Axes de recherche

Le programme scientifique proposé par le Centre de recherche sur l’aluminium – REGAL reflète des enjeux importants pour le Québec, tant sur le plan économique qu’environnemental. Cette programmation est composée de 2 axes qui suivent le cheminement du métal (de l’alumine jusqu’à l’utilisation), elle est basée sur les cartes routières technologiques (canadienne et américaine) et touche des sujets qui font l’unanimité dans le milieu.

Axe 1 – Production de l’aluminium

Responsable scientifique : Duygu Kocaefe

La production d’Al, qui occupe une place importante dans l’économie du Québec (10 000 emplois, 9 usines, 2,8 Mt/an), se base sur différentes technologies issues du procédé de Hall-Héroult (HH). Malgré les avancées des dernières années, le procédé HH produit près de 2,3 t de CO2 équivalent par t d’Al, consomme de 13 à 14 MWh/t d’Al (pour les usines du Québec) et produit de fortes quantités de brasques usées contaminées et fortement toxiques (environ 60 kt/an au Canada). Quant à l’Al produit, sa qualité est directement liée à celle des matières premières (coke, alumine) utilisées ainsi qu’aux opérations réalisées lors de la coulée. Alignée sur les problématiques de l’industrie, la programmation scientifique proposée s’inscrit donc dans une perspective de développement durable. De par l’expertise de ses chercheurs, le REGAL s’attaquera à la qualité des matières premières, à l’amélioration du procédé HH, à la qualité du métal de première fusion ainsi qu’à la gestion des matières résiduelles.

Qualité des matières premières et gestion des résidus

Responsable du thème
Alamdari, Houshang
Membres réguliers contribuant à ce thème
Bouazara, Mohamed – UQAC
Duchesne, Carl – Université Laval
Fafard, Mario – Université Laval
Gosselin, Louis – Université Laval
Kocaefe, Duygu – UQAC
Sarkar, Dilip – UQAC
Description du thème
Les sources de coke de qualité constituent un problème majeur. La présence de souffre et autres éléments chimiques non désirés dans celui-ci, si non traité, mène à des rejets néfastes pour l’environnement. La réactivité chimique ainsi que l’efficacité électrique des électrodes de carbone passent par la qualité des techniques et paramètres de fabrication. Le REGAL s’attaquera aux sources alternatives de coke ainsi qu’à la fabrication des anodes de carbone. Des résidus de natures variées sont issus de la production de l’Al primaire, dont les boues rouges résultant du procédé Bayer, les brasques usées obtenues au terme de la vie d’une cellule, les résidus gazeux ainsi que les rejets thermiques. Le REGAL mettra l’emphase sur la valorisation des boues rouges, des résidus carbonés, des rejets thermiques émanant des cuves HH et des centres de coulée, ainsi que sur l’utilisation de sous-produits de brasques comme ajout cimentaire.

Procédé Hall-Héroult et métal de première fusion

Responsable du thème
Duchesne, Carl
Membres réguliers contribuant à ce thème
Alamdari, Houshang | Université Laval
Chen, X-Grant | UQAC
Fafard, Mario | Université Laval
Gosselin, Louis | Université Laval
Kiss, Laszlo | UQAC
Kocaefe, Duygu | UQAC
Marceau, Daniel | UQAC
Description
La recherche proposée sur le procédé HH vise la réduction d’émission à la source et l’efficacité énergétique. Elle s’attaquera aux techniques de mesure in situ, au monitorage et contrôle liés à la dynamique des cellules, à la performance des assemblages et électrodes, aux critères de performance du démarrage des cellules, aux techniques de caractérisation des matériaux et interfaces, à l’interaction bain/alumine/métal/électrode ainsi qu’à la stabilité de la gelée. La qualité du métal produit est conditionnée par celle des opérations de coulée, du contrôle des conditions de solidification et de refroidissement ainsi que par la nature des impuretés. L’augmentation progressive du niveau d’impuretés produit par la diminution de la qualité des matières premières, exige une meilleure compréhension de l’étape de coulée. On vise le développement de nouvelles technologies pour le traitement du métal (filtration, dégazage, fluxing, etc.) ainsi que des outils de pilotage des diverses opérations.

