Principe de l'aluminothermie

L’aluminothermie est un principe chimique qui permet la production de hautes températures, par une réaction dite exothermique, c'est-à-dire qu’elle produit de la chaleur. Cette réaction est obtenue sur les métaux au moyen d’aluminium en poudre, et est déclenchée par la combustion d’une mèche de magnésium, que l’on met à feu par une étincelle ou une flamme. Une fois amorcé, ce processus ne peut être stoppé, et doit aller à son terme par la combustion complète des métaux mis en œuvre. L’apport d’eau, ou même l’immersion complète, ne peuvent s’opposer à cette réaction.

La température obtenue est supérieure à la température de fusion des métaux utilisés et approche leur température d’ébullition. Ainsi elle peut atteindre de 1800 à 3500°c selon le métal ou l’alliage exposé à la réaction.

L’aluminothermie permet la fusion entre les métaux, cette propriété est notamment utilisée pour des applications industrielles.

Utilisation de l’aluminothermie comme procédé d’extraction des métaux d’après les minerais

De nombreux minerais existent à l’état naturel sous forme d’oxydes. Par exemple, le fer, le zinc, le chrome, le manganèse, le vanadium, etc. Il est nécessaire de les traiter pour en extraire les métaux que l’on utilise dans l’industrie. Un des procédés possible est l’aluminothermie, et plus précisément l’oxydoréduction engendrée par cette technique. Elle est aussi appelée réaction redox.

C’est une réaction chimique qui consiste en un transfert complet des molécules d’oxygène (et donc de l’oxydation) du métal soumis à la réaction, vers l’aluminium.

Le minerai est mélangé à de la poudre d’aluminium dans des proportions bien déterminée, et une combustion est créée au moyen d’une mèche en magnésium, ce qui déclenche la réaction.

Il se produit une fusion au cours de laquelle l’oxygène est capté par l’aluminium. A la fin du processus, le minerai laisse place à un métal pur, et l’aluminium est oxydé.

Dans ce processus l’aluminium est dit « oxydant », le minerai qui cède son oxygène est dit « réducteur ».

Exemple de métaux et alliages soudables, ainsi que leur température de fusion et d’ébullition :

  • Laiton : 900°c / 2300°c (environ)
  • Bronze : 890°c / 2250°c (environ)
  • Cuivre : 1084°c / 2567°c
  • Acier inox : 1400°c / 2600°c (environ)
  • Acier : 1450°c / 2650°c (environ)
  • Fonte : 1820°c / 3000°c (environ)
  • Fer : 1535°c / 2750°c

NB : Pour les alliages, ces températures varient selon la teneur en carbone et autres composants.

Un dosage précis est recherché pour une réaction aluminothermique optimale, en fonction du métal utilisé. Dans le cas du fer, sa proportion idéale sera de 74,7%, qu’on additionnera de 25,3% de poudre d’aluminium.

Utilisation de l’aluminothermie pour ses propriétés oxydoréductrices

Outre cette propriété d’extraction de métal d’un minerai, l’oxydoréduction qui accompagne la réaction aluminothermique permet le retour d’un métal oxydé à sa forme pure initiale, par le même principe que celui décrit précédemment. De ce fait, la soudure aluminothermique permet, par exemple, de souder un câble de cuivre sur un piquet en acier, même si ces deux éléments sont fortement oxydés. Lors de la réaction, l’oxygène contenu dans le métal rouillé sera capté par l’aluminium. Il se produira alors une véritable régénération du métal, permettant un assemblage parfait et sans qu’aucune trace d’oxydation n’altère la conductivité.

Cette application d’oxydoréduction trouve son utilité pour toutes les soudures de métaux situés en extérieur et exposés aux intempéries, et où une bonne conductibilité est recherchée, tels que :

Les câbles, les feuillards, les plaques de cuivre, les grilles, les tresses plates ou rondes en cuivre étamé, les piquets de terre en acier inox ou cuivré, les poutrelles métalliques.

