L’industrie et le carbone

Sidérurgie

Dans le domaine de la sidérurgie, le charbon est un élément essentiel. Une fois transformé en coke, il est à la base de la production de l’acier.
Dans le haut fourneau, on mélange le minerai de fer et le coke qui apporte l’énergie calorifique nécessaire à la transformation du minerai en fonte, puis en acier.

Le terme sidérurgie vient du grec sideros et ergon qui signifient fer et travail. Ce terme désigne à la fois l’extraction, la production et la mise en œuvre de la fonte du fer et des aciers. Mais la sidérurgie n’englobe ni la fabrication du coke, ni les métiers de la transformation (emboutissage, découpage, décolletage…).

Le fer est l’un des métaux les plus abondants de la croûte terrestre (quatrième après l’oxygène, le silicium et l’aluminium). On le trouve dans les minerais de fer tels que la magnétite (Fe3O4), l’hématite (Fe2O3), la goethite (FeO(OH)), la pyrrhotine (Fe11S12), la sidérite (FeCO3), l’ilménite (FeTiO3) et la pyrite (FeS2). Bien qu’abondantes, la pyrite et la pyrrhotine servent rarement de minerais de fer en raison de leur forte teneur en soufre. On utilise le terme « minerai de fer » chaque fois que la roche contient suffisamment de minéraux de fer pour rendre son exploitation rentable.

C’est en 1786 que trois savants français, Berthollet, Monge et Vandermonde, établirent la définition exacte du Fer, de la fonte et de l’acier ainsi que le rôle du carbone dans l’élaboration et les caractéristiques de ces trois matériaux. La teneur en carbone est
-   de moins de 0,10 % dans le fer. Aujourd’hui, on ne parle plus de fer mais d’aciers « Ã  très bas carbone »,
-   de 0,10 à 2,1 % dans l’acier,
-   de 2,1 à 6,67 % dans la fonte.

La fabrication de fer requiert des matières premières qui sont le minerai de fer, le charbon et la pierre (pierre à chaux, dolomie).

La fabrication d’acier demande, quant à elle, du fer, de la ferraille d’acier et du fondant (chaux, pierre à chaux calcinée). On fond le minerai de fer pour produire un métal brut appelé « métal en fusion » quand il est liquide ou « fonte brute » quand il est solide. Le métal en fusion est affiné pour enlever les impuretés et développer la composition désirée. L’acier liquide est coulé en blooms (barre d’acier de section carrée ou rectangulaire), en brames (ou slab = masse d’acier de forme parallélépipédique de grandes dimensions) ou en billettes (forme presque carrée et plus long qu’un bloom), puis ces produits semi-finis sont façonnés dans les formes désirées par laminage ou par forgeage.