomposé de l'aluminium dont le tonnage est le plus important et dont les usages sont les plus nombreux. Le second composé le plus important est l'acide silicique, sel d'aluminium et de sodium, dont le tonnage est plus de quatre fois inférieur à celui de l'oxyde d'aluminium.
D'après le site internet NanoSafePack34 , du nano-aluminium peut être utilisé dans les emballages alimentaires en polymères (polyester, polyamide, polyuréthane, polyéthylène, polypropylène ou polystyrène). L'utilisation de nano-aluminium sert à améliorer les propriétés de volume, de surface et la stabilité chimique du polymère.
D'après le site internet EPRUI Nanoparticles & Microspheres35 , l'oxyde d'aluminium nanoparticulaire peut être utilisé dans :
- les céramiques transparentes : lampes au sodium à haute pression, fenêtres ;
- les cosmétiques ;
- les céramiques d'oxyde d'aluminium haute résistance : matériaux d'emballages, outils de coupe ;
- le polissage des matériaux : produits en verre, métalliques, matériaux semi-conducteurs ;
- la peinture, le caoutchouc, le plastique ;
- les catalyseurs.
[34] (consulté en mars 2015). http://www.nanosafepack.eu/
[35] (consulté en mars 2015). http://www.nanoparticles-microspheres.com/Products/Aluminum-Oxide-alpha.html
Rejets dans l’environnement
Sources naturelles
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La teneur moyenne de l'écorce terrestre est de 8 % en aluminium et de 15 % en alumine (Vignes, 2013).
Le FOREGS16 construit des cartes (cf. paragraphe 4.2) représentant les concentrations en aluminium dans 26 pays européens et dans différents milieux (couches profonde et superficielle du sol, sédiments de cours d'eau et de plaines alluviales, et eau). Ces cartes montrent de grandes différences entre les régions. Ainsi le nord de l'Allemagne, la Pologne et les pays baltes présentent des teneurs en aluminium inférieures à 6 mg/kg, tandis que la Slovénie, la Croatie, le Portugal et l'ouest de l'Espagne présentent des teneurs supérieures à 15 mg/kg. La France présente des teneurs variant entre 6 et 15 mg/kg selon les régions et le type de sol.
Sources non-intentionelles
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Sans objet
[16] Forum of the European Geological Surveys : Atlas Géochimique de l'Europe : (consulté en septembre 2014). http://weppi.gtk.fi/publ/foregsatlas/
Émissions anthropiques totales
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Les principales données sur les émissions d'aluminium dans l'environnement, identifiées lors de cette étude, concernent les émissions industrielles.
L'évolution des émissions d'aluminium et de ses composés déclarées dans le cadre de l'arrêté du 31 janvier 2008 par les industriels, entre 2009 et 2012, est présentée dans le Tableau 13 ci-après. Les données affichées sont issue du registre français des émissions polluantes IREP36 . Rappelons que le registre français des émissions polluantes IREP différencie les émissions directes dans l'eau de celles qui sont indirectes. Un rejet direct est défini comme un rejet isolé, après station d'épuration interne au site industriel ou directement dans le milieu naturel, un rejet indirect est défini comme un rejet raccordé à une station d'épuration extérieure à l'installation industrielle émettrice.
Tableau 13. Emissions d'aluminium et de ses composés, d'après l'IREP.
En France, les émissions d'aluminium ont lieu essentiellement dans l'eau. Elles sont principalement issues d'Alteo Gardanne (13), un producteur d'alumines et de ses composés. Les chiffres donnés par Alteo Gardanne en 2011 sont très faibles par rapport aux autres années, aucune explication pour cette valeur n'a pu être identifiée.
Il est à noter que les rejets indirects dans l'eau diminuent depuis 2009, alors que les émissions vers les sols augmentent.
[36] (consulté en septembre 2014). http://www.irep.ecologie.gouv.fr/IREP/index.php
Émissions atmosphériques
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L'IREP ne recense pas d'émissions d'aluminium vers l'atmosphère.
Lors de cette étude, nous n'avons pas identifié de sources d'informations sur des émissions atmosphériques d'aluminium.
Émissions vers les eaux
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Rejets directs
L'IREP recense, entre 2008 et 2012, 45 émetteurs directs d'aluminium et ses composés dans l'eau. En 2012, les émissions étaient estimées à 13 135 tonnes/an.