Axe 2 – Transformation et applications

Responsables scientifiques : Carl Blais et Mohammad Jahazi

L’importance que revêt la transformation de l’Al pour le Québec n’est plus à démontrer. Actuellement, plus de 600 kt d’Al sont ainsi transformées au Québec en première transformation (fil, tube, tuyau, profilé, etc.), soit près de 23 % de la totalité de l’Al produit. En ce sens, les activités de recherche identifiées par le REGAL s’orientent prioritairement vers la 2e et 3e transformation et, en particulier, vers des applications à plus fortes valeurs ajoutées. Plus spécifiquement, le REGAL s’attaquera au développement d’applications dans les domaines des infrastructures, de l’aéronautique, du transport terrestre et maritime ainsi que dans de nouveaux créneaux où l’on retrouve, entre autres, les revêtements contre la corrosion, les matériaux nanostructurés, etc. Chacun des thèmes implique des expertises variées allant du développement d’alliages spécifiques à celui d’outils numériques en passant par les techniques de mise en oeuvre, assemblage, traitement de surface, recyclage, etc.

Infrastructures

Responsable du thème
Fafard, Mario
Membres réguliers contribuant à ce thème
Alamdari, Houshang | Université Laval
Amira, Sofiene | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Annan, Charles-Darwin | Université Laval
Bocher, Philippe | École de technologie supérieure
Chen, X-Grant | UQAC
Chiesa, FrancoCégep de Trois-Rivières (CMQ)
Chromik, Richard | Université McGill
Desrochers, Alain | Université de Sherbrooke
Guillot, Michel | Université Laval
Jahazi, Mohammad | École de technologie supérieure
Kiss, Laszlo | UQAC
Lamarche, Charles-Philippe | Université de Sherbrooke
St-Georges, Lyne | UQAC 
Description
Malgré le fait que l’Al a su démontrer de grandes qualités quant à son utilisation dans la fabrication de ponts, il demeure encore aujourd’hui sous-utilisé au Québec pour la fabrication d’infrastructures diverses et, en particulier, pour les bâtiments et les ouvrages d’art. En ce sens, ce thème a clairement été identifié par AluQuébec comme en étant un à fort potentiel de retombées économiques et sociales pour le Québec. Il s’attaque dans un premier temps, à la construction de tabliers de ponts en Al sur des poutres d’acier et ce, pour les ponts neufs mais également pour les ponts existants en acier/béton ou acier/bois. La suite consiste à examiner le bois comme superstructure portante et son assemblage avec le tablier. Il existe déjà des passerelles en Al mais il demeure des problèmes de vibrations, de fatigue et de choix de section extrudée plus optimale. Finalement, l’utilisation de l’Al pour les panneaux/architecture et le mobilier urbain sera étudiée.

Aéronautique

Responsable du thème
Brochu, Mathieu
Membres réguliers contribuant à ce thème
Amira, Sofiene | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Blais, Carl | Université Laval
Bocher, Philippe | École de technologie supérieure
Brochu, Myriam | Polytechnique Montréal
Chen, X-Grant | UQAC
Chiesa, Franco | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Chromik, Richard | Université McGill
Desrochers, Alain | Université de Sherbrooke
Gakwaya, Augustin | Université Laval
Gauvin, Raynald | Université McGill
Giguère, Nicolas | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Guillot, Michel | Université Laval
Jahazi, Mohammad | École de technologie supérieure
Kiss, Laszlo | UQAC
Levasseur, David | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Mascle, Christian | Polytechnique Montréal
Pham, Tan | École de technologie supérieure
Sarkar, Dilip | UQAC
Songmene, Victor | École de technologie supérieure
St-Georges, Lyne | UQAC
Tougas, Bernard | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Description du thème
Les alliages d’Al constituent des matériaux de choix pour la fabrication de nombreuses composantes dans les aéronefs, pouvant représenter près de 80% du poids total de l’appareil. Le développement de nouveaux alliages, jumelé à l’avènement de nouvelles technologies de fabrication, de mise en forme et d’assemblage multi-matériaux ainsi que des composites hybrides permettront d’atteindre des ratios d’allègement encore jamais atteints. Il importe donc d’optimiser l’utilisation de ces nouvelles technologies tout en mesurant l’impact de ces changements de pratiques sur le comportement en fatigue des nouvelles composantes ainsi que sur leur recyclabilité en fin de vie. La recherche proposée s’oriente donc vers les grandes priorités identifiées par les consortiums CRIAQ et le CARIC auxquels participent plusieurs chercheurs du REGAL. Elle s’attaque notamment à l’allègement des structures via la réduction du ratio BFT, le développement d’assemblages multi-matériaux et de composites hybrides.