Ces articles sont disponibles chez Maltep, et s’utilisent pour les raccordements à la terre ou à la masse, la protection contre la foudre, les raccordements aux charpentes métalliques, etc.

Ils concernent plusieurs corps de métiers, dont : électriciens, charpentiers en structure métallique, couvreurs-zingueurs, et potentiellement toutes les professions du bâtiment et des travaux publics.

Qu'est-ce que la soudure aluminothermique?

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La soudure aluminothermique est un procédé d’assemblage par fusionnement moléculaire de deux parties métalliques, au moyen d’une réaction chimique dénommé aluminothermie.

Cette technique est principalement connue pour son utilisation dans le raccordement des rails de chemins de fer, mais elle est également appliquée en construction navale, dans les transformateurs électriques et le câblage de lignes en haute et moyenne tension, pour la protection cathodique, et dans la construction métallique en général.

Elle permet un assemblage de haute qualité, quasi-inaltérable, exempt de porosité, et très résistant à l’oxydation. Les pièces sont amalgamées de façon totalement homogène. C’est une technique qui permet des soudures particulièrement fiables et pérennes.

De plus, la soudure aluminothermique bénéficie de propriétés générales exceptionnelles, telles que :

  • Conductibilité élevée, résistance aux afflux d’intensité et courts-circuits.
  • Excellente résistance mécanique.
  • Remarquable tenue à l’atmosphère saline.

La mise en œuvre du processus ne nécessite pas d’énergie autre que celle produite par la réaction chimique elle-même. La réalisation des soudures sur chantier se fait donc en toute autonomie.

Les qualités que présente la soudure aluminothermique permettent entre-autres son utilisation pour la réalisation de raccordements de tous câbles nus, et notamment ceux dédiés aux prises de terre, aux prises de masse, et à la protection contre la foudre.

Maltep propose tout le matériel nécessaire pour réaliser de façon simple et accessible à tous une soudure aluminothermique de câbles électriques de mise à la terre, de descente paratonnerre en méplat ou rond ou encore pour la liaison d’un conducteur de mise à la terre sur une charpente ou structure métallique.

Comment réaliser un raccordement électrique par soudure aluminothermique?

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Pour effectuer une soudure aluminothermique, il faut d’abord réunir les éléments suivants :

  • un moule graphite adapté aux composants à souder (câble / méplat / piquet de terre / structure / autre)
  • le métal d’apport (ensemble poudre de soudure et poudre d’allumage)
  • un allumeur
  • une brosse cardes
  • un grattoir
  • un pinceau de nettoyage
  • une pince adaptée à la taille du moule
  • du mastic d’étanchéité pour certaines configurations

MALTEP propose tout le matériel nécessaire pour réaliser de façon simple et accessible à tous une soudure aluminothermique de câbles électriques de mise à la terre, de descente paratonnerre en méplat ou rond ou encore pour la liaison d’un conducteur de mise à la terre sur une charpente ou structure métallique.

Mode opératoire

Après avoir très soigneusement nettoyé les matériaux à souder, placer le moule au moyen de la pince, puis le chauffer au moyen d’un chalumeau ou une lampe à souder, afin d’éliminer toute trace d’humidité.

Ensuite, placer les conducteurs à souder en veillant à une parfaite étanchéité du moule. Pour cela, utiliser le mastic, si nécessaire. Placer le disque métallique au fond du creuset de moule. Verser ensuite le métal d’apport, puis par-dessus la poudre d’allumage en en laissant déborder une partie au bord du moule, afin de favoriser l’allumage.

Refermer le moule et provoquer une étincelle au moyen de l’allumeur vers la poudre d’allumage. Se maintenir à distance durant la combustion, et porter un équipement de protection durant toute l’opération, notamment des gants et une visière ou des lunettes de sécurité.

Environ une minute après la fin de la combustion, rouvrir le moule et le débarrasser des scories et du laitier, au moyen du grattoir, de la brosse, et du pinceau.

La soudure est terminée et le moule est réutilisable, à condition qu’il soit toujours propre et sec.

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