Magnésium : d’où vient-il et pourquoi nous en manquons ?

D’accord, nous ne manquons pas. Nous avons en fait des tonnes de trucs. Mais là est une crise mondiale de la chaîne d’approvisionnement. La plupart du magnésium mondial est transformé en Chine et il y a plusieurs mois, ils ont juste… arrêté. Dans un effort pour atteindre les quotas de consommation d’énergie, le gouvernement de la ville de Yulin (où a lieu la majeure partie de la production de magnésium du pays) a ordonné la fermeture complète de 70 % des fonderies et le reste de réduire sa production de 50 %. Ainsi, alors que le magnésium reste l’un des éléments les plus abondants sur la planète, nous manquons facilement de métal traité que nous pouvons utiliser dans la fabrication.

Boîtier d'appareil photo Nikon
Le boîtier en alliage de magnésium d’un Nikon d850. Avec l’aimable autorisation de Nikon

Mais, comment utilisons-nous réellement le magnésium dans la fabrication de toute façon ? Eh bien, certaines choses sont simplement faites à partir de cela. Il peut être mélangé avec d’autres éléments pour être transformé en alliages légers et solides qui sont facilement usinés et coulés. Ces alliages composent toutes sortes de choses, des roues de voitures de course aux boîtiers d’appareils photo (et au châssis de l’ordinateur portable sur lequel je tape cet article). Mis à part ces utilisations plus directes, il existe un autre attrait plus important pour le magnésium qui n’est pas immédiatement apparent : la production d’aluminium.

Mais attendez, l’aluminium, comme le magnésium est un élément. Alors pourquoi aurions-nous besoin de magnésium pour le fabriquer ? Rassurez-vous, il n’y a pas d’alchimie impliquée, juste un alliage. Tout comme le magnésium, l’aluminium est rarement utilisé sous sa forme brute – il est mélangé à d’autres éléments pour lui conférer des propriétés souhaitables telles qu’une résistance élevée, une ductilité, une ténacité, etc. Et, comme vous l’avez peut-être déjà deviné, la plupart de ces alliages nécessitent du magnésium. Maintenant, nous commençons à brosser un tableau plus large et plus effrayant (et nous venons de rater Halloween !) – une perturbation de l’approvisionnement mondial en aluminium.

D’où vient le magnésium

Un beau morceau de magnésium cristallisé. Avec l’aimable autorisation du CSIRO, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Avant d’entrer dans toute cette tristesse, commençons par voir d’où nous obtenons réellement le magnésium. Nous avons déjà établi que nous ne pouvons pas simplement en extraire un morceau du sol et le jeter sur une CNC, mais qu’est-il devenu pendant son voyage de la saleté au corps de mon appareil photo ?

Eh bien, tout d’abord, son voyage ne commence pas toujours dans la boue. Une partie vient de l’océan. Il s’avère que la saumure de sel de mer est une excellente source de chlorure de magnésium. Pour extraire le magnésium, l’eau est évaporée pour former du chlorure de magnésium anhydre, qui, comme vous l’avez peut-être deviné, n’est qu’un terme fantaisiste pour, eh bien, du chlorure de magnésium sec. Il est ensuite chauffé jusqu’à ce qu’il fonde et qu’un courant électrique traverse le sel fondu, déchirant les ions magnésium et chlore. Je pense que nous devons nous arrêter un instant ici pour considérer à quel point cela sonne *ahem* métal – électrocuter la lave pour la décomposer en magnésium métallique et en chlore gazeux !

Le magnésium peut également être extrait du minerai de magnésite (principalement trouvé en Russie, en Corée du Nord et en Chine) et de dolomite (trouvée dans le monde entier et couramment extraite aux États-Unis, au Canada et en Suisse, entre autres pays). Les minerais sont extraits, puis broyés en poussière et chauffés avant d’être mélangés à de l’eau de mer. Cela sépare l’hydroxyde de magnésium du reste des morceaux de roche. L’hydroxyde de magnésium peut être chauffé avec du chlore pour donner du chlorure de magnésium, et cela peut être traité avec la méthode à l’eau de mer ci-dessus.

