L'aluminium est l'un des métaux les plus populaires au monde. Il est réputé pour sa légèreté, son rapport résistance/poids élevé et sa résistance à la corrosion. Toutefois, l'une des caractéristiques les plus importantes de l'aluminium, qui fait l'objet d'un débat, est qu'il conduit l'électricité. Par conséquent, comment répondre à la question suivante : l'aluminium est-il un conducteur électrique ? C'est ici que nous trouvons la réponse : oui, aluminium peuvent conduire l'électricité, mais pas aussi bien que le cuivre, qui est le métal de prédilection pour la création d'un système électrique. 

Ce document traite de la conductivité électrique de l'aluminium, de son utilisation dans l'industrie électrique, ainsi que des avantages et des limites de son utilisation dans l'industrie électrique.

Que signifie la conductivité électrique ?

Avant de dire si l'aluminium est un conducteur électrique ou non, nous allons d'abord examiner ce qu'est la conductivité électrique. La capacité d'un matériau à laisser passer le courant électrique est appelée conductivité électrique. Elle dépend du nombre d'électrons libres de se déplacer dans ce matériau. En général, les métaux ont des électrons très libres qui peuvent circuler facilement dans leur structure atomique, ce qui en fait de bons conducteurs.

L'unité de mesure de la conductivité électrique d'un matériau donné est exprimée en siemens divisés par mètre (S/m). Plus la résistance est grande, moins l'électricité peut passer. Les matériaux hautement conducteurs tels que le cuivre et l'aluminium sont utilisés dans plusieurs applications électriques telles que l'alimentation électrique, la transmission d'énergie, le câblage et les circuits.

L'aluminium est-il conducteur d'électricité ?

Oui, l'aluminium est beaucoup plus conducteur que le cuivre. L'aluminium est considéré comme un bon conducteur lorsqu'on examine la conductivité des métaux, bien que sa conductivité électrique ne représente que 61 % de celle du cuivre. Cela signifie que le cuivre permet de faire circuler un courant plus important à travers un fil de taille donnée.

Néanmoins, le fait que l'aluminium ait une conductivité relativement élevée le rend utilisable dans la plupart des applications électriques, en particulier lorsque le poids et le coût sont des considérations essentielles. La résistivité de l'aluminium n'est pas aussi élevée que celle de nombreux autres matériaux ; en d'autres termes, l'aluminium peut également conduire l'électricité, mais avec une résistance relativement moindre.

Comment l'aluminium conduit-il l'électricité ?

L'électricité est conduite dans un aluminium en raison du flux d'électrons libres à travers la structure des atomes. Ces électrons libres ne sont que faiblement liés aux atomes du métal et peuvent facilement se déplacer en présence d'un champ électrique. Lorsque le matériau laisse passer les électrons, un courant électrique est créé.

L'aluminium possède également une quantité assez élevée d'électrons libres, ce qui signifie qu'il est un bon conducteur d'électricité, mais pas aussi efficace que le cuivre. Il est environ 61 fois moins conducteur d'électricité que le cuivre, ce qui le rend légèrement plus résistant au flux d'électrons.

La conductivité de l'aluminium est également diminuée par une augmentation de la température en raison de la vibration accrue des atomes dans le métal, ce qui augmente la résistance. En outre, des couches d'oxyde non conductrices se développent à la surface de l'aluminium, ce qui peut réduire la conductivité aux endroits où des joints sont réalisés. Cette couche d'oxyde qui se forme doit être contrôlée car elle nuit à une bonne conductivité, en particulier dans les contacts électriques.

Nuances d'aluminium conductrices d'électricité 

L'aluminium est un conducteur électrique, et son niveau de conductivité dépend également de la qualité, car les différentes qualités contiennent des puretés et des métaux d'alliage différents. La corrélation entre le type de grade d'aluminium et sa conductivité est impérative pour choisir le bon type d'aluminium adapté à certaines applications électriques.

1. Aluminium pur ( 1100 Grd )

L'aluminium de grade 1100 peut être considéré comme l'un des aluminiums les plus purs, avec un niveau de pureté de 99 % et plus. Cette pureté est élevée, ce qui conduit à une bonne conductivité électrique, d'où son utilité dans les domaines qui exigent une conductivité électrique et des performances optimales, tels que le câblage et les connexions électriques.

• Conductivité électrique : Environ 61 % de celle du cuivre.
• Applications : Il est utilisé dans les systèmes de câbles d'alimentation, les conducteurs électriques et d'autres dispositifs où une conductivité élevée et une faible résistance sont essentielles.

