Structures en aluminium : comment contribuent-elles à la durabilité de l’ingénierie ?

L’aluminium est l’un des métaux du XXIe siècle. La tendance de l’industrie à fabriquer des structures métalliques légères et recyclables fait de ce métal l’un des préférés pour atteindre les objectifs de l’Union européenne en matière de durabilité environnementale. On trouve des structures en aluminium dans l’ingénierie aérospatiale, comme les avions ou les satellites, mais aussi dans les transports terrestres, avec les voitures électriques en tête, en raison de leur besoin d’être le plus léger possible pour stimuler l’autonomie des batteries, où ce matériau est également essentiel, dans la construction civile, dans les appareils électroménagers, et un long etcetera.

Le boom de l’aluminium dans l’ingénierie civile

Quelques exemples célèbres de structures en aluminium se trouvent dans la statue d’Eros érigée dans la fontaine Shaftesbury Memorial à Londres sur Piccadilly, dans les feuilles qui recouvrent le dôme de l’église de San Gioacchino à Rome et dans les intérieurs et extérieurs de l’Empire State Building de New York. En effet, ce dernier exhibe de l’aluminium et de l’or 23 carats dans les fresques du plafond et sur les murs du vestibule. Tous ont été construits à la suite de l’amélioration des procédés d’obtention de l’aluminium en grandes lots dans les années 1920, au moyen de l’électrolyse, ce qui le rendait beaucoup moins cher qu’auparavant.

Après la Seconde Guerre mondiale, l’aluminium a connu une baisse de son utilisation en raison de son manque après avoir été utilisé dans l’industrie militaire, mais il est redevenu le protagoniste des ponts et des immeubles de grande hauteur, ainsi que des composants tels que les encadrements de fenêtres, les panneaux et toitures pour sa légèreté, sa facilité d’utilisation, sa résistance à la corrosion et sa recyclabilité, qui permet de tirer le meilleur parti de l’ensoleillement des bâtiments et de minimiser les dépenses énergétiques.

Pour l’Expo de Bruxelles de 1958, l’emblématique Atomium est construit, une structure de plus de 100 mètres de haut entièrement revêtue d’aluminium, évoquant 9 atomes de fer grossis 165 milliards de fois. En fait, sa couverture en aluminium, initialement prévue pour durer six mois, a duré près de 50 ans et lors de son renouvellement, le métal d’origine utilisé a une nouvelle fois prouvé sa recyclabilité. Il a été utilisé pour de nouveaux usages.

Actuellement l’utilisation de l’aluminium est hors de question dans de nombreux domaines : impossible de voler ou de rouler à grande vitesse par voie ferrée, par mer ou par route sans ce métal.

Structures en aluminium et structures en acier : où va la tendance ?

Comme nous l’avons expliqué dans les articles précédents, l’acier est le symbole de l’industrialisation et de la vie moderne. L’époque contemporaine ne peut se comprendre sans lui. L’acier est un métal résistant (il ne se déforme pas et ne se casse pas facilement sous l’effet d’une force), et il l’est encore plus s’il est traité. Cela en a fait le métal de choix pour des structures et équipements industriels pendant près de deux siècles. Cependant, l’acier est lourd et sujet à la corrosion, ce qui rend nécessaires des alliages et des traitements supplémentaires tels que la galvanisation ou le zingage, qui augmentent son prix, qui est moins cher que l’aluminium.

L’aluminium n’est pas aussi résistant, mais il ne se corrode pas, et s’inscrit dans la tendance à réduire le poids des véhicules pour économiser l’énergie nécessaire à leur déplacement, pour minimiser la corrosion des structures affectées par l’humidité, la température, etc. (routes, ponts…) et de construire des bâtiments légers qui profitent de la lumière du soleil pour être plus économes en énergie. De plus, étant entièrement recyclable, il économise 90 % d’énergie par rapport à la production d’aluminium neuf et peut donc s’insérer plus facilement dans une économie circulaire. Pour cette raison de nombreux forums sur le métal considèrent l’aluminium comme le métal du futur.

Tout cela ne signifie pas que l’aluminium peut être échangé contre de l’acier, comme ça. Comme nous l’avons souligné, l’acier est beaucoup plus résistant, l’aluminium ne peut donc pas le remplacer dans les utilisations où la résistance est essentielle. Cependant, il est de plus en plus possible de créer des alliages, tels que ceux trouvés dans les séries d’aluminium 6000 et 7000, qui ont de bonnes caractéristiques de ténacité et de résistance qui peuvent être structurelles en ingénierie civile si elles sont conçues correctement. Elles ont généralement un coût plus élevé que l’acier, mais il est généralement amorti au fil des ans.

