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FASSASSI B.NAFIOU GME 5 /EPAC 1 Table des matières INTRODUCTION................

FASSASSI B.NAFIOU GME 5 /EPAC 1 Table des matières INTRODUCTION................................................................................................................................. 1 I-HISTORIQUE DE LE METALLURGIE DU FER ........................................................................ 1 1. Métallurgie générale.................................................................................................................. 1 2. Sidérurgie................................................................................................................................... 2 II-PROPRIETES DU FER ................................................................................................................... 4 1. Propriétés physiques ................................................................................................................. 4 2. Propriétés chimiques................................................................................................................. 4 III- Traitement industriel du Fer......................................................................................................... 5 CONCLUSION...................................................................................................................................... 9 BIBLIOGRAPHIE & WEBOGRAPHIE............................................................................................ 9 INTRODUCTION Dans la plupart des pays, l’élaboration du fer remonte à la protohistoire. On a longtemps cru qu’un âge du bronze avait systématiquement précédé la découverte du fer. On sait désormais que, dans certaines régions, ce métal a été connu avant le bronze et même parfois avant le cuivre. Avec l’évolution de l’humanité, l’homme s’est rendu compte de l’importance de ce métal et a donc mis en place des techniques pour le travailler. Le présent travail s’évertuera de passer en revue les grands aspects de la métallurgie du Fer ou sidérurgie. I-HISTORIQUE DE LE METALLURGIE DU FER Le fer était connu dès le chalcolithique à travers les météorites ferreuses, et sa métallurgie demeura très confidentielle jusqu'au XIIe siècle av. J.-C., époque qui marque, précisément, le début de « l'Âge du fer » : les Hittites, en Anatolie, avaient développé une assez bonne maîtrise du travail du fer autour du XVe siècle av. J.-C., dont leur tradition attribuait l'origine dans la région du Caucase, et cette technique semble également avoir été connue assez tôt en Inde du nord, notamment dans l'Uttar Pradesh. Jusqu'au Moyen Âge, l'Europe raffina le fer au moyen de bas fourneaux, qui ne produisent pas de fonte ; la technique du haut fourneau, qui, elle, produit de la fonte brute à partir de charbon de bois et de minerai de fer, a été mise au point en Chine au milieu du Ve siècle av. J.-C. 1. Métallurgie générale La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi l’industrie de la fabrication des métaux et des alliages, qui repose sur la maîtrise de cette science. Le premier métal travaillé fut le cuivre. En fait, le cuivre n'était alors considéré que comme un type de bronze. FASSASSI B.NAFIOU GME 5 /EPAC 2 Le premier alliage fut le bronze (alliage de cuivre et d'étain). L'âge du bronze s'étendit d'environ -2500 à -1000. Le cuivre natif étant rare, ils travaillèrent alors des minerais de plus en plus pauvres en cuivre natif, et ils s'aperçurent probablement que le fait de faire chauffer des minerais permettait non seulement d'extraire le cuivre par fusion, mais aussi de « transformer » le minerai en métal (réduction) ; c'est sans doute ainsi que sont nés les bas fourneaux, vers -1200. Vers -1000 commença l'âge du fer. Le fer fondant à beaucoup plus haute température que le cuivre (1 535 °C contre 1 084 °C), pour ce fait, il y avait superposition de couches de bois avec des couches de ce minerai afin d'atteindre sa température de fusion, ainsi que de le mélanger au charbon de bois, le rendant plus résistant. La réduction du minerai dans les bas fourneaux était imparfaite et donnait naissance à un bloc d'aspect spongieux (le massive ou la loupe) que l'on martelait pour le débarrasser de ses impuretés. Pendant longtemps les archéologues ont estimé que les premiers à utiliser le fer furent les Hittites. À l'heure actuelle on estime que la métallurgie du fer est née en Syrie du nord, sur les piémonts du Taurus dans une région susceptible de fournir du minerai et des forêts (pour le charbon nécessaire à la production du fer). En Afrique, vers -2000 la civilisation Nok développa très tôt cette science passant de l'âge de pierre directement à l'âge du fer. La métallurgie recouvre un éventail d'activités industrielles :  Extraction du minerai et première transformation (minéralurgie)  Recyclage des métaux  Fonderie (hauts-fourneaux et affinage)  Fabrication de produit brut par les laminoirs.  Transformation des produits bruts en produits semi-finis.  