Figure 4. Emissions directes d'aluminium et de ses composés dans l'eau, d'après l'IREP.
Le secteur de la sidérurgie, métallurgie, coke représente 97 % des émissions totales d'aluminium vers les eaux directes, ce qui est cohérent avec le fait qu'Alteo Gardanne, principal contributeur, appartient à ce secteur (il représente plus de 99 % de ce secteur).
Rejets indirects
L'IREP recense, entre 2008 et 2012, 6 émetteurs indirects d'aluminium et ses composés dans l'eau. En 2012, les émissions étaient estimées à 2 tonnes/an.
Les secteurs émettant de façon indirecte de l'aluminium vers les eaux sont la chimie et parachimie, le bois, papiers et cartons et la mécanique, traitements de surface.
Rejets de STEU
Les rejets des STEU sont faibles : de l'ordre de la dizaine de microgrammes d'aluminium par litre. L'aluminium présent dans l'eau est stocké dans les boues, où les concentrations peuvent atteindre le millier de mg d'aluminium/kg PS37 de boues. Les boues semblent donc être une voie potentielle de contamination des sols via l'épandage.
Potabilisation de l'eau
Les sels d'aluminium servent à assurer la coagulation et la floculation des particules fines en suspension ou solubles, pour en permettre ensuite la sédimentation et la filtration. Lors du processus d'agglomération ou de coagulation, la plus grande partie des sels d'aluminium ajoutés s'hydrolyse pour produire de l'hydroxyde d'aluminium qui précipite et devient partie intégrante du floculat. Cet aluminium fait donc partie de la boue générée par le processus de traitement. Il est possible qu'une petite quantité de l'aluminium ajouté persiste dans l'eau traitée, soit sous forme particulaire, soit sous forme soluble, selon les conditions du processus de traitement et plus particulièrement du pH (Environnement Canada, 2010). Même si elle n'est pas majoritaire, cette technique est utilisée en France, il est donc possible que les mêmes effets se produisent également.
Émissions vers les sols
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L'IREP recense, entre 2008 et 2012, 7 émetteurs d'aluminium et ses composés dans le sol. En 2012, les émissions étaient estimées à 861 tonnes/an.
Les industries émettant de l'aluminium sont le bois, papier et carton, l'industrie des cuirs et peaux, les stations d'épuration urbaines de plus de 100 000 habitants, la chimie et parachimie et les déchets et leurs traitements.
Pollutions historiques et accidentelles
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La base de données ARIA38 (Analyse, Recherche et Informations sur les Accidents) recense les incidents ou accidents qui ont, ou auraient pu, porter atteinte à la santé ou à la sécurité publique, l'agriculture, la nature et l'environnement. En France, 398 accidents impliquant
[37] PS: poids sec.
[38] (consulté en août 2014). http://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/
l'aluminium ou ses composés ont été recensés depuis 1992, dont les conséquences sont détaillées dans le Tableau 14.
Les accidents sont classés selon l'échelle européenne, qui est croissante de 0 (sans conséquence) à 6 (conséquences les plus graves)
Tableau 14. Conséquences des accidents, d'après la base de données ARIA.
La majorité des accidents n'a eu aucune conséquence humaine, sociale, environnementale ou économique, ou peu de conséquences en ce qui concerne les matières dangereuses relâchées.
Présence environnementale
Atmosphère
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L'aluminium est présent dans l'atmosphère dans les particules, généralement de diamètre supérieur à 2 µm, qui se déposent près de leur source.
Dans l'air, le chlorure d'aluminium hydraté réagit en milieu humide pour produire de l'acide chlorhydrique et de l'oxyde d'aluminium (Vasiloff, 1991). De même, le nitrate et le sulfate d'aluminium peuvent réagir avec l'humidité pour former l'acide nitrique et l'acide sulfurique respectivement (Environnement Canada, 2010).
Le Tableau 16 ci-après présente les concentrations en aluminium relevées dans les aérosols.
Tableau 16. Concentration en aluminium dans les aérosols, d'après Kuoa et al. (2007).
[42] PM2,5: particules en suspension dont le diamètre est inférieur à 2,5 µm ; PM10: particule en suspension dont le diamètre est inférieur à 10 µm ; TSP: particules totales en suspension.