La dernière méthode dont nous parlerons est la moins efficace et, ironiquement, la plus couramment utilisée. Connu sous le nom de processus Pidgeon et nommé d’après son inventeur, le Dr Lloyd Pidgeon, le processus consomme plus d’énergie et nécessite plus de travail manuel pour produire la même masse de magnésium que les autres. C’est le procédé dominant utilisé pour la production de magnésium en Chine, où l’énergie et la main-d’œuvre sont toutes deux bon marché. Cela implique la réduction (le temps de repenser à ces réactions redox de la classe de chimie) de boulettes de dolomie calcinées dans un four sous vide. Finalement, le magnésium métallique commence à cristalliser et peut ensuite être fondu en lingot. Ce processus nécessite généralement que les travailleurs vident et remplissent manuellement les réservoirs de magnésium à la fin de chaque cycle (qui dure environ onze heures).

Mélanges de métaux

Maintenant que nous avons notre lingot de magnésium brûlant, prenons un moment pour parler un peu plus en profondeur des alliages. Un alliage est une solution de différents éléments, généralement mélangés ensemble pendant qu’ils sont fondus et laissés refroidir en barres des métaux que nous connaissons et aimons. Presque tous les métaux que nous utilisons en ingénierie sont des alliages ; il est extrêmement rare d’en utiliser un sous sa forme élémentaire pure. Les deux seuls exemples qui viennent immédiatement à l’esprit sont le cuivre (qui est parfois utilisé sous sa forme élémentaire pour les conducteurs électriques et thermiques) et le titane, qui peut être vendu et utilisé en tôles et en barres comme « CP » ou Commercially Pure. Dans la plupart des cas cependant, nous voulons ajouter un petit quelque chose de spécial pour aider à donner au métal les propriétés souhaitées.

Micrographie en aluminium
Une micrographie de précipités (régions sombres) dans un alliage aluminium-cuivre. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Cambridge

Il existe une tonne d’alliages de magnésium, et je ne vais pas vous ennuyer en les énumérant tous, mais nous pouvons au moins parler de quelques-uns des métaux communs ajoutés pour les former (appelés éléments d’alliage). L’aluminium, le zirconium, le zinc et le thorium sont des mélanges courants. Ils permettent à l’alliage d’être durci par précipitation – un processus de traitement thermique qui forme des régions microscopiques appelées précipités qui entravent le mouvement des grains de métal, rendant ainsi tout le morceau de métal plus dur. D’autres éléments d’alliage courants sont l’étain (qui rend le magnésium plus moulable) et le manganèse (qui peut améliorer la résistance à la corrosion, ce à quoi le magnésium est très sensible).

Lorsque le magnésium est ajouté à l’aluminium, il améliore la résistance du matériau. Cela permet aux ingénieurs de concevoir des pièces légères et à haute résistance. En fait, presque tous les alliages d’aluminium courants contiennent du magnésium – et c’est un must pour les alliages privilégiés par les industries automobile et aérospatiale.

Les problèmes de la chaîne d’approvisionnement

Nous avons déterminé à quel point nous avons besoin de magnésium, alors que se passe-t-il lorsque nous ne pouvons pas en obtenir ? Si les usines en Chine restent fermées plus longtemps, c’est une réalité à laquelle nous pourrions être confrontés. Les constructeurs automobiles feront ce qu’ils peuvent pour mettre la main sur l’aluminium approprié, mais il n’y en aura peut-être pas assez pour tout le monde et certains experts pensent que cela pourrait entraîner l’arrêt des chaînes de montage de voitures jusqu’à ce que la chaîne d’approvisionnement en amont soit de nouveau en ordre.

Il n’y a pas que les voitures qui seraient en pénurie. La production d’électronique grand public pourrait également en souffrir (comme si la pénurie mondiale de puces n’était pas déjà suffisante). Les ramifications seront de grande envergure et vous les ressentirez probablement même si vous n’envisagez pas d’acheter une nouvelle voiture ou un nouvel ordinateur portable l’année prochaine. Les prix du magnésium et de l’aluminium ont augmenté, et même les plus petits ateliers de fabrication ont commencé à s’approvisionner en matériaux dont ils craignent qu’ils ne soient pas disponibles dans quelques mois. C’est peut-être le bon moment pour réfléchir à des alternatives pour ce boîtier en aluminium usiné que vous alliez concevoir pour votre dernier projet.