Fabrication de matériels et de produits finis pour l'industrie, le bâtiment et le transport. L'industrie de la métallurgie s'est organisée en trois principales spécialités. Chacune des trois demande une spécialisation différente des deux autres. Il y a, d'une part, la métallurgie du fer et, d'autre part, celle des métaux non ferreux, qui se divisent en métaux précieux, tel que l'or, et non précieux, tel que l'aluminium :  la production d'acier et des alliages ferreux (sidérurgie)  la production des métaux non ferreux et non précieux  la production des métaux précieux 2. Sidérurgie La création du terme « sidérurgie » est liée à la nécessité de distinguer la métallurgie du fer dans le vaste domaine de la métallurgie en général. Sa première attestation date de 1761, dans trois mémoires adressés à l'Académie des Sciences par Pierre-Clément de Grignon, maître de forges. Il est sans doute le créateur du terme ainsi que de « sydérotechnie » qui apparaît dans les mêmes mémoires. En 1768, Grignon précise qu'il entend par « sidérurgie » « l'art de fabriquer le fer », et par « sydérotechnie » « l'art de travailler le fer ». FASSASSI B.NAFIOU GME 5 /EPAC 3 « Sydérotechnie » semble s'imposer d'abord comme cela apparaît dans le monumental ouvrage d'Hassenfratz, en 1812, La Sidérotechnie. Mais cet ouvrage comporte lui-même la marque du succès futur de « sidérurgie » dans l'emploi du nom dérivé « sidérurgiste » qui y apparaît pour la première fois. Acception moderne du mot Si le terme « sidérurgie » évoque donc, étymologiquement, l'ensemble de l'industrie des métaux ferreux, on retient maintenant un périmètre beaucoup plus restrictif : « [Les usines sidérurgiques] ne recouvrent que les produits bruts (acier liquide et lingots), les demi-produits désignés selon leur forme et leur section, les produits finis exclusivement obtenus par laminage. S'ils subissent d'autres modes de transformation, ils appartiennent sans équivoque à l'industrie métallurgique. À savoir, par forgeage, par moulage et autres premières transformations des métaux (étirage, tréfilage,…) », Daniel Rivet, L'acier et l'industrie sidérurgique Les produits issus de la sidérurgie  Produits plats Les produits plats sont obtenus par laminage ; ils comprennent :  les tôles fortes (de 10 à 420 mm d'épaisseur), qui servent à la réalisation de gros tubes soudés, la construction navale, le bâtiment, les ouvrages d'art et la chaudronnerie ;  les tôles minces (entre environ 0,3 et 10 millimètres d'épaisseur), utilisées notamment pour la construction automobile, l'emballage, l'électroménager, la couverture et le bardage de bâtiments (tôles profilées ou ondulées).  Produits longs Les produits longs regroupent les barres (ronds, carrés), les profilés (comme les rails de chemin de fer, les poutrelles en forme de H, U, I ou L), ainsi que les produits tréfilés. Ils sont utilisés dans toutes les industries, ainsi que dans le bâtiment (par exemple : aciers pour armatures de béton armé). Fig1: Filières du travail du fer, Schéma simplifié de l'approvisionnement de la sidérurgie mondiale en millions de tonnes de fer contenu, en 2012. FASSASSI B.NAFIOU GME 5 /EPAC 4 II-PROPRIETES DU FER Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou d'alliages. Le fer pur est un métal de transition ductile, mais l'adjonction de très faibles quantités d'éléments d'additions modifie considérablement ses propriétés mécaniques. Allié au carbone et avec d'autres éléments d'additions il forme les aciers, dont la sensibilité aux traitements thermomécaniques permet de diversifier encore plus les propriétés du matériau. Le fer est l'élément le plus abondant au cœur des étoiles géantes rouges ; c'est également le métal le plus abondant dans les météorites ainsi que dans le noyau des planètes, comme celui de la Terre. 1. Propriétés physiques C'est un métal qui, en fonction de la température, se présente sous plusieurs formes allotropiques :  dans les conditions normales de pression et de température, c'est un solide cristallin de structure cubique centré (fer α ou ferrite) ;  à partir de 912 °C, il devient cubique à faces centrées (fer γ ou austénite) ;  au-delà de 1 394 °C, il redevient cubique centré (fer δ) ;  il fond à 1 538 °C ;  la transformation en fer ε (structure hexagonale compacte) se produit à température ambiante à 130 kilobars ;  Sa capacité calorifique est de 0,5 kJ/kg/°C.  Il a une dureté entre 4 et 5 sur l'échelle de Mohs. Le fer est ferromagnétique : les moments magnétiques des atomes s'alignent sous l'influence d'un champ magnétique extérieur et conservent leur nouvelle orientation après la disparition de ce champ. Des courants de convection dans la couche externe du noyau terrestre (noyau externe), de « l'alliage » liquide principalement fer-nickel, sont supposés être à l'origine du champ magnétique terrestre. 2. Propriétés chimiques  Oxydation du métal Le fer, combiné à l'oxygène, s'oxyde, suivant les conditions en trois oxydes de fer :  l'oxyde de fer(II) Fe0 (« oxyde ferreux »),  l'oxyde de fer(III) Fe2O3 (« oxyde ferrique »),  l'oxyde de fer (II, III) Fe3O4 (« oxyde magnétique uploads/Industriel/ metallurgie-du-fer-pdf.pdf