Les concentrations en aluminium sont variables et dépendent du lieu où les mesures sont effectuées. Du fait des propriétés physico-chimiques de la substance, ces mesures sont toujours faites à proximité des sources.
Aquatique
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Dans le milieu aquatique, la solubilité de l'aluminium en équilibre avec sa phase solide Al(OH)3 dépend grandement du pH. A des pH faibles, le complexe Al(H2O)6 3+ est prédominant, mais à des pH plus élevés ou si la température augmente, les espèces prédominantes deviennent Al(OH)2+ , Al(OH)2 + et Al(OH)4 -.
Il existe deux types généraux de ligands39 qui peuvent former de solides complexes avec l'aluminium en solution. Les ligands inorganiques comprennent notamment des anions comme les sulfates (SO4 2-), les fluorures (F-), les phosphates (PO4 3-), les bicarbonates (HCO3 -) et les hydroxydes (OH-). Les ligands organiques comprennent les acides oxalique, humique et fulvique (Environnement Canada, 2010).
Les chlorure d'aluminium, nitrate d'aluminium et sulfate d'aluminium sont extrêmement solubles et forment diverses espèces dissoutes au contact de l'eau (Environnement Canada, 2010).
Dans les cours d'eau, les valeurs d'aluminium relevées sont comprises entre 0,70 et 3 370 µg.L-1, avec une médiane de 17,7 µg.L-1.
[40] (consulté en août 2014). http://weppi.gtk.fi/publ/foregsatlas/article.php?id=15
[41] Médiane : valeur d'une série statistique telle que le nombre de valeurs inférieures soit égal au nombre de valeurs supérieures.
Figure 5. Distribution géographique de l'aluminium dans les milieux aquatiques, d'après le site internet du FOREGS.
Les teneurs les plus élevées sont observées en Scandinavie, au Royaume Uni, dans le centre de la France et en Bretagne. Les concentrations les plus faibles se rencontrent principalement autour du bassin méditerranéen.
Terrestre
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Dans les sols, l'aluminium est principalement présent sous forme de silicates, d'hydroxydes et d'oxyde. La solubilité de l'aluminium dans les sols augmente avec le pH.
Sédiments de cours d'eau
La valeur médiane en aluminium total dans les sédiments est de 10,3 %, avec une gamme de 0,20 à 25,9 % en Al2O3.
Figure 6. Distribution géographique de l'aluminium dans les sédiments des cours d'eau, d'après le site internet du FOREGS.
Les teneurs les plus élevées sont observées au Portugal, en Espagne, au Royaume-Uni et dans le centre de la France. Les concentrations les plus faibles sont relevées dans l'est de l'Allemagne, en Pologne et dans les pays baltes.
Sédiments de plaines alluviales
La valeur médiane en aluminium dans les sédiments varie en 0,10 et 32,6 % en Al3O2, avec une valeur médiane de 10,4 % en Al3O2.
Figure 7. Distribution géographique de l'aluminium dans les sédiments des plaines alluviales, d'après le site internet du FOREGS.
Les teneurs les plus élevées sont observées au Portugal, dans le centre de la France, en Bretagne, en Slovénie et en Croatie. Les concentrations les plus faibles sont relevées dans l'est de l'Allemagne, en Pologne et dans les pays baltes.
Sols
La valeur médiane en aluminium est de 11,7 % d'Al3O2 dans les sous-sols, avec une gamme allant de 0,21 à 27,1 % d'Al3O2. Dans la couche supérieure, la valeur médiane est de 11,0 % d'Al3O2, avec des valeurs allant de 0,37 à 26,7 % d'Al3O2.
Le FOREGS établit deux cartes : une pour les couches profondes du sol et la seconde pour les couches superficielles du sol.
Figure 8. Distribution géographique de l'aluminium dans les couches profondes des sols, d'après le site internet du FOREGS.
Les teneurs les plus élevées dans les couches profondes du sol sont observées au Portugal, dans le centre de la France, en Bretagne, dans le nord de l'Italie, en Slovénie et en Croatie. Les concentrations les plus faibles sont relevées aux Pays-Bas, au Danemark, dans le nord de l'Allemagne, en Pologne et dans les pays baltes.
