Étude probabiliste du procédé Hall-Héroult par la méthode des éléments finis stochastiques

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La nature déterministe du comportement d'un système physique se voit généralement perturbée lorsque la même expérience est répétée à plusieurs reprises sur des systèmes supposés identiques. Cette perturbation provient nécessairement des variabilités associées aux divers paramètres définissant le système ainsi que la sollicitation. Dans de nombreuses situations, ces perturbations sont telles qu'il devient impossible de prendre une décision éclairée en regard de la dite réponse. Dans ce contexte, le procédé Hall-Héroult (HH), utilisé pour la production de l'aluminium est un exemple évident où la variabilité des paramètres définissant le procédé ainsi que les matériaux en cause jouent un rôle déterminant sur le comportement de ce dernier. Ce procédé, qui est actuellement utilisé dans l'ensemble des usines actuellement en opération au Canada produisent à elles seules plus de 2,7Mt par an. Ce fort tonnage est obtenu par l'électrolyse d'un bain de cryolite fondu dans un caisson en acier recouvert de matériaux forts complexes devant résister aux agressions chimiques, thermiques et mécaniques. Malgré les dernières avancées technologiques, le procédé HH produit des quantités importantes de CO2, consomme une grande quantité d'énergie et produit des brasques usées contaminées et fortement toxiques au terme de la vie. L'objectif de ce programme de recherche est de mettre au point une méthodologie permettant une représentation adéquate du procédé HH en considérant les fortes variabilités potentielles des divers paramètres définissant les dits procédés. La méthodologie proposée consiste à développer et implémenter une approche générique basée sur la méthode des éléments finis stochastiques dans le cadre d'analyses transitoires fortement non linéaires. Ces non-linéarités proviennent essentiellement de la nature des matériaux, des conditions de contact aux interfaces ainsi que du couplage entre les équations d'équilibre. Ce projet de recherche permettra une avancée des connaissances dans le domaine des éléments finis stochastiques multiphysiques. À long terme, la conjugaison des différentes connaissances mènera au développement d'un modèle prédictif stochastique du comportement des cuves HH permettant une prédiction de leur durée de vie.