Article de référence | Réf : M3622 v1

Réduction des minerais à l’état solide
Fonderie et moulage de l’acier - Évolution des procédés d’élaboration

Auteur(s) : Jean-Marcel MASSON

Date de publication : 10 juin 2005

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ABSTRACT

Cet article reprend l’histoire de l’art du fondeur, avec l’évolution des procédés de fonderie et de moulage de l’acier. Sont distingués deux procédés essentiels : le développement de la fusion des métaux d’une part et la réduction des minerais à l’état liquide d’autre part. Autant ces opérations sont de mise en œuvre assez simple pour le cuivre, autant la fusion du fer et de l’acier s’avère plus complexe, car elle réclame des températures supérieures à 1 500 °C, d’où son apparition plus tardive.

Auteur(s)

  • Jean-Marcel MASSON : Chef du Service Métallurgie au Centre de développement des industries de mise en forme des matériaux (CTIF) - Professeur à l’École Supérieure de Fonderie

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INTRODUCTION

L’art du fondeur consiste à reproduire, avec des matières plus ou moins fusibles, les formes et les dimensions de tous les objets modelés ou sculptés qui peuvent se présenter ». Telle est la définition qui figure dans le célèbre Dictionnaire des Arts et Manufactures publié en 1877 sous la direction de Charles Laboulaye, secrétaire de la Société d’Encouragement pour l’Industrie Nationale. Beaucoup plus prosaïquement, pour fabriquer des pièces moulées, il faut disposer de métal liquide et le couler dans un récipient qui épouse globalement la forme du produit à réaliser. La technique du moulage est connue depuis fort longtemps puisqu’elle est apparue avec la métallurgie du cuivre, plusieurs millénaires (5 000 ans) avant notre ère. Les premiers moules ont été conçus, de manière très rudimentaire en creusant de simples cavités dans le sable, l’argile ou la pierre. Un peu plus tard, en s’inspirant de l’expérience du potier, le moule bivalve créé à partir d’un modèle en cire perdue entouré d’argile est apparu pour couler les pièces en bronze. Pour obtenir du métal liquide, deux procédés essentiels se sont développés : la fusion des métaux d’une part et la réduction des minerais à l’état liquide d’autre part. Ces opérations sont relativement simples et peuvent être réalisées assez facilement dans des poteries chauffées au charbon de bois lorsqu’elles ont lieu vers 1 000/1 200 oC ce qui explique le développement très ancien de la métallurgie du cuivre qui fond vers 1 085 oC. Par contre, la fusion du fer et de l’acier requiert des températures beaucoup plus élevées (supérieures à 1 500 oC) et les moyens nettement plus sophistiqués à mettre en œuvre, n’apparaîtront que beaucoup plus tard.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3622


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2. Réduction des minerais à l’état solide

Les premières productions de fer à partir de minerais datent d’environ 500 avant notre ère et auraient eu lieu dans les Alpes autrichiennes. La technique employée est la réduction des minerais à l’état solide et à haute température. Elle consiste à charger dans de petits fours plusieurs couches alternées de minerai et de charbon de bois. Le charbon de bois apporte le carbone nécessaire à la réduction de l’oxyde sous forme de fer et à la formation de dioxyde de carbone. En brûlant, il apporte l’énergie pour porter la charge à la température de 1 000 oC environ, cette température minimale étant requise pour initier la réaction de réduction. Le matériau obtenu est un mélange pâteux et spongieux de fer, de carbone et de scories appelé loupe. Cette loupe est ensuite affinée et mise en forme par martelage à chaud. Cette opération appelée cinglage est longue et pénible et la qualité du matériau obtenue laisse encore beaucoup à désirer, car sa teneur en carbone et en impuretés n’est pas maîtrisée et ses caractéristiques sont très hétérogènes. Malgré tout, l’abondance et la répartition du minerai de fer sur l’ensemble des différentes régions de la planète ont favorisé un développement rapide de la métallurgie et de l’usage des objets en fer martelé. Bien qu’imparfaite, cette technique n’en constitue pas moins une étape préalable à la découverte de la fabrication de la fonte. Aujourd’hui, elle est complètement abandonnée sauf par quelques peuplades reculées. L’invention du martinet (XIIe) introduira la mécanisation du cinglage par la mise en œuvre de la force hydraulique.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AGRICOLA (G.) -   De Re Metallica  -  (1556).

  • (2) - MOHEN (J.P.) -   Métallurgie préhistorique  -  .

  • (3) - BUFFON (J.L.) -   Histoire naturelle des minéraux  -  (1783).

  • (4) - CRUSSARD (C.) -   La thermodynamique en métallurgie - aspects historiques.  -  Les Mémoires scientifiques (1982).

  • (5) - REAUMUR (R.A.) -   Principe de l’art de faire, du fer-blanc.  -  Présentation Académie Royale des Sciences (1722).

  • (6) - FRANCE-LANORD (A.) -   Évolution de la technique du fer en Europe.  -  Annales de l’Est.

  • (7) - DUHAMEL -   Art...

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