Figure 9. Distribution géographique de l'aluminium dans les couches superficielles des sols, d'après le site internet du FOREGS.
Les teneurs les plus élevées dans les couches superficielles du sol sont observées au Portugal, dans le centre et le sud-ouest de la France, en Italie, en Slovénie et en Croatie. Les concentrations les plus faibles sont relevées aux Pays-Bas, dans le nord de l'Allemagne, en Pologne et dans les pays baltes.
Les Figure 6, Figure 7, Figure 8 et Figure 9 présentent une grande homogénéité que ce soit dans les sédiments ou les sols, le Portugal, le centre de la France et la Slovénie pour les plus fortes concentrations en aluminium ; l'est de l'Allemagne, la Pologne et les pays baltes pour les plus faibles concentrations.
Perspectives de réduction
Réduction des rejets
Réduction des émissions d'aluminium
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Elimination dans les effluents de stations d'épuration urbaines
L'aluminium est recherché dans le cadre du projet AMPERES55 . Il a été quantifié dans plus de 90 % des eaux usées brutes de STEU étudiées à des concentrations comprises entre 100 et 1 000 µg.L-1. L'aluminium a été quantifié dans plus de 70 % des eaux traitées secondaires à des
[53] (consulté en février 2015). http://www.pharmashopi.com/corps-et-hygiene-xsl-25356.html
[54] (consulté en février 2015). http://www.alibaba.com/
[55] Analyse de micropolluants prioritaires et émergents dans les rejets et les eaux superficielles.
concentrations comprises entre 10 et 100 µg.L-1 et dans 30 à 70 % des eaux traitées tertiaires à des concentrations comprises entre 10 et 100 µg.L-1 (Coquery, 2011).
Le rendement de la filière eau traduit la diminution de la concentration entre l'entrée et la sortie de la STEP : il est en moyenne de 90 % pour l'aluminium (Choubert, 2011).
La majeure partie de l'aluminium semble donc transférée vers les boues. L'épandage des boues de STEP peut constituer une source de contamination des sols en aluminium.
Réductions des émissions industrielles lors du traitement des minerais
Le procédé Bayer (cf. § 2.2.3.1) est la technique standard à prendre en compte. Ce procédé comporte plusieurs variantes qui sont les suivantes :
- Manutention, concassage-broyage de la bauxite, de la chaux et des autres matériaux de manière à limiter les émissions de poussières.
- Conception et utilisation d'autoclaves permettant de réduire la consommation d'énergie (ex. : utilisation d'autoclaves tubulaires et d'échangeurs de chaleur thermiques à l'huile afin de pouvoir récupérer un maximum de chaleur et utiliser une température de digestion plus élevée).
- Utilisation de fours de calcination à lit fluidisé dotés d'un système de préchauffage afin de pouvoir utiliser le contenu calorifique des effluents gazeux. Utilisation de filtres à manches ou de filtres électrostatiques pour éliminer l'alumine calcinée et les poussières.
- Mise en décharge des boues rouges dans des zones étanches et réutilisation des eaux de transport et de surface provenant des bassins (Commission européenne, 2001).
Réductions des émissions industrielles lors du recyclage de l'aluminium
Lors de la production d'aluminium secondaire, il est utilisé des sels pour faciliter le procédé, en réduisant l'oxydation et en favorisant l'élimination des impuretés. Ces sels sont récupérés en sortie de four sous forme d'un mélange contenant de 4 à 10 % d'aluminium, de 20 à 55 % de sels solubles dans l'eau et de 35 à 75 % d'oxydes métalliques et de sels insolubles. Différentes méthodes permettent de recycler ce mélange, partiellement ou totalement. L'aluminium, insoluble dans l'eau, est typiquement récupéré par tamisage. Il peut être ensuite réutilisé en interne (European Commission, 2014).
Réductions des émissions d'Alteo Gardanne
L'usine Alteo de Gardanne (13), qui produit de l'alumine et ses composés, envoie par pipe line les résidus solides provenant de la bauxite (boues rouges), dans une fosse marine profonde 2 500 mètres, à 7 km des côtes.
Néanmoins, Alteo Gardanne projette de réduire ses rejets en mer, en valorisant les boues rouges issues de la production d'alumine.
