RÉSUMÉ
L’aluminium, de par ses propriétés mécaniques, thermiques ou physicochimiques, est un métal très prisé dans de nombreux domaines tels les transports, la pharmacie, l’agroalimentaire… La demande en aluminium est de plus en plus élevée et donc la production ne cesse d’augmenter. Il est donc aujourd’hui nécessaire pour les industries de minimiser le coût de production de l’aluminium. Ici le coût de production est directement lié à l’énergie requis pour former l’aluminium sur une base de kWh/kgAl. Donc plus il faut d’énergie pour produire un kilogramme d’aluminium, plus le coût sera élevé. Une des raisons principales de la baisse de rendement du procédé Hall-Héroult est l’apparition de boues sur la cathode. En effet la boue formée par le procédé provoque une résistivité supplémentaire pour le passage du courant électrique, ce qui conduit à une augmentation de l’énergie requise pour produire de l’aluminium. La boue est un mélange d’alumine non-dissoute et de bain solidifié qui provient du bain électrolytique. En effet, l’alumine qui est alimentée dans le procédé ne se dissout pas entièrement dans le bain cryolithique et se condense à l’interface bain/métal (IBM). De plus, proche de l’IBM, le régime diffusif devient prépondérant et la composition du bain change par rapport à la composition au cœur du bain. La chimie du bain est modifiée et il est ensuite possible que la température du liquidus de la cryolithe dépasse la température de travail. Du bain solidifié se forme donc près de l’interface. L’alumine non-dissoute et le bain solidifié sont donc à l’IBM et ont trois comportements possibles : les particules solides peuvent rester sur l’IBM et ensuite se redissoudre dans le bain, ou elles peuvent glisser sur l’IBM et descendre via un film de bain descendant vers le bloc cathodique, ou percer l’IBM et tomber sur le bloc cathodique. Afin de savoir laquelle de ces possibilités est la plus importante, il est nécessaire de connaître la tension interfaciale de l’IBM. En effet, cela permettrait de savoir quand et à partir de quelle quantité de solide sur l’interface l’IBM se percerait. Par ailleurs il a déjà été montré qu’un film de bain ascendant des boues vers le bain existe dans le procédé Hall-Héroult, il existe donc un cycle de recyclage des boues. Donc en connaissant la cause et le débit de la génération des boues, il sera ensuite plus simple d’optimiser ce cycle de recyclage. Cela permettra de minimiser les boues tout en recyclant l’alumine qui n’a pas été dissoute auparavant et donc d’optimiser la production de l’aluminium. Mais pour estimer la tension interfaciale de l’IBM, il est tout d’abord important de mesurer la tension de surface du bain électrolytique et de l’aluminium. Malheureusement le bain et l’aluminium ne sont pas des espèces pures, l’un est composé de cryolithe, d’alumine et de nombreux additifs fluorés et l’autre est altéré par du sodium, d'autant plus important pour les systèmes temaires étant donné le grand manque de données disponible dans la littérature.