2. Alliage d'aluminium 1350

L'alliage d'aluminium 1350 est un autre aluminium de haute pureté, mais il est combiné à d'infimes quantités de cuivre pour améliorer sa résistance et ses autres propriétés. Cette qualité est conductrice à un niveau inférieur à celui de l'aluminium de qualité 1100, mais elle permet d'obtenir de bonnes performances dans les fonctions électriques également.

• Conductivité électrique : Environ 61 % de la conductivité du cuivre, qui est comparable à celle de l'aluminium de qualité 1100.
• Applications : Il est largement utilisé dans les fils, les conducteurs et les transformateurs, en particulier dans les systèmes électriques à haute tension.

3. Alliage d'aluminium 6063

La nuance d'aluminium 6063 est un alliage de résistance moyenne et est normalement utilisée à des fins structurelles telles que les extrusions et les cadres. Il contient plus de matériaux d'alliage comme le magnésium et le silicium, qui ajoutent à la résistance mécanique, ce qui le rend moins conducteur d'électricité que l'aluminium de qualité 1100 et 1350.

• Conductivité électrique : La conductivité du cuivre est inférieure de 50 à 55 %, en raison des effets d'alliage supplémentaires des éléments.
• Applications : Il est principalement utilisé dans les extrusions architecturales, les cadres de fenêtres et les composants aérospatiaux. Bien qu'il ne soit pas aussi conducteur que les grades plus purs, il trouve des applications dans des domaines où la résistance et la formabilité sont plus importantes que la conductivité.

4. Alliage d'aluminium 1050

L'alliage d'aluminium 1050 est également de l'aluminium de haute pureté, mais il contient une faible quantité de fer ; sa conductivité est donc inférieure à celle de l'aluminium de qualité 1100. Sa conductivité est donc inférieure à celle de l'aluminium de qualité 1100. Il présente toutefois une bonne conductivité électrique pour diverses applications.

• Conductivité électrique : Le taux de conductivité électrique est de 99,76 % de celui du cuivre, soit l'équivalent du grade 1100.
• Applications : Câbles électriques, fils et connecteurs de batterie pour lesquels une conductivité élevée est le facteur déterminant, mais pour lesquels la résistance mécanique citée n'est pas un problème majeur.

5. Alliage d'aluminium 6061

Cet alliage d'aluminium de qualité 6061 est apprécié pour ses bonnes propriétés mécaniques et sa polyvalence. Pour le rendre résistant, il est allié à du magnésium et du silicium, ce qui entraîne une perte modérée de conductivité.

-Conductivité électrique : environ 45 à 50 % de la conductivité du cuivre.

Application : On le trouve couramment dans les pièces de structure, les pièces automobiles et les équipements utilisés en haute mer, où la conductivité électrique n'a pas beaucoup d'importance, mais où la solidité et la résistance à la corrosion en ont.

La conductivité électrique est-elle affectée par la finition de l'aluminium ?

La conductivité électrique de l'aluminium peut être fortement influencée par la finition de l'aluminium, qui est déterminée par la finition appliquée au métal. La propriété conductrice de l'aluminium peut être modifiée par différents traitements de surface : formation d'une couche d'oxyde, anodisation, revêtement, polissage, etc.

1. Formation de la couche d'oxyde

En présence d'air, par exemple lors du processus d'oxydation, l'aluminium forme une fine couche d'oxydes (Al 2 O 3 ). Bien que cette couche d'oxyde offre une protection contre la corrosion, elle n'est pas conductrice. Cela signifie que ce film d'oxyde sur le point où l'électricité est connectée peut augmenter la résistance, compromettant ainsi la conductivité globale de l'aluminium. L'efficacité des activités électriques à haute performance peut être perdue à cause de l'existence de cette couche d'oxyde. Pour obtenir une bonne conductivité, une telle couche d'oxyde doit être éliminée ou limitée aux sites de contact, ou des traitements de surface sont fournis pour éviter le dépôt d'oxyde.

2. Anodisation

Lorsqu'il s'agit d'aluminium, l'anodisation est un processus visant à rendre délibérément le film d'oxyde plus épais. Bien qu'elle renforce la résistance à la corrosion et améliore la finition esthétique de la surface, l'anodisation rend la surface plus isolante. Cela diminue considérablement la conductivité de l'aluminium, ce qui le rend inapproprié pour les applications impliquant l'utilisation de courant électrique. Mais dans certaines applications, comme celles qui ont une importance esthétique, la couche anodique n'est pas enlevée en raison de l'effet protecteur, ce qui constitue une menace majeure. L'anodisation ne peut être optimale dans les applications conductrices que si l'on prévoit d'enlever volontairement la couche d'oxyde aux points de connexion.