Ainsi, plusieurs applications de la Bauxaline® (nom commercial des résidus de boues rouges) ont été étudiées :
- en tant que récifs artificiels en mer ;
- dans le secteur des travaux publics pour les remblais de route ou comme coulis d'injection (ces coulis servent entre autres à la réhabilitation de sites miniers et de carrières) ;
- en tant que substrat de culture en horticulture, dont l'innocuité reste à valider.
Alternatives aux usages
Introduction
FTE 2015 Importer
Les utilisations de l'aluminium ont beaucoup augmenté ces dernières années en raison de son emploi en tant que substituant d'autres métaux présentant de forts impacts environnementaux, tels que le plomb, le cadmium, le cuivre ou le chrome43 . La Figure 10 présente d'évolution de la production mondiale de quelques métaux dont l'aluminium de 1930 à 2010.
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D1vpiQAAAABJRU5ErkJggg==Figure 10. Evolution de la production mondiale d'aluminium, d'après Vignes (2013).
La production mondiale d'aluminium a fortement augmenté, notamment depuis le début des années 2000.
[43] Des fiches technico-économiques pour le plomb, le cadmium, le cuivre et le chrome sont disponibles sur le site . http://www.ineris.fr/rsde/fiches_technico.php
Alternatives à l'aluminium dans l'industrie
FTE 2015 Importer
D'après le document de référence recensant les meilleures techniques disponibles sur les systèmes de refroidissement industriels rédigé par la Commissions Européenne en 2001, les systèmes de refroidissement, les échangeurs de chaleur, les conduites, les pompes, … sont, entre autres, réalisés en cuivre ou dans un des alliages à base de cuivre.
Afin de réduire les émissions de cuivre dues à la corrosion de ces produits, il est proposé de le substituer par :
- l'acier au carbone ;
- l'acier galvanisé ;
- l'alliage d'aluminium ;
- le laiton44 ;
- l'acier inoxydable45 ;
- le titane.
Dans ce domaine, l'aluminium est donc un substitut du cuivre, mais d'autres alternatives sont proposées.
A titre d'exemple, des échangeurs thermiques constitués d'alliages d'aluminium, sont proposés à l'échelle industrielle, par exemple les unités de dessalement de l'eau de mer (Techniques de l'ingénieur, 1995).
Ces alliages d'aluminium peuvent être substitués par du titane.
Outre sa forte résistance à la corrosion, même dans de l'eau extrêmement polluée, ce matériau présente plusieurs avantages :
- il est possible d'utiliser des tuyaux extrêmement minces ;
- la conductivité de la chaleur est excellente ;
- le matériau est bien adapté à la réutilisation ;
- la durée de vie probable du matériau est longue.
Cependant, la prolifération biologique est plus importante qu'avec des matériaux contenant du cuivre. Il nécessite donc une utilisation supplémentaire de biocides. Un autre inconvénient est que le titane peut difficilement être utilisé dans un environnement réducteur car aucune couche protectrice d'oxyde ne se forme.
[44] Des informations sur le laiton (alliage de cuivre et de zinc) peuvent être trouvées dans la fiche technico-économique sur le zinc, disponible sur le site . http://www.ineris.fr/rsde/fiches_technico.php
[45] Des informations sur l'acier inoxydable peuvent être trouvées dans la fiche technico-économique sur le nickel, disponible sur le site . http://www.ineris.fr/rsde/fiches_technico.php
Quoiqu'il en soit, la substitution de l'aluminium par le titane est handicapée par le coût de ce matériau alternatif. La Figure 11 ci-après montre les variations du coût du titane entre 1992 et 2014.
Figure 11. Coût du titane en dollars US par livre US, d'après l'INSEE46 .
Après avoir fortement augmenté entre 2003 et 2005, le titane est redescendu entre 3 et 4 dollars US la livre US, soit environ entre 6 600 et 8 800 dollars US par tonne. L'aluminium varie entre 1 600 et 2 800 dollars US par tonne47 (cf. § 2.2.1), soit environ un tiers du prix du titane. Les pics dans les cours du titane et de l'aluminium ne se sont pas produits en même temps, le pic du titane a eu lieu entre 2003 et 2007, tandis que celui de l'aluminium s'est produit entre 2006 et 2009.
