École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

La fabrication de l’aluminium s’effectue par électrolyse de l’alumine dans des cuves de grandes dimensions qui sont disposées en séries dans des halls. L’alumine est dissoute dans un bain électrolytique au sein duquel elle est réduite en aluminium. Celui-ci se dépose au fond de la cuve sous forme liquide. Ces cuves sont parcourues par un courant de plusieurs centaines de milliers d’ampères qui est acheminé par un réseau complexe de conducteurs électriques. Ce courant crée un important champ magnétique qui implique la génération d’une force électromagnétique dans les liquides. Ainsi, il s’établit un véritable écoulement turbulent dans la cuve qui participe à la dissolution de l’alumine. Toutefois, l’interaction entre cet écoulement et les forces électromagnétiques peut, dans certaines configurations, affecter la stabilité des liquides dans la cuve. La stabilité des cuves d’électrolyse est étudiée par simulation numérique avec le logiciel de calcul « ALUCELL » qui a été développé par l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne). L’étude de la stabilité d’une cuve avec ce logiciel nécessite le calcul de la distribution de courant électrique dans la cuve. Cependant, les résultats obtenus différent des mesures réalisées en usine. Ceci provient en partie de l’estimation des conductivités électriques qui est faite par des lois empiriques mais aussi des défauts de contacts entre les différents conducteurs. Ainsi, il apparaît très difficile de prendre en compte toutes ces singularités à l’échelle d’une cuve. L’objectif du stage est de mettre en place une méthode inverse qui permettrait d’obtenir un calcul électrique en accord avec les mesures. Pour cela, on envisage de déterminer, à partir des mesures de courant et via une méthode inverse, les conductivités électriques de certains conducteurs de la cuve afin d’améliorer la corrélation entre calculs et mesures. Nous avons pour cela utilisé des méthodes d’optimisation. Un premier cas test en deux dimensions a été mis en place afin d’évaluer les différentes méthodes d’optimisation qui sont à notre disposition au Centre de Recherches de Voreppe. L’une d’entre elles a été retenue afin de réaliser des calculs sur des cas tests s’approchant de la configuration des cuves réelles. Les résultats obtenus sont satisfaisants et permettent d’envisager une utilisation de la méthode sur un modèle de cuve réelle.