Il existe de nombreuses nuances d’acier.
C’est à l’origine un alliage de fer (Fe) et de carbone (C). La proportion de carbone ajouté est de 0,02% à 2 % de la masse au maximum. L’apport de carbone augmente la dureté de l’alliage et sa résistance à la rupture par étirement. Au-delà de 2,1 % de carbone ajouté, on parle de fonte. L’acier est très résistant mais sensible à la corrosion, sous la présence de dioxygène présent dans l’eau, ce qui génère la rouille, ou la présence d’ions chlorure dans l’eau de mer.
Pour certaines utilisations on peut rendre l’acier inoxydable en y ajoutant plus de 10,5 % de chrome (Cr). L’acier inoxydable (ou inox) le plus répandu est l’acier 18/8 (18% de chrome, 8% de nickel). L’acier inoxydable ne contient que 1,2% de carbone car sinon, à un taux plus élevé, le carbone n’est plus compatible avec la composition de l’acier inoxydable et génère une corrosion inter-granulaire.
Selon les utilisations, il existe de très nombreuses nuances d’acier, pouvant contenir par exemple : du nickel (Ni), du molybdène (Mo), du titane (Ti), du vanadium (V) pour des outils, du manganèse (Mn) pour les rails de chemins de fer, ou du silicium (Si) pour les ressorts, etc.
Toujours en fonction de ce que l’on attend des pièces fabriquées, certains aciers peuvent subir des traitements thermiques : trempe, ce qui les rend plus durs, recuit, pour les rendre moins fragiles. Ou recevoir un traitement de surface : acier cémenté (très durs : cadenas) ou protégés de la corrosion par une pellicule de zinc (acier galvanisé), etc. Précisions techniques : Didier Debailleux.
Historique :
Les premières traces archéologiques des débuts de la métallurgie du fer, par réduction de minerai dans un four, ont été découvertes en Anatolie (Turquie du Nord) et datées du troisième millénaire avant J.-C.. L’âge du fer proprement dit, où le bronze sera remplacé par la généralisation de la fabrication du fer, commence dans le monde méditerranéen, selon les régions vers 1100 ans avant J.-C., dans le Nord de l’Europe vers 700 à 800 ans avant J.-C., et en Afrique vers 500 ans avant J.-C. C’est entre 453 et 221 avant J.-C., que les premières coulées de fonte ont été réalisées en Chine. A cette époque, les Chinois obtenaient de l’acier en brûlant le carbone de la fonte par un apport d’air soufflé (procédé indirect). Pendant l’antiquité en Europe l’acier était obtenu en recarburant le fer avec des gaz de combustion et du charbonCharbon Du latin carbo : même sens. Terme général désignant, au sens large, une roche sédimentaire servant de combustible enrichie en carbone (80% environ), et constituée essentiellement de débris végétaux ayant subi un processus complexe appelé carbonification ou carbonisation. de bois (cémentation).
Au 19ème siècle, un procédé d’affinage de la fonte est mis au point : le puddlage (de l’anglais puddle qui signifie brasser). Il consiste à décarburer la fonte dans un four, par brassage du métal en fusion. Cette technique permet d’obtenir un métal plus résistant que la fonte. Elle sera remplacée après la mise au point de fours spécifiques : les convertisseurs, utilisant moins d’énergie et garantissant à l’acier une qualité supérieure à celle de la fonte, en réduisant davantage le taux de carbone.
Quelques constructions célèbres en fer puddlé : la tour Eiffel (1887-1889), le Viaduc de Garabit (1884), la gare de l’Est à Paris (1848), de nombreuses autres gares anciennes, etc.
Aujourd’hui, l’acier est obtenu dans des hauts fourneaux, à partir de minerai de fer et de coke (obtenu par thermolyseThermolyse Ou calcination, procédé qui consiste à chauffer intensément dans un four, un matériau inerte (calcaire, gypse, argile), afin de le transformer chimiquement. Ex. le calcaire est transformé en chaux (décarbonatation), le gypse en plâtre (déshydratation). de la houilleHouille Charbon.). On utilise également des fours électriques pour fondre l’acier de récupération (recyclage). C’est donc un matériau recyclable, totalement neutre et sain, utilisé entre autre pour le contact alimentaire et la chirurgie.
Les Innombrables utilisations :
Les moyens de transport terrestres (routiers, ferroviaires, fluviaux, maritimes), matériels et plateformes de forage, dans le BTP (les ponts, câbles, les armatures du béton, les poutrelles), outils et machines-outils, dans les industries du pétrole et du nucléaire, tubes (pipe-lines, gazoducs), les moteurs, carcasses internes des pneus, boîtes de conserves, les couverts de cuisine, bombes aérosols, bidons de peinture, dans le milieu médicale (prothèses, rotules, plaque, vis, outils chirurgicaux, aiguilles, etc.).
Quelques grands ouvrages d’art :
De très nombreux ponts métalliques de par le monde, le viaduc de Millau (2001-2004), le Pont de Normandie (1989-1995), Le pont du Golden Gate à San Francisco (1933-1937), tous les gratte-ciels américains (USA) et de par le monde, Les structures de la pyramide du Louvre à Paris (1985-1989) et du Stade de France à Saint-Denis (1995), l’Atomium à Bruxelles (1958), le grand viaduc de Pékin en Chine (2011), etc.
Photographe : Gérard Brusseaux.
Source : Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP), Sorbonne Université, campus Pierre et Marie Curie, Paris, France.