[46] Institut National des Statistiques et des Etudes Economiques : (consulter en juin 2014). http://www.bdm.insee.fr/bdm2/affichageSeries.action?periodeDebut=1&anneeDebut=1992&periodeFin=7&anneeFin=2014&page=graphique&recherche=idbank&codeGroupe=298&idbank=000852060
[47] (consulté en octobre 2014). http://www.insee.fr/fr/bases-de-donnees/bsweb/graph.asp?idbank=000455739&date_debut=1992&date_fin=2014
Pour les autres utilisations de l'aluminium dans l'industrie, il n'a pas été identifié d'information concernant ses alternatives.
Transport
FTE 2015 Importer
Les polymères constituent des alternatives possibles à l'aluminium dans le secteur des transports, notamment de l'automobile. Ainsi des composites contenant des fibres de verre ou de carbone peuvent être utilisés dans différentes parties de la structure d'une voiture. Néanmoins ces fibres présentent certains inconvénients, notamment un coût élevé des matières premières et un investissement important pour transformer les proceédés existant (Ghassemieh, 2011).
De plus, de nouvelles résines polyéthersulfones (PESU) incorporant de fibres de carbone, de graphite et de polytétrafluoroéthylène (PTFE) développées par BASF possèdent une résistance élevée à l'usure. BASF a conçu cette gamme de résine pour l'industrie automobile, notamment pour les systèmes de refroidissement et le circuit d'huile (BASF).
Emballages
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Les emballages en aluminium sont le plus souvent recouverts à l'intérieur de résine époxy, pouvant être synthétisée à partir de bisphénol A48 . C'est surtout en raison de la présence de bisphénol A que l'on cherche à substituer les emballages en aluminium.
Le Tableau 17 ci-après présente des alternatives aux emballages en aluminium.
[48] Une fiche technico-économique sur le bisphénol A est disponible sur le site . http://www.ineris.fr/rsde/fiches_technico.php
Tableau 17. Alternatives aux emballages en aluminium, d'après INERIS (2012).
Plusieurs des alternatives présentées dans le Tableau 17 contiennent de l'aluminium, mais en faibles quantités.
Même si tous les usages ne sont pas couverts, il semble possible de trouver des alternatives économiquement viables à la majorité des utilisations de l'aluminium dans le domaine des emballages.
Energie
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Transport de l'énergie
L'aluminium est utilisé dans les fils et câbles électriques en substitution du cuivre.
Tableau 18. Conducteurs utilisés dans le secteur de l'électricité et de la communication, d'après Delomel (2003).
L'aluminium est un métal disponible en grande quantité. Il est déjà utilisé pour les lignes hautes tensions et pour les câbles 230 V de distribution d'EDF (Delomel, 2003).
Néanmoins, à l'heure actuelle, l'aluminium est utilisé en tant que substitut du cuivre, plutôt que l'inverse.
[49] Alliage AGS : alliage aluminium, magnésium, silicium.
[50] A4GL : alliage à base d'aluminium.
LED
L'aluminium est substitué dans les LED51 par un composé thermo-conducteur, qui présente plus d'avantages par rapport à l'aluminium : la couleur blanche, la résistance à la chaleur sans besoin de peinture supplémentaire, une productivité améliorée grâce à l'utilisation du moulage par injection et une conformité aux exigences de l'industrie en matière d'isolants électriques (site internet des Techniques de l'Ingénieur52).
Retardateur de flamme
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L'hydroxyde d'aluminium peut être substitué dans certains de ses usages. Ainsi dans son usage de retardateur de flamme dans les gommes et le PVC, les alternatives sont présentées dans le Tableau 19 ci-après.
[51] LED : diode électroluminescente.
[52] (consulté en mars 2015). http://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/materiaux-innovants-nano-thematique_6342/un-compose-thermo-conducteur-remplace-l-aluminium-dans-des-del-article_59563/
Tableau 19. Alternatives à l'hydroxyde d'aluminium en tant que retardateur de flamme, d'après Morgan et Wilkie (2014).
De nombreux substituts présentés dans le tableau ci-avant présentent des inconvénients significatifs, soit en raison de leur caractère halogéné, soit en raison de la toxicité de la substance (composés du zinc et de l'antimoine), soit en raison de la présence d'aluminium (boehmite AlOOH).
