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L’aluminium n’est quasiment jamais présent sous sa forme pure dans la nature. Pour l’obtenir, il faut l’extraire d’une molécule plus complexe, en général de l’alumine ( Al2O3 ). Le procédé d’extraction consiste à injecter l’alumine sous forme solide dans une cuve d’électrolyse contenant une solution corrosive et de l’aluminium sous forme liquide. La cuve est traversée par un fort courant électrique et maintenue par effet Joule à une température proche de 960o Celsius. Les fluides sont non-miscibles et mis en mouvement par des forces électromagnétiques.
L’ensemble des réactions chimiques qui conduit à la réduction de l’alumine peut être résumé par l’équation suivante :
2 Al2O3 + 3 C = 4 Al + 3 CO2.
De manière très simplifiée, sous l’effet du solvant les molécules d’alumine sont ionisées puis transportées par le courant électrique. L’oxygène réagit avec les anodes en carbone pour former du gaz carbonique et permettre aux ions d’aluminium de former de l’aluminium pur.
Dans le cadre d’une forte collaboration scientifique entre l’EPFL et RioTinto-Alcan (Laboratoire de Recherche et Fabrication basé à Saint-Jean de Maurienne – France), la chaire ASN développe depuis de nombreuses années un logiciel de simulation pour optimiser la production d’aluminium (Alucell).
En guise d’exemple, voici une géométrie de cuve réaliste, utilisée pour des simulations industrielles.