Métal blanc-gris, tenace, ductile, malléable et magnétique, le plus important pour son utilisation industrielle, surtout sous forme d'alliages, d'aciers et de fontes. (Élément chimique de symbole Fe.)

Numéro atomique : 26
Masse atomique : 55,847
Température de fusion : 1 535 °C
Masse volumique : 7,87 g/cm³

 ARCHITECTURE
 BIOCHIMIE
 PHARMACIE

Archéologie

 Âge du fer, période protohistorique pendant laquelle se généralisa la métallurgie du fer.

Métallurgie

 Diagramme fer-carbone,

Fer : diagramme fer-cémentite

représentation des équilibres entre les phases physico-chimiques composant les alliages de fer et de carbone (aciers et fontes) en fonction de la température, à la pression atmosphérique.

Allotropie du fer

Métallurgie

Le fer était jadis extrait directement du minerai par réduction avec le carbone, surtout au moyen de charbon de bois. À partir du XIII^e s., la métallurgie du fer se confond avec celle de la fonte et de l'acier, dont le développement est dû à l'utilisation de souffleries actionnées hydrauliquement et à la construction des premiers hauts-fourneaux. Le fer est alors obtenu par affinage, à l'état pâteux, de loupes soudées au four à bas foyer, ou four d'affinerie. Le procédé du puddlage permet d'obtenir des fers purs durant tout le XIX^e s. Il sera pratiquement abandonné devant l'apparition des procédés modernes d'élaboration de l'acier. (→ sidérurgie.)

Les minerais les plus répandus sont les carbonates (sidérose ou fer spathique) et les oxydes, hydratés ou non (hématite brune 2Fe₂O₃, 3H₂O ou minette phosphoreuse, hématites rouges Fe₂O₃ constituant le fer oligiste et le fer spéculaire ou micacée, surtout abondant en Russie et aux États-Unis).

Parmi les fers industriels, on distingue : le fer coulé, obtenu par les procédés classiques d'élaboration de l'acier (fours Martin, Thomas, électrique), le fer électrolytique, préparé par électrolyse de chlorure ferreux avec anode soluble en acier ou en fonte, et le fer réduit, obtenu par réduction d'oxydes dans un milieu gazeux réducteur. Le fer carbonyle est un fer très pur obtenu par décomposition d'un complexe carbonylé. Le fer est utilisé en majeure partie sous forme d'aciers ou de fontes. À l'état brut de forgeage ou de laminage, le fer pur industriel a une résistance à la traction de 300 MPa, une limite d'élasticité de 200 MPa et un allongement à la rupture d'environ 25 %. Bonnes à froid, ses propriétés de plasticité sont parfois altérées à chaud, et le métal, dit rouverin, présente une fragilité qui gêne son forgeage. Cette fragilité, due à la présence de soufre et aussi d'oxygène, est supprimée par addition de manganèse. Lorsque le fer est suffisamment pur, sa résistance à la corrosion atmosphérique est bonne. Les fers sont employés à la confection de tôles, de feuillards, de boulons, de fils, de tubes, etc. Leurs propriétés magnétiques (principalement faible champ coercitif) les font utiliser, à l'état recuit, dans des appareillages électromagnétiques (pièces polaires d'électroaimants, tôles de machines électriques, noyaux de relais, etc.). Le fer pur s'emploie pour l'élaboration d'aciers fins, d'aciers ordinaires ou spéciaux, comme matière première de la fusion au creuset. La poudre de fer, réduit ou électrolytique, est utilisée pour fabriquer des pièces poreuses frittées ou pour constituer des enrobages d'électrodes de soudage et d'oxycoupage. Les pièces à base de fer fritté sont utilisées dans plusieurs branches d'activité industrielle (construction automobile, fabrication de matériel électrodomestique et de produits magnétiques).