3. Enduits et peintures

L'aluminium est revêtu et peint pour offrir une protection supplémentaire contre les éléments environnementaux et améliorer son apparence. Cependant, la grande majorité des revêtements (en particulier les peintures normales) sont isolants et forment des barrières de conductivité électrique. Les revêtements ont pour effet de réduire la conductivité électrique du métal dans une large mesure lorsque le revêtement est appliqué. Dans le cas de l'aluminium utilisé dans les systèmes électriques, il convient de se rappeler que les parties avec lesquelles le contact électrique est établi ne doivent pas être revêtues ou, dans des cas particuliers, il peut être souhaitable d'utiliser un revêtement conducteur.

4. Polissage de surface

L'une des méthodes de finition utilisées est le polissage de la surface afin d'obtenir une surface d'aluminium propre et lisse. Mécaniquement, le polissage dans le cas de la conductivité électrique est le processus qui améliore la propriété en termes de conductivité électrique pour offrir une surface de contact plus propre. La surface polie de l'aluminium permet d'améliorer l'efficacité des connexions électriques, de réduire la résistance et d'améliorer les performances des systèmes électriques. Mais lorsque le polissage est trop poussé, il peut entraîner une perte de matériau, ce qui peut poser un problème pour l'intégrité et la taille de l'aluminium dans certaines applications. Par conséquent, le polissage ne doit être utilisé que pour atteindre l'équilibre souhaitable entre la conductivité et la résistance du matériau.

Pourquoi l'aluminium est-il utilisé dans l'électricité ?

Bien que le cuivre soit électriquement plus conducteur que l'aluminium, cela n'a pas conduit l'industrie électrique à renoncer à l'utilisation de l'aluminium. Les causes en sont les suivantes :

1. Le rapport coût-efficacité

Un prix moins élevé est l'un des principaux avantages de l'application de l'aluminium dans l'électronique. Contrairement au cuivre, l'aluminium est moins cher ; en fait, son prix représente environ un tiers du coût du cuivre. Ce facteur de prix abordable fait de l'aluminium une excellente option pour les installations électriques à grande échelle, car une grande quantité de matériau est nécessaire.

2. Léger

L'aluminium est également très léger par rapport au cuivre, et sa densité est d'environ un tiers de celle du cuivre. C'est ce qui le rend adapté aux domaines où le poids est un problème, comme dans les lignes aériennes de transmission d'énergie. Le coût du transport est plus faible en raison de la légèreté de l'aluminium et l'installation est plus facile.

3. Résistance à la corrosion

À l'air libre, l'aluminium développe naturellement une fine couche d'oxyde protectrice qui recouvre la surface. Ce film d'oxyde sert de joint qui ne peut pas être oxydé davantage, ce qui fait de l'aluminium un matériau extrêmement résistant à la corrosion. L'aluminium est donc un matériau extrêmement résistant à la corrosion, ce qui est particulièrement avantageux pour les systèmes électriques situés à l'extérieur, car les facteurs météorologiques et l'humidité peuvent facilement corroder d'autres métaux tels que le cuivre.

4. Rapport résistance/poids

L'aluminium présente un excellent rapport résistance/poids, ce qui signifie que malgré sa légèreté, il peut offrir une grande résistance structurelle. Cet aspect fait de l'aluminium une excellente option dans presque tous les domaines électriques tels que les câbles, les lignes de transmission et même lors de la construction d'équipements électriques.

Comparaison de la résistance de l'aluminium et du cuivre : Conductivité électrique

Comme nous l'avons indiqué plus haut, le coût de l'électricité est un facteur déterminant dans le choix de l'entreprise.La conductivité de l'aluminium est d'environ 61 % de celle du cuivre. Néanmoins, la différence de conductivité n'est pas aussi importante qu'il n'y paraît. Dans le cas de nombreuses applications à grande échelle, par exemple la transmission d'énergie, les économies de coût et de poids réalisées grâce à l'aluminium compensent sa conductivité légèrement réduite. Cela dit, lorsqu'il s'agit de performances électriques élevées, le cuivre reste le meilleur conducteur.

Comparaison entre l'aluminium et le cuivre :

Bien que le cuivre soit plus conducteur, la disparité des performances s'explique normalement par la mise en place d'un câble en aluminium de plus grande section pour transporter la même quantité d'électricité dans un câble en cuivre de plus petite section. C'est pourquoi les lignes aériennes de transport d'électricité et autres installations électriques à grande échelle utilisent généralement des câbles en aluminium.

Comparaison de l'aluminium avec d'autres conducteurs

Lorsqu'il s'agit de comparer l'aluminium à d'autres conducteurs électriques tels que le cuivre et l'argent, ses performances sont souvent jugées satisfaisantes, mais il n'est pas possible de l'utiliser dans un système à haute performance.

