fer (suite)

Minerais

Rare à l’état natif (fer météorique connu des Anciens comme venant d’un astre), le fer est extrait surtout d’oxydes divers et de carbonates, mondialement répandus. Les minerais d’oxydes anhydres, abondants, sont représentés par l’hématite rouge, l’hématite oolithique ou hématite brune 2 Fe₂O₃, 3 H₂O qui est le constituant essentiel des minerais de Lorraine (minette phosphoreuse à 40 p. 100 de fer), l’ocre rouge (États-Unis, dans la région des Grands Lacs ; U. R. S. S., dans le bassin du Donetz ; Espagne, près de Bilbao ; Grande-Bretagne, dans le Cumberland) et le fer oligiste ou spéculaire (U. R. S. S., île d’Elbe) ; à base d’oxyde ferrique Fe₂O₃, leur teneur en fer varie de 30 à 65 p. 100. Parmi les minerais hydratés, 2 Fe₂O₃, 3 H₂O, titrant en moyenne 40 p. 100 de fer, une variété oolithique ou globulaire d’hématite brune constitue la minette phosphoreuse, abondante en Lorraine. Des minerais plus riches titrant 70 p. 100 de fer, à base de magnétite Fe₂O₃, FeO, denses et plus difficiles à réduire, sont exploités en Suède, en U. R. S. S., en Afrique du Nord et en Mauritanie. D’autres minerais, moins répandus, sont néanmoins exploités : la sidérose, ou fer spathique, en Autriche et dans les Pyrénées-Orientales ; la sphérosidérose, ou fer lithoïde, en Allemagne, en Angleterre et en Normandie ; ces deux minerais étant constitués de carbonate FeCO₃ et titrant environ 45 p. 100 de fer. Des procédés permettent d’enrichir les minerais par triage magnétique et agglomération dans des installations de grillage.

Élaboration du fer

Jusqu’au xviii^e s., le fer a été extrait de son minerai par réduction avec le carbone, sous forme de charbon de bois, dans des petits fours à cuves ou des fours à bas foyer. L’utilisation du coke et l’apparition du procédé de puddlage, ou affinage de loupes de fer pâteux par martelage (cinglage) pour éliminer les impuretés, permirent d’obtenir du fer pur durant une grande partie du xix^e s.

Cependant ce sont les développements du haut fourneau et ceux des procédés modernes d’aciérie (convertisseurs Bessemer, Thomas, four d’affinage Martin, procédés d’affinage à l’oxygène) qui permirent de substituer l’acier extra-doux au fer puddlé.

En effet, la réduction du minerai de fer par le coke, dans le haut fourneau, aboutit à l’obtention de fer ; mais, en présence de ce milieu fortement carburant, il se forme un alliage de fer à 4 p. 100 environ de carbone, la fonte. Celle-ci doit subir un affinage en aciérie pour éliminer la majeure partie du carbone par oxydation, ce qui conduit à l’acier, dont la teneur en carbone est inférieure à 1 p. 100 et en particulier à l’acier doux et à l’acier extra-doux, titrant de 0,05 à 0,10 p. 100 de carbone.

Des procédés de réduction directe des minerais sont en cours d’études et de développement, particulièrement aux États-Unis, pour remplacer le haut fourneau et les installations de convertissage de la fonte en acier, dans les aciéries de taille moyenne. Ces nombreux procédés ont pour principe la pulvérisation du minerai divisé dans un mélange gazeux réducteur porté à 1 000 - 1 200 °C, à base de gaz naturel ; on recueille soit du fer fondu, soit un produit aggloméré (éponge de fer) qui doit être refondu et travaillé mécaniquement.

Il existe aussi d’autres procédés pour la production en faibles quantités de qualités particulières de fer : par traitement avec un réducteur solide, par décomposition du carbonyle de fer, par électrolyse.

Emplois des fers industriels

Utilisé surtout sous forme alliée dans les aciers et les fontes dont il est l’élément majeur, le fer a néanmoins des applications spécifiques.

Le fer pur recuit est caractérisé par une bonne malléabilité, une haute résilience, une faible résistance à la rupture et une dureté relativement faible. Sa plasticité à froid est compromise à chaud par la présence d’impuretés, particulièrement le soufre, l’oxygène, l’azote, ce qui gêne par exemple son forgeage ; le métal est alors dit « rouverin », et l’on évite ce défaut par addition de manganèse. La délimitation des fers industriels, caractérisés par leur mode d’élaboration ou leur application, d’avec les aciers doux et extra-doux est relativement imprécise. En raison de ses formes allotropiques (α cubique centré jusqu’à 910 °C, γ cubique à faces centrées de 910 à 1 400 °C et de nouveau de 1 400 °C au point de fusion de 1 528 °C), le fer présente une solubilité différente en fonction de la température pour différents éléments d’alliage tels que le carbone, le nickel, le chrome, le manganèse. D’autre part, le fer α (constituant ferrite) est ferromagnétique jusqu’à 768 °C (point de Curie) et devient amagnétique aux températures supérieures.

La résistance à la corrosion du fer est moyenne ; néanmoins, le fer de haute pureté a une excellente tenue à la corrosion atmosphérique (cas de la colonne de Delhi, datant du iv^e s. et ne présentant pas de trace de rouille). En milieu humide et oxydant, le fer se recouvre d’un hydroxyde perméable, non protecteur, la rouille, à travers lequel la corrosion se poursuit jusqu’à destruction plus ou moins complète de la pièce.

R. Le R.

L’économie

Le fer est le métal le plus employé par la civilisation industrielle. Malgré l’apparition, pour certains de ses usages, de produits concurrents, sa demande croît rapidement. Elle paraît cependant plafonner depuis une vingtaine d’années dans les économies les plus développées, comme celle des États-Unis. Mais, exprimée en millions de tonnes de fer contenu, la production mondiale, voisine de 75 en 1938 et 1946, approchait 175 en 1955, dépassait 250 en 1962 et 470 en 1974. Rien ne permet de prévoir un ralentissement durable de la croissance de la production et de la demande, celle-ci devant stimuler celle-là dans les années qui viennent.

Toute la géographie de la production et de l’échange du minerai de fer est commandée par cette évolution, ainsi que par les mutations intervenues dans les techniques de l’extraction, de la fabrication de la fonte et de l’acier, et des transports en vrac.