Modèles de tension de surface pour les sels fondus et les métaux liquides appliqués au procédé Hall-Héroult

L'aluminium, de par ses propriétés mécaniques, thermiques ou physicochimiques, est un métal très prisé dans de nombreux domaines. 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. Une des raisons principales de la baisse de rendement du procédé Hall-Héroult est l'apparition de boues sur le bloc cathodique. En effet la boue formée par le procédé provoque une résistivité supplémentaire pour le passage du courant électrique. Cette boue est tout d'abord formé à l'IBM de par un régime diffusif prépondérant à l'interface et à la dissolution non-complète de l'alumine alimentée. Pour estimer le taux de particules solides chutant sur le bloc cathodique, il est nécessaire de connaître la tension d'interface de l'IBM. Pour ce faire, la connaissance de la tension de surface du bain et du métal liquide doit être connues. Ces deux phases n'étant pas pures, un modèle théorique est nécessaire pour estimer la tension de surface. Malheureusement les modèles existants dans la littérature ne sont pas assez satisfaisants L'objectif de cette maîtrise est donc de créer un modèle estimant la tension de surface pour les systèmes liquides métalliques et de sels fondus et l'appliquer au procédé Hall-Héroult. Le modèle est basé sur le modèle de Guggenheim idéal avec l'ajout d'un système de poids sur les mélanges binaires. Notre modèle est ensuite étendu aux systèmes à n composés. Dans la majorité des cas, notre modèle est ensuite comparé aux points expérimentaux disponibles dans la littérature et au modèle de Butler-Tanaka, le modèle le plus répandu en recherche et en industrie. Sur les alliages étudiés, notre modèle possède une meilleure précision que le modèle de Butler-Tanaka, que ce soit sur les alliages métalliques ou de sels fondus et notamment pour les alliages d'aluminium, de fluorures et cryolithiques. Par ailleurs de nombreuses corrélations ont été trouvées afin de pouvoir estimer la tension de surface de la majorité des systèmes sans avoir besoin de points expérimentaux. Malheureusement notre modèle a encore besoin de données expérimentales pour estimer correctement la tension de surface de certains systèmes. De plus le travail de cette maîtrise ne suppose pas l'existence des particules solides dans les systèmes étudiés. Les objectifs de cette maîtrise sont donc atteints, même si le travail doit être poursuivi pour rendre notre modèle de plus en plus universel et prendre en compte toutes les spécificités des phases du procédé Hall-Héroult (notamment les particules solides).