Du fer à l'acier
Matières premières
Préparation du minerai
Le haut-fourneau
Elaboration de l'acier
Station d'affinage

Structure métallographique d’un acier grossit 1000 fois
Les cristaux de couleur brun, bleu et striés sont du fer presque pur avec moins de 0,02% de carbone


L'acier, alliage métallique composé essentiellement de fer et de carbone, est fabriqué en fonction de son utilisation dans le bâtiment.

Deux étapes successives sont nécessaires dans l'élaboration de ce métal. Réalisées dans une aciérie, ces opérations consistent à transformer les matières premières en fonte et de là en acier.

  Matières premières

Aujourd'hui on distingue deux types de matières premières dans la fabrication de l'acier.

Le minerai de fer 


Port minéralier de Fos-sur-Mer


Sous la forme de minerai, le fer est un des métaux le plus abondant de la croûte terrestre. Cette roche est composée de nombreux éléments dont l'oxyde de fer et divers minéraux appelés gangue.

La richesse du minerai tient à sa teneur plus ou moins élevé en fer. Un minerai riche contient jusqu'à 65 % de fer.

Cette facilité à se procurer de la matière première si facilement a vu, dans le courant du XIX siècle et dans beaucoup de régions, naître la construction de nombreuses aciéries.

La production de ces sites, plus liés à l'artisanat local afin de couvrir les besoins, était dépendante de la qualité du minerai extrait et de son affinage


La ferraille 





Acier compacté sur le site de Sollac Atlantique à Dunkerque


Elle provient des récupérations de l'industrie sidérurgique elle-même, des industries de transformation et de recyclage des déchets ferreux issus de la fabrication, des biens d'équipement et de consommation.

La ferraille constitue une matière première qui nécessite moins de transformation dans la mesure ou c'est déjà de l'acier.

Fondue dans des fours électriques, cette matière première possède une composition particulière due au fait de son utilisation antérieure. Il n'y a pas de sous-produits à éliminer venant d'éléments indésirables. En fonction de l'acier à fabriquer, c'est un choix rigoureux des ferrailles qu'il faudra entreprendre avant la fonte.

La filière ferraille est plus économique en matière d'équipements lourds (chaîne d'agglomération, cokerie, etc.) et en matière d'énergie nécessaire à la fusion. En revanche sa capacité de production est moins élevée que celle d'une aciérie à l'oxygène (minerai).

  Préparation du minerai

Le minerai brut est traité par concassage, criblage, broyage pour être calibré et homogénéisé. Il est ensuite chargé avec de la chaux et du coke sur la chaîne d'agglomération où il est partiellement fondu et prend la consistance d'un mâchefer poreux.

La matière obtenue est chargée dans le haut-fourneau.

  Le haut-fourneau

Haut-fourneau du site sidérurgique de Dunkerque


Le haut-fourneau est le symbole de la sidérurgie. C'est un appareil de grandes dimensions, garni intérieurement d'un revêtement réfractaire, dans lequel le minerai est chauffé à des températures élevées.

Les matières premières préparées sont chargées par le haut dans le haut-fourneau. Le coke, ajouté dans le mâchefer, apporte la chaleur nécessaire à la fusion du minerai et élimine l'oxygène contenu dans la matière en produisant des oxydes de carbone.

Le fer pur libéré se combine au carbone du coke et produit de la fonte en se dégageant des autres constituants (impuretés). Celle-ci contient alors 96 % de fer, 3 à 4 % de carbone et 1 à 2 % d'autres éléments (phosphore, soufre, silicium, manganèse, etc.).


  Elaboration de l'acier

Poche de fonte qui déversant son contenu dans le convertisseur






Tableau des produits de base de l’acier

La conversion de la fonte en acier liquide est réalisée dans un convertisseur à oxygène. De l'oxygène est insufflé dans le bain de fonte liquide et permet d'éliminer par combustion des éléments indésirables (carbone, silicium, soufre, phosphore, etc.) qui se fixent à la chaux présente dans la fonte pour former des scories. Ces sous-produits de la fabrication de l'acier trouveront divers usages. La combustion provoque une élévation de la température de 1250°C (fonte liquide) à 1600°C et transforme la fonte en acier.

Ce qui distingue le fer, de la fonte et de l'acier est la teneur en carbone. Le fer est un métal pur. Il ne contient pas de carbone. L'acier a un taux de carbone qui se situe entre 0,15 et 1,7%. Dans la réalité industrielle il dépasse rarement 1%.

La fonte est riche en carbone. Son taux est de 2,5 à 6%.

Cette présence de carbone influe par ailleurs sur les caractéristiques du métal comme propriété cassante, ainsi que sur sa dureté et sa résistance.

Plus la teneur en carbone est élevée plus l'acier est dur et résistant. Moins il y a de carbone, plus l’acier est plastique et malléable.

Les traces de carbone présentent dans l'acier font que les sidérurgistes réservent l'appellation "alliage" aux aciers qui incorporent d'autres éléments que le carbone.

  Station d'affinage

Tableau des teneurs des composants de base de l’acier











Tableau des produits complémentaires entrant dans la composition de l’acier


La station d'affinage permet de réaliser la "mise à nuance" de l'acier. Ainsi sont définis la composition chimique et les critères attachés à l'utilisation de l'acier.

Cette opération consiste à décarburer, c'est-à-dire à diminuer et à ajuster la teneur en carbone pour en faire de l'acier ainsi qu'à réchauffer le métal avant la coulée.
A ce stade de la fabrication, des additions éventuelles de produits complémentaires permettront d'améliorer les caractéristiques techniques de l'acier dans la masse.

Il sera recherché, selon les besoins, une résistance plus élevée du produit aux efforts mécaniques, à la corrosion, aux effets de température, etc.

Dans les filières fonte (minerai) et électrique (ferraille), la composition chimique de l'acier liquide est ajustée par addition d'éléments d'alliage au millième près pour constituer les taux requis (nickel, chrome, tungstène, etc.).

Par ailleurs, divers traitements ont lieu pour améliorer la pureté et la qualité du métal (dégazage pour éliminer l'azote ou l'hydrogène, homogénéisation chimique, etc.).

Dans le cas de la filière électrique, si l'acier fondu possède déjà une composition particulière du fait qu'il a servi, on peut avoir à rectifier sa composition pour une nouvelle utilisation, différente de la précédente.