Textile
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Dans le domaine textile, les composés de l'aluminium sont utilisés en tant que retardateur de flamme et imperméabilisant. Les alternatives à l'hydroxyde d'aluminium sont présentées dans le Tableau 20 ci-après.
Tableau 20. Alternatives à l'hydroxyde d'aluminium en tant que retardateur de flamme dans le textile, d'après Subsport (2013).
De nombreux substituts possibles sont des composés bromés, que l'on cherche par ailleurs à remplacer en raison de leur toxicité. Les composés non-bromés sont donc à privilégier.
Potabilisation de l'eau
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Les sels d'aluminium utilisés dans la potabilisation de l'eau peuvent être substitués par des sels de fer (chlorure ferrique). Ces derniers présentent des avantages par rapport aux sels d'aluminium : meilleure élimination de la matière organique, plage de pH de coagulation plus large. Néanmoins leur mise en œuvre se heurte aussi à des inconvénients tels que la coloration de l'eau et des boues, ainsi que leur corrosivité (Helmer, 2012 ; Veolia eau, 2012).
Cosmétiques
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Dans les cosmétiques, nous avons identifié des informations quant à la substitution de l'aluminium dans les déodorants.
Le Tableau 21 ci-après résume les différents sels d'aluminium et leurs substituts utilisés dans les déodorants sur le marché français.
Tableau 21. Sels d'aluminium et leurs substituts, d'après les sites Pharmashopi53 et Alibaba54 (pour les coûts).
Il apparait donc des substituts possibles aux sels d'aluminium dans les déodorants, néanmoins une attention particulière devrait être portée à l'innocuité de ses produits, notamment en ce qui concerne le triclosan, le dipropylene glycol et le ricinoleate de zinc.
Utilisés dans les mêmes proportions, les substituts possibles ont dans l'ensemble des coûts plus élevés que les sels d'aluminium.
Néanmoins du fait de la faiblesse des quantités en cause, ce surcoût semble supportable pour les acteurs économiques de ce secteur.
Conclusion
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L'aluminium est un métal. Présent naturellement dans la croûte terrestre, il est extrait majoritairement de la bauxite. En France, il n'y a pas de gisements exploités.
La production mondiale d'aluminium augmente chaque année pour répondre à la demande industrielle. Les secteurs d'utilisations de l'aluminium sont principalement les transports, le bâtiment et les emballages. Ses composés sont utilisés dans les cosmétiques, la potabilisation de l'eau et les retardateurs de flamme.
Les émissions françaises industrielles d'aluminium représentent, en 2012, 13 998 tonnes/an, dont 93 % déversées directement vers les eaux, d'après l'IREP.
Les rejets d'aluminium ont fortement augmentés ces dernières années en raison de l'importante utilisation de l'aluminium en tant que substituant d'autres métaux présentant un fort impact environnemental, tels que le plomb, le cadmium, le cuivre ou le chrome. Ainsi l'aluminium est utilisé dans l'industrie et il existe actuellement assez peu des possibilités de le substituer.
Dans le secteur des transports, des alternatives à l'aluminium se développent avec des polymères, notamment dans l'automobile.
Il existe des alternatives aux usages de l'aluminium dans le secteur des emballages alimentaires, ou au moins permettant de réduire les quantités d'aluminium en jeu.
Dans le secteur de l'énergie, des métaux autres que l'aluminium peuvent être utilisés et des polymères développés pour le substituer.
Les composés de l'aluminium employés dans les retardateurs de flamme et les cosmétiques peuvent être substitués, mais les caractéristiques des substituts potentiels sont à étudier, notamment leur toxicité et leur écotoxicité.
En ce qui concerne les émissions d'aluminium vers l'environnement, il existe des solutions permettant de les réduire, notamment au niveau des effluents de stations d'épuration urbaines, des émissions industrielles lors du traitement des minerais et lors du recyclage de l'aluminium.
Dans le cas d'Alteo Gardanne, qui représente plus 90 % des émissions d'aluminium vers les eaux, des projets de valorisation des boues rouges, issues du traitement de la bauxite, existent et sont en cours d'évaluation.
Bibliographie
Archives
Dernière vérification le 29/03/2024
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