Utilisation de l'aluminium dans l'électricité

L'aluminium trouve des applications dans des produits électriques très divers, en particulier lorsque les caractéristiques mentionnées sont avantageuses : faible coût, faible densité et résistance à la corrosion.

1. Lignes de transport d'électricité

L'application la plus courante de l'aluminium est celle des lignes aériennes de transport d'électricité, où son faible poids et sa valeur de conductivité élevée le rendent adapté aux transmissions d'électricité sur de longues distances. L'utilisation de lignes électriques en aluminium est moins coûteuse à poser et à entretenir que le cuivre et, en raison de leur légèreté, elles sont faciles à manipuler en termes d'installation des lignes.

2. Câbles électriques

Le câblage en aluminium est couramment utilisé dans la construction résidentielle et commerciale, en particulier sur les circuits ayant une capacité de charge électrique faible ou modérée. Le fil de cuivre peut toujours être utilisé dans les circuits à haute performance, mais l'aluminium peut être utilisé dans les grandes installations où le coût et le poids jouent un rôle essentiel.

3. Fils de mise à la terre

Les fils de mise à la terre sont également en aluminium, car il est nécessaire de fournir un chemin sûr dans lequel le courant électrique peut circuler en cas de défaillance. La mise à la terre joue un rôle fondamental dans l'évacuation en toute sécurité de tout courant électrique excessif sur le sol, de sorte qu'aucun équipement ne soit endommagé et que les risques d'incendie électrique soient réduits au minimum.

4. Moteurs et appareils électriques

Les moteurs électriques et les transformateurs sont dotés d'un bobinage en aluminium. Ce métal est léger, relativement solide et possède une bonne conductivité, ce qui en fait une option très intéressante pour une grande variété d'applications industrielles et commerciales.

Questions et solutions aux problèmes de conductivité de l'aluminium

Bien que l'aluminium soit un conducteur approprié, il présente également certains problèmes qui doivent être résolus lorsqu'il est utilisé comme conducteur dans un système électrique.

1. Résistance plus élevée

Le principal inconvénient de l'aluminium est qu'il est plus conducteur d'électricité que le cuivre. Cela signifie qu'à courant égal, il y a plus de chaleur et une baisse de tension dans le fil d'aluminium. Dans certains cas, il est donc nécessaire d'utiliser des conducteurs en aluminium plus gros pour obtenir les mêmes performances que les fils de cuivre.

2. Problèmes de connexion et d'oxydation

L'aluminium s'oxyde facilement, en particulier les joints. D'une part, lorsque l'aluminium est recouvert d'une couche d'oxyde, il est résistant à la corrosion ; d'autre part, la couche d'oxyde peut se transformer en isolant électrique, créant une résistance plus élevée et isolant les jonctions. Cela peut entraîner une surchauffe, des dysfonctionnements et, dans le pire des cas, une panne électrique. Pour tenter d'y remédier, il convient, lors de l'installation, de veiller tout particulièrement à ce que les bonnes connexions soient réalisées et qu'aucune corrosion ne se produise au niveau des jonctions.

3. Résistance mécanique

Même si l'aluminium présente un excellent rapport résistance/masse, il est moins robuste que le cuivre et peut être sujet à des dommages mécaniques, en particulier dans des conditions de fortes contraintes ou de vibrations. Dans les applications soumises à de fortes contraintes, les fils d'aluminium sont généralement renforcés par de l'acier ou d'autres matériaux.

Conclusion

Cependant, on peut conclure que l'aluminium conduit effectivement l'électricité, mais qu'il est également un matériau couramment utilisé dans l'industrie électrique en raison de sa bonne conductivité, de son caractère économique, de sa légèreté et de sa résistance à la corrosion. Bien qu'il ne soit pas aussi conducteur que le cuivre, il est suffisamment bon marché et possède d'autres caractéristiques avantageuses, ce qui lui permet de remplacer le cuivre dans la plupart des applications électriques.

Aluminium L'aluminium est particulièrement pratique pour les projets à grande échelle tels que la transmission d'énergie et le câblage électrique, où les avantages en termes de prix et de poids l'emportent largement sur la tendance à une conductivité plus faible. Néanmoins, les ingénieurs et les électriciens qui conçoivent et posent des systèmes électriques à base d'aluminium doivent tenir compte de la résistance et de l'oxydation accrues de ce matériau.

Néanmoins, l'aluminium est un matériau essentiel utilisé dans l'industrie électrique, et son utilisation ne fera qu'augmenter puisque des infrastructures électriques plus efficaces et plus abordables sont demandées dans le monde entier.