En général, l’acier et l’aluminium sont généralement combinés dans l’industrie où chacun offre de meilleures caractéristiques, en tenant également compte des coûts, grâce à une conception et une fabrication appropriées.

Réduire l’empreinte carbone au niveau industriel c’est aussi un argument de vente essentiel pour les générations futures qui achèteront leurs produits en pensant à la l’impact qu’ils ont sur la planète.

Pourquoi l’aluminium ?

Comme nous l’avons déjà souligné jusqu’ici, l’aluminium possède des propriétés physiques qui le rendent unique, comme sa légèreté et sa résistance à la corrosion. De plus, on peut ajouter qu’il a une bonne malléabilité, une excellente conductivité électrique (ce qui rend ce métal idéal pour le câblage, comme le cuivre) et une bonne conductivité thermique. Mais ce qui fait de l’aluminium un métal d’avenir, ce sont principalement trois vertus.

Un matériau très polyvalent…

Au-delà de son utilisation dans les structures, l’aluminium est l’un des matériaux les plus polyvalents, avec des applications infinies. Chez Ferros Planes, nous nous sommes beaucoup occupés de l’utilisation industrielle de l’aluminium. Dans cet article, nous détaillons certaines de ses utilisations dans l’industrie.

…et aussi un matériau écologiquement durable…

L’aluminium est facile à intégrer dans une économie circulaire, car c’est l’un des métaux les plus faciles à recycler, pouvant utiliser la quasi-totalité du matériau d’origine. Comme nous l’avons vu dans notre article sur le recyclage de l’aluminium, ce procédé permet de réutiliser le matériau pour le même usage auquel l’original était destiné, réduisant drastiquement les émissions de CO2 et l’utilisation d’eau.

Il faut garder à l’esprit que la réduction de l’empreinte carbone au niveau industriel n’est pas seulement un objectif théorique, c’est aussi un argument de vente essentiel pour les générations futures qui achèteront leurs voitures, leurs maisons, leurs billets d’avion, etc., en pensant à la l’impact qu’ils ont sur la planète.

…ainsi qu’abondant !

Dans les cas où il n’est pas possible de couvrir la totalité de la demande d’aluminium avec de l’aluminium recyclé, l’aluminium de la croûte terrestre est utilisé, et la bonne nouvelle est que cet élément est l’un des plus abondants.

En plus, il y a une caractéristique de l’aluminium qui joue aussi en sa faveur et c’est la grande abondance de cet élément que l’on retrouve sur notre planète : environ 1,59 % de la masse de la Terre est en aluminium. Contrairement à d’autres éléments, comme l’explique Wikipédia, l’aluminium reste dans la croûte terrestre car il forme de l’oxyde qui se lie aux roches, il ne s’enfonce pas dans le noyau. C’est l’élément métallique le plus abondant (8,23 % en masse) et le troisième élément le plus abondant de tous (après l’oxyde et le silicium).

Les structures en aluminium dans les objectifs de durabilité 2050

Le secteur de l’aluminium s’attend à ce que la demande pour ce métal augmente considérablement d’ici 2050, grâce à ses propriétés uniques, il sera le matériau de choix pour une multitude d’applications, notamment la mobilité (par terre, mer et air), la construction et l’emballage. Une grande partie de cette demande, que l’organisation européenne de l’aluminium prévoit à 107,8 millions de tonnes (soit une augmentation de 50 % par rapport à aujourd’hui), sera couverte par de l’aluminium recyclé (environ la moitié), ce qui réduira les émissions de CO2 dans l’atmosphère (entre 60 et 70 % par rapport à 2014). Cependant, le secteur demande un meilleur accès aux déchets d’aluminium tant en quantité qu’en qualité pour réaliser ce potentiel, ainsi que des opportunités d’investissement pour améliorer le processus de fonte et des politiques qui accompagnent l’ensemble du processus de transformation industrielle nécessaire, telles que celles qui permettre à l’Union européenne de concurrencer sur les prix d’autres pays producteurs ayant une empreinte carbone plus élevée. La contribution de cette organisation aux objectifs de durabilité du milieu du siècle peut être lue dans ce document.

Le graphique ci-dessus montre, en vert, la quantité d’aluminium recyclé qu’European Aluminium prévoit d’utiliser dans l’UE, en bleu, l’aluminium importé et en orange, l’aluminium produit.

Ferros Planes, partenaire stratégique dans la transition de l’aluminium

Chez Ferros Planes, nous travaillons avec des métaux tels que l’aluminium dans nos usinages pour les industries automobile, aérospatiale, aéronautique, construction et autres, engagés dans la réduction des émissions de CO2 et la transition énergétique.

Bibliographie et ouvrages d’intérêt :

• Vision stratégique pour les objectifs de durabilité 2050 de l’aluminium européen (en anglais)

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