L’aluminium comme matériau conducteur : une alternative plus légère et plus économique

Par contenu sponsorisé | 24 mai 2019

Choisir des métaux conducteurs pour différentes industries et applications peut être un défi. Le cuivre est souvent utilisé dans les câbles et les fils en raison de son excellente conductivité et malléabilité. Mais il est relativement lourd et cher par rapport à l'aluminium. Le passage à l’aluminium, qui est plus léger et nettement moins coûteux que le cuivre, est une option viable dans de nombreux cas. Pour utiliser l’aluminium avec succès, il faut comprendre les capacités de ce métal conducteur et savoir comment relever les défis qu’il présente. Le cuivre, à 4 323 dollars la tonne, est actuellement plus de deux fois plus cher que l'aluminium, qui coûte 2 043 dollars la tonne (au 02/02/15). La plus grande disponibilité de l’aluminium brut par rapport au cuivre explique cette différence de prix significative. Après l'oxygène et le silicium, l'aluminium est le troisième élément le plus répandu dans la croûte supérieure de la Terre, tandis que le cuivre se classe au 25e rang en termes de disponibilité sur la liste des matières premières. L'évaluation des prix actuels est encore renforcée par la volatilité du marché des matières premières. Si l’on considère les chiffres des cinq dernières années (2010-2014), les prix du cuivre ont fluctué entre 3 674 et 5 980 dollars la tonne. En 2004, la valeur moyenne annuelle était encore de 1 895 dollars la tonne. Une telle plage de fluctuation n'existe pas dans le secteur de l'aluminium, ce qui permet une meilleure planification des matériaux. Si l'aluminium est utilisé comme matériau conducteur, sa conductivité inférieure nécessite une taille de fil environ un tiers plus grande que celle d'un fil de cuivre. En fin de compte cependant, le matériau isolant utilisé avec le fil joue un rôle crucial dans les performances et un fil d'aluminium peut posséder la même capacité de transport de courant qu'un fil de cuivre H07RN-F. La taille plus grande des fils d'aluminium ne serait qu'un inconvénient dans les applications nécessitant un espacement serré, comme lorsqu'elles sont installées dans des boîtiers de commande densément remplis. Les faits concernant l’aluminium parlent d’eux-mêmes en ce qui concerne la question du poids. En tant que matière première, l’aluminium est environ 70 % plus léger que le cuivre. Cela peut être utile dans les efforts de nombreux domaines d’application cherchant à réduire le poids de tous les composants. Naturellement, lorsqu’ils sont utilisés dans des câbles électriques, leur poids réduit les rend plus faciles à installer. Les lignes à haute tension sont depuis longtemps fabriquées en aluminium ; le poids plus léger réduit considérablement la force de traction exercée sur le fil et les mâts. Mais même des industries telles que la construction automobile et l’industrie aéronautique se tournent vers les fils d’aluminium. C'est pourquoi des faisceaux de câbles entiers en aluminium sont déjà installés dans l'Airbus A380. Les fils d'aluminium peuvent être jusqu'à 60 % plus légers que les fils de cuivre comparables porteurs de courant. Même pour les applications nécessitant des connexions de câbles flexibles, le cuivre ne doit plus nécessairement être le premier choix. La série HELUWIND® WK POWERLINE ALU propose un programme de câblage fin, y compris la technologie de connexion. Les caractéristiques matérielles de l’aluminium sont considérablement différentes de celles du cuivre. Ces différences doivent être prises en compte lors du traitement d'un câble et de la sélection des composants de connexion.

Oxydation dans l'air

Lorsqu'elle est exposée à l'oxygène, une couche d'oxyde dure et résistante se forme en peu de temps sur la surface de l'aluminium. Le revêtement protège le matériau sous-jacent d’une corrosion ultérieure. Cet effet fait de l’aluminium un matériau très durable. Cependant, la couche protectrice d'oxyde sur la surface du matériau n'est pas souhaitable dans le domaine de l'électrotechnique. Cela dégrade la conductivité de l’aluminium et rend le contact difficile. Si un conducteur oxydé est connecté sans aucun prétraitement (pour enlever le revêtement), la résistance de contact sera augmentée entre le conducteur en aluminium et le composant du connecteur. Cela peut entraîner des augmentations de température et, dans les pires conditions, des incendies de câbles. Pour éviter de tels problèmes, le revêtement d'oxyde doit être brisé ou retiré physiquement. Cela peut être fait en brossant les extrémités nues des conducteurs en aluminium avant l'établissement des contacts et également pendant le processus de sertissage : les composants des connecteurs pour conducteurs en aluminium sont équipés en usine d'une graisse de contact spéciale, généralement un matériau granuleux et abrasif tel que le corindon. Combinées à une pression élevée, les particules de corindon provoquent un effet abrasif qui brise le revêtement d'oxyde non conducteur de l'aluminium, améliorant ainsi les propriétés de contact et les connexions électriques. La graisse empêche également l'humidité et l'oxygène de pénétrer et de provoquer une nouvelle corrosion des points de contact. Les cosses de câble de meilleure qualité sont généralement équipées de bouchons en plastique, qui empêchent la graisse de contact de sécher ou de fuir pendant le stockage.