02/03/2018

Projet ANR MIMINELA

Labellisé par le pôle AXELERA, le projet ANR MIMINELA (Mécanismes Interfaciaux et Matériaux d’anodes INertes pour l’Electrolyse de l’Aluminium) est un projet de recherche fondamentale coordonné par l’entreprise Aluminium Pechiney et associant l’Institut Carnot Chimie Balard Cirimat, le CEMHTI, le LGPM ainsi que deux équipes du LGC. Il a débuté en janvier 2014 et a duré 48 mois, bénéficiant d’une aide publique de 1 050 K€ pour un budget total de 3 502 K€.

Objectif du projet : comprendre les phénomènes de dégradation mis en jeu au niveau d’une anode inerte innovante utilisée pour produire de l’aluminium sans gaz à effet de serre.

MIMINELA a pour contexte le développement d’une anode inerte innovante par Aluminium Pechiney pour la production d’aluminium par électrolyse. Cette anode multi-matériaux est constituée d’un cœur métallique bon conducteur électrique revêtue d’une couche de cermet, obtenue par métallurgie des poudres, qui lui procure la résistance à la corrosion dans le bain d’électrolyse fondu à 960°C.

L’objectif du projet était d’obtenir une bonne compréhension des mécanismes de modification interne de l’anode (couche cermet en interaction avec le bain, interaction métal/cermet) en fonction des paramètres d’environnement (conditions d’électrolyse, chimie de bain, distribution de courant…) qui définissent les conditions à l’interface anode/bain.

De façon à mieux cerner les sollicitations auxquelles est soumis le matériau d’anode, l’approche retenue a consisté à étudier aux différentes échelles de temps et de tailles d’anode, les phénomènes de transport de matière mis en jeu et à améliorer notre connaissance du bain.

La confrontation des résultats des tests de corrosion a mis en évidence l’impact des conditions locales de chimie à l’interface anode/bain sur la cinétique des phénomènes, notamment la dissolution des phases constitutives du cermet.

Résultats majeurs du projet

  • L’élaboration à l’échelle laboratoire de matériaux d’anode novateurs par métallurgie des poudres : matériaux modèles à base de ferrite mixte, anode multi-matériaux– pressage et frittage de poudres de cermet sur une âme métallique. La sélection des compositions d’alliage et de cermet ainsi que des conditions de frittage permettent d’assurer une bonne qualité d’interface.
  • L’acquisition de connaissances sur les différents modes de dégradation de l’anode multi-matériaux, avec des tests électrochimiques à différentes échelles depuis le laboratoire jusqu’aux bancs test à plus de 250.
  • Des outils de simulation développés pour décrire les espèces ioniques présentes dans une très large gamme de composition et de température. L’idée est de pouvoir proposer à terme une stratégie d’optimisation du couple électrode/bain pour retarder les phénomènes de dégradation du matériau d’anode pénalisants pour le procédé d’électrolyse.
  • Le développement de techniques expérimentales originales pour caractériser les matériaux avant et après des tests de corrosion et le bain comme la Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN) à Haute Température ou l’analyse MEB couplée à de l’analyse d’images. Ces techniques pourraient être valorisées dans d’autres projets impliquant des milieux fondus à hautes températures.

Production scientifique

  • 2 thèses
  • 3 articles acceptés dans des revues internationales
  • Une quinzaine de communications orales dont la majorité dans des conférences internationales
  • Une promotion de la science auprès des lycéens (https://www.univ-orleans.fr/edifice, https://www.univ-orleans.fr/edifice/30-mai-colloque-edifice) et des écoliers (http://www.fondation-lamap.org/fr/astep) a également été réalisée.