Transport terrestre et maritime

Responsable du thème
Desrochers, Alain
Membres réguliers contribuant à ce thème
Amira, Sofiene | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Blais, Carl | Université Laval
Bouazara, Mohamed | UQAC
Brochu, Mathieu | Université McGill
Brochu, Myriam | Polytechnique Montréal
Chen, X-Grant | UQAC
Chiesa, Franco | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Chromik, Richard | Université McGill
Gakwaya, Augustin | Université Laval
Giguère, Nicolas | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Guillot, Michel | Université Laval
Jahazi, Mohammad | École de technologie supérieure
Kiss, Laszlo | UQAC
Larouche, Daniel | Université Laval
Levasseur, David | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Pham, Tan | École de technologie supérieure
Sarkar, Dilip | UQAC
Songmene, Victor | École de technologie supérieure
St-Georges, Lyne | UQAC
Tougas, Bernard | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Description du thème
L’utilisation de l’Al dans les transports exige le développement de nouvelles approches de dimensionnement par le biais d’un choix judicieux des alliages et traitements ainsi que des techniques de fabrication et d’assemblage des composants. L’obtention des propriétés mécaniques recherchées permet d’envisager un rôle structural efficace pour les éléments constituant l’enveloppe des véhicules. Dans un contexte d’électrification des transports, tel qu’identifié dans la Politique nationale de la recherche et de l’innovation (PNRI), l’allègement des structures se traduit par un accroissement des performances, une réduction des gaz à effet de serre ainsi qu’une autonomie accrue. En ce sens, la recherche proposée s’attaquera aux transports individuel, collectif et maritime pour lesquels on s’intéressera, selon le type de transport, au développement de structures à forte rigidité, à la tenue mécanique en service (fatigue des joints soudés, flambage des éléments d’absorption d’énergie), à la corrosion ainsi qu’à la recyclabilité en fin de vie.

Revêtements et surfaces

Responsable du thème
Sarkar, Dilip
Membres réguliers contribuant à ce thème
Amira, Sofiene | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Blais, Carl | Université Laval
Brochu, Myriam | Polytechnique Montréal
Chen, X-Grant | UQAC
Chiesa, Franco | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Chromik, Richard | Université McGill
Desrochers, Alain | Université de Sherbrooke
Gauvin, Raynald | Université McGill
Giguère, Nicolas | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Jahazi, Mohammad | École de technologie supérieure
Kiss, Laszlo | UQAC
Levasseur, David | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Pham, Tan | École de technologie supérieure
Songmene, Victor | École de technologie supérieure
St-Georges, Lyne | UQAC
Bernard, Tougas | Cégep de Trois-Rivières (CMQ)
Description du thème
Les différents phénomènes liés au comportement des surfaces et interfaces constituent un enjeu majeur quant à l’utilisation de l’aluminium avec d’autres matériaux et dans des environnements spécifiques. Le REGAL a identifié 3 éléments de recherche fortement porteurs dont les résultats permettraient de consolider le savoir-faire québécois dans le domaine de la transformation de l’Al et de ses applications ; en plus d’alimenter, au besoin, les autres thèmes de la programmation ainsi que l’orientation des courants pour les années à venir. En ce sens, l’expertise des chercheurs du REGAL sera mise à profit dans les domaines de la fabrication des composants nano-structurées (propriétés mécaniques, résistance à la corrosion), de revêtements (biocompatibilité des alliages, résistance à la corrosion, résistance à la fatigue, hydrophobe) ainsi que la fabrication et le stockage d’énergies renouvelables (cellules photovoltaïques).