Wikipédia:Sélection/Métallurgie

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Métal

Hot metalwork.jpg

Un métal est un élément chimique qui peut former des liaisons métalliques et perdre des électrons pour former des cations (ions positifs) (et des liaisons ioniques dans le cas des alcalins). Les métaux sont un des trois groupes d'éléments distingués par leurs propriétés d'ionisation et de liaison chimique ; les deux autres sont les métalloïdes et les non-métaux. Les métaux sont en général des solides cristallins. Ils sont en général malléables et ductiles. Les métaux possédent des bandes de valence et de conduction qui se recouvrent et conduisent généralement bien l'électricité et la chaleur.

Puddlage

Puddleur purgeant le laitier du four.

Le puddlage est un ancien procédé d'affinage de la fonte consistant à la décarburer dans un four à l'aide de scories oxydantes pour obtenir du fer puddlé à partir de fonte.

Le mot puddlage vient du verbe anglais to puddle qui signifie « brasser ». La méthode est mise au point par Henry Cort en 1784, puis significativement améliorée par Samuel Baldwin Rogers et Joseph Hall au XIXe siècle. La fonte est chauffée à très haute température dans un four à réverbère. Le puddleur, l'ouvrier chargé de l'opération, active la réaction en brassant cette fonte à l'aide d'un long crochet appelé « ringard ». Une fois suffisamment affinée, la loupe est extraite du four, pour être cinglée par martelage ou laminage, puis est forgée en barres.

Le puddlage permet la fabrication en grande quantité de fer, aux caractéristiques supérieures à celles de la fonte. Les arches de la gare de l'Est et la tour Eiffel à Paris sont ainsi réalisées en fer puddlé produit par la Société des Aciéries de Pompey. Après avoir été largement employé tout au long du XIXe siècle, le fer puddlé s'efface progressivement devant l'acier, plus compétitif et plus performant dès que les convertisseurs sont mis au point.

Haut fourneau

Photo panoramique d'une coulée au Haut fourneau 2 de Dąbrowa Górnicza (Pologne). La disposition de l'appareil, au centre d'une halle circulaire, est typique des hauts fourneaux soviétiques.

Un haut fourneau est une installation industrielle destinée à simultanément désoxyder et fondre les métaux contenus dans un minerai, par la combustion d'un combustible solide riche en carbone. En général, le haut fourneau transforme du minerai de fer en fonte liquide, en brûlant du coke qui sert à la fois de combustible et d'agent réducteur. Bien que la fonte produite soit un matériau à part entière, cet alliage est généralement destiné à être affiné dans des aciéries.

Le haut fourneau produit de la fonte en fusion, par opposition au bas fourneau, qui produit une loupe de fer solide. Il en est pourtant une évolution directe, mais il ne s'est généralisé que lorsqu'on a su valoriser la fonte produite. Ainsi, la Chine développe dès le Ier siècle l'usage du haut fourneau en même temps que la fonderie. L'Occident ne l'adopte qu'après le XIIe siècle, avec la mise au point des méthodes d'affinage de la fonte en acier naturel. C'est là qu'il évolue vers sa forme actuelle, la généralisation du coke et du préchauffage de l'air de combustion contribuant à la première révolution industrielle.

Devenu un outil géant, sans que son principe fondamental ne change, le haut fourneau est maintenant un ensemble d'installations associées à un four. Malgré l'ancienneté du principe, l'ensemble reste un outil extrêmement complexe et difficile à maîtriser. Son rendement thermique et chimique exceptionnel lui a permis de survivre, jusqu'au début du XXIe siècle, aux bouleversements techniques qui ont jalonné l'histoire de la production de l'acier.

Qu'il soit « cathédrale de feu » ou « estomac », le haut fourneau est aussi un symbole qui résume souvent un complexe sidérurgique. Il n'en est pourtant qu'un maillon : situé au cœur du processus de fabrication de l'acier, il doit être associé à une cokerie, une usine d'agglomération et une aciérie, usines au moins aussi complexes et coûteuses. Mais la disparition de ces usines, régulièrement annoncée au vu des progrès de l'aciérie électrique et de la réduction directe, n'est pourtant toujours pas envisagée.

Or

Lingots d’or

L’or est un élément chimique de symbole Au et de numéro atomique 79. C’est un métal de transition jaune brillant, très ductile et malléable. L’or est un métal noble : il est pauvre en électrons disponibles pour former des liaisons chimiques, dits électrons de valence.

L’or se trouve à l'état natif sous forme de pépites ou d’alluvions fluviatiles. En 1995, les réserves d'or dans les banques du monde entier étaient estimées à 910 millions d'onces, ce qui représente un cube d'environ 12 mètres de côté.

L’art du travail de l'or est l’orfèvrerie.


Acier

Bas-fourneau au Moyen-âge

L'acier, apparu avec l'évolution de la métallurgie, vers 1786, est un alliage composé essentiellement de fer, contenant jusqu'à 1,7 % de carbone en masse (au-delà, on parle de fonte), et éventuellement d'autres éléments.

L'acier s'élabore dans un haut-fourneau, à partir du minerai de fer et de coke avec réduction du carbone dans un convertisseur, ou dans un four électrique, à partir d'acier de récupération. Il a de nombreuses applications dans l'automobile, la construction, l'emballage (...), et c'est un matériau recyclable à l'infini (illustration : bas-fourneau au Moyen-Âge.).


Aluminium

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L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un métal pauvre, malléable, de couleur argentée. Il est remarquable pour sa résistance à l’oxydation et sa faible densité. C'est le métal le plus abondant de l'écorce terrestre et le troisième élément le plus abondant après l'oxygène et le silicium ; il représente en moyenne 8 % de la masse des matériaux de la surface solide de notre planète. L'aluminium est trop réactif pour exister à l'état natif dans le milieu naturel : on le trouve au contraire sous forme combinée dans plus de 270 minéraux différents, son minerai principal étant la bauxite, où il est présent sous forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine. Il peut aussi être extrait de la néphéline, de la leucite, de la sillimanite, de l'andalousite et de la muscovite.

L'aluminium métallique est très oxydable, mais est immédiatement passivé par une fine couche d'alumine Al2O3 imperméable de quelques micromètres d'épaisseur qui protège la masse métallique de la corrosion. On parle de protection cinétique, par opposition à une protection thermodynamique, car l’aluminium reste en tout état de cause très sensible à l'oxydation. Cette résistance à la corrosion et sa remarquable légèreté en ont fait un matériau très utilisé industriellement.

L'aluminium est un produit industriel important, sous forme pure ou alliée, notamment dans l'aéronautique, les transports et la construction. Sa nature réactive en fait également un catalyseur et un additif dans l'industrie chimique ; il est ainsi utilisé pour accroître la puissance explosive du nitrate d'ammonium.

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