Production

Base de la sidérurgie, l'extraction du minerai de fer est liée à l'évolution de cette branche. La production mondiale de minerai de fer est de l'ordre de 1 600 millions de tonnes. Une quarantaine d'États en extraient, mais un petit nombre d'entre eux (le Brésil, l'Australie, la Chine, l'Inde, les États-Unis, la Russie, l'Ukraine et le Canada) assurent environ 75 % du total mondial. La Suède est le seul producteur notable de l'Union européenne. La production française, autrefois importante, a totalement disparu. Le commerce mondial concerne la moitié de la production. Il est dominé, à l'exportation par le Brésil et l'Australie, qui représentent chacun environ 30 % du total des exportations et à l'importation par la Chine qui avec 45 % du total, se situe loin devant l'Union européenne et le Japon, qui pèsent respectivement 22 et 16 % du volume total. Des tensions sont apparues sur le marché mondial du minerai de fer, dues à plusieurs facteurs : accroissement de la demande chinoise, évolution du coût du fret maritime et plus récemment, baisse des prix en raison de la crise.

Le fer a été employé forgé, en armature par les Grecs, en chaînage depuis le Moyen Âge. V. Louis l'a utilisé pour constituer la charpente du Théâtre-Français (1786). Par la suite, on a plutôt fait appel à la fonte moulée jusqu'au milieu du XIX^e s., moment où le laminage a permis d'obtenir des profilés et, par là, de réaliser des ossatures entièrement en fer riveté. Le « siècle du fer », qui, pour une bonne part, a correspondu à un emploi mixte, fer et fonte, pour des serres, des marchés (Baltard), des bibliothèques (Labrouste), des halls de gares (Hittorff) ou des ponts, a culminé avec la tour Eiffel et la galerie des Machines (Paris, 1889), à la veille du triomphe de l'acier.

Les animaux supérieurs et les végétaux contiennent environ 5 cg de fer par kilogramme de poids. Chez l'homme, le fer joue un rôle capital dans l'érythropoïèse comme constituant de l'hémoglobine et dans les phénomènes respiratoires de la cellule comme constituant des systèmes transporteurs d'électrons dans les mitochondries. Le taux normal de fer circulant varie de 0,80 à 1,70 mg par litre.

Le fer est surtout utilisé à l'état de sels organiques ferreux (fumarate, gluconate, oxalate) par voie buccale dans le traitement des anémies hypochromes.

Âge du fer

Entre 1200 et 1000 avant J.-C., l'industrie du fer connaît un brusque accroissement en Iran, en Transcaucasie, en Syrie et en Palestine, puis en Mésopotamie, dans le Caucase, à Chypre et en Crète. En Europe occidentale, l'âge du fer occupe le I^ermillénaire avant J.-C. Le premier âge du fer (Hallstatt) s'étend de l'an 1000 jusqu'après 500 avant J.-C. ; le second âge du fer (La Tène) se poursuit en trois périodes jusqu'à la conquête romaine et même se prolonge, en Irlande, en Scandinavie et dans la Germanie non romanisée, jusqu'à la christianisation de ces pays. Lointains échanges commerciaux, habitat en camp fortifié (oppidums de Bibracte, d'Ensérune), sépultures sous tumulus avec char d'apparat pour les dignitaires (Vix), puis incinérations et tombes plates définissent cette période. Le répertoire décoratif évolue sous l'influence celtique et motifs curvilinéaires, végétaux et faune sont à l'origine d'un monde où se côtoient abstraction et fantastique, particulièrement remarquable dans le monnayage et dans la statuaire (Roquepertuse, Entremont).

Diagramme fer-carbone

Les alliages FeC contenant à l'équilibre moins de 2 % de carbone sont appelés aciers ; au-delà de 2 % de carbone, ce sont les fontes. Si le carbure Fe₃C (cémentite) est peu stable, le graphite apparaît dans la structure (fontes grises). Ces diagrammes d'équilibre sont déformés lorsque les vitesses de chauffage ou de refroidissement augmentent : on a alors recours aux courbes de transformation au chauffage ou au refroidissement (courbes T.R.C.).