métallurgie
nom féminin
(latin scientifique metallurgia, du grec metallourgeîn, exploiter une mine) Ensemble des procédés et des techniques d'extraction, d'élaboration, de mise en forme et de traitement des métaux et de leurs alliages.
Le traitement des métauxIntroductionLa purification des métaux depuis leur état de minerai, les différents traitements thermiques ou mécaniques qui leur sont appliqués, leur mise en forme par forgeage, laminage ou autres méthodes, l'étude de la genèse et de la structure des alliages, les recherches sur la corrosion ou le recyclage, toutes ces techniques, et les connaissances empiriques et scientifiques qui les sous-tendent, entrent dans le vaste domaine de la métallurgie, dont quelques points essentiels sont présentés ici.Les minerais contiennent généralement des oxydes ou des sulfures métalliques au sein d'une matrice, la gangue. Une fois celle-ci éliminée, le minerai doit être réduit. Pour le fer, le cuivre, le plomb ou le zinc, la réduction chimique par le monoxyde de carbone se fait à l'intérieur même du haut-fourneau par combustion de coke (charbon pyrolysé). Pour les métaux tels que le molybdène ou le tungstène, la réduction directe par l'hydrogène est un procédé, plus coûteux, qui a l'avantage de donner un métal plus propre. Pour les métaux très électronégatifs, aluminium ou sodium, l'électrolyse est la meilleure méthode.L'industrie des semi-conducteurs a besoin de silicium pur à 99,999 999 %. Les méthodes de purification chimique étant insuffisantes, seule la technique de fusion de zone réalise cette performance. L'industrie nucléaire a d'autres exigences. La pureté chimique ne lui suffit pas, il lui faut une proportion précise d'isotopes de l'uranium : le combustible nucléaire doit être préalablement enrichi en uranium 235.Les propriétés mécaniques des métaux purs ne permettraient que peu d'applications. Seule la grande variété des alliages apporte richesse et diversité à la métallurgie. En revanche, les structures engendrées au cours des traitements thermiques sont d'une grande complexité. À l'échelle microscopique, l'arrangement respectif des atomes peut donner naissance à des microdomaines qui expliquent les propriétés macroscopiques des alliages. Récemment, des expériences embarquées dans les stations spatiales comme Spacelab ont montré qu'il était possible de réaliser en microgravité des matériaux aux propriétés nouvelles, ce qui ouvre des perspectives pour des utilisations très spécialisées.Des métaux et des hommesBronzeAlliage de 70-90 % de cuivre et d'étain, éventuellement plomb ou antimoine. Vers 2500 avant J.-C. commence en Europe méditerranéenne l'âge du bronze, ou plutôt l'âge de la métallurgie : fours à 1 100 °C, alliages, recuit, moulage, forgeage.FerDès le IXe s. avant J.-C. en Europe occidentale, l'âge du fer représente un bond technologique : fours à haute température (1 535 °C), purification, forgeage, fabrication de grandes pièces.AluminiumL'élaboration industrielle de l'aluminium, isolé par Œrsted en 1825, a été réussie par Sainte-Claire-Deville (1854). Bien que protégé par Napoléon III qui l'introduisit à la Cour sous forme de couverts, l'aluminium n'a connu de triomphe qu'avec l'électrométallurgie, inventée simultanément en France et aux États-Unis par Paul Héroult et Charles Hall (1886).OrL'or est inaltérable et naturellement pur. Les Égyptiens en faisaient des bijoux dès le IIIe millénaire avant J.-C. L'or est thésaurisé sous formes de lingots ou de monnaies. Il sert en orfèvrerie, en dentisterie et à de rares utilisations techniques : vaisseaux spatiaux, contacts électriques, circuits électroniques.PlutoniumDécouvert par G. T. Seaborg à Berkeley (1941), ce métal transuranien fut caché sous le nom de code de « cuivre ». Il a été révélé au grand public avec la première bombe atomique (1945).L'élaboration des métauxQue ce soit pour l'automobile, l'électroménager ou la conserverie, les tôles d'acier sont revêtues, c'est-à-dire protégées contre la corrosion. Le fer-blanc est ainsi appelé à cause de la couche d'étain (pur ou allié à du chrome) qu'il reçoit classiquement par étamage dans un bain d'étain en fusion ou – procédé plus moderne – dans un bac d'électrolyse. Il peut être ensuite verni, imprimé, embouti ou soudé. La galvanisation s'opère de même, soit par trempage dans un bain de zinc fondu (ou enduction au rouleau), soit par électrozingage. Le dépôt, d'épaisseur contrôlée, est réalisé sur une face ou sur les deux. Il est constitué de zinc pur ou allié à du fer, de l'aluminium, du nickel ou du plomb. Les tôles destinées en particulier aux bardages et aux toitures sont prélaquées après galvanisation, l'application d'un film plastique pouvant accroître la durabilité de la peinture. L'acier peut aussi recevoir d'autres protections telles que le chromage (pièces décoratives ou boîtes pour aliments). Le plombage (alliage plomb-étain) est très utilisé pour les réservoirs d'automobiles.Quels que soient le dépôt et la technologie employés, le métal de base doit être très propre pour un bon accrochage du revêtement. Sa surface est donc préalablement dégraissée et rincée. Ces opérations sont effectuées aujourd'hui en continu et peuvent même être complétées par un profilage en ligne, après galvanisation et mise en peinture. Quant au métal de base, le fer noir, la tendance est à la réduction de son épaisseur, jusqu'au-dessous du demi-millimètre, afin de satisfaire les utilisateurs, qui exigent des tôles de plus en plus légères.
(latin scientifique metallurgia, du grec metallourgeîn, exploiter une mine) Ensemble des procédés et des techniques d'extraction, d'élaboration, de mise en forme et de traitement des métaux et de leurs alliages.
Le traitement des métauxIntroductionLa purification des métaux depuis leur état de minerai, les différents traitements thermiques ou mécaniques qui leur sont appliqués, leur mise en forme par forgeage, laminage ou autres méthodes, l'étude de la genèse et de la structure des alliages, les recherches sur la corrosion ou le recyclage, toutes ces techniques, et les connaissances empiriques et scientifiques qui les sous-tendent, entrent dans le vaste domaine de la métallurgie, dont quelques points essentiels sont présentés ici.Les minerais contiennent généralement des oxydes ou des sulfures métalliques au sein d'une matrice, la gangue. Une fois celle-ci éliminée, le minerai doit être réduit. Pour le fer, le cuivre, le plomb ou le zinc, la réduction chimique par le monoxyde de carbone se fait à l'intérieur même du haut-fourneau par combustion de coke (charbon pyrolysé). Pour les métaux tels que le molybdène ou le tungstène, la réduction directe par l'hydrogène est un procédé, plus coûteux, qui a l'avantage de donner un métal plus propre. Pour les métaux très électronégatifs, aluminium ou sodium, l'électrolyse est la meilleure méthode.L'industrie des semi-conducteurs a besoin de silicium pur à 99,999 999 %. Les méthodes de purification chimique étant insuffisantes, seule la technique de fusion de zone réalise cette performance. L'industrie nucléaire a d'autres exigences. La pureté chimique ne lui suffit pas, il lui faut une proportion précise d'isotopes de l'uranium : le combustible nucléaire doit être préalablement enrichi en uranium 235.Les propriétés mécaniques des métaux purs ne permettraient que peu d'applications. Seule la grande variété des alliages apporte richesse et diversité à la métallurgie. En revanche, les structures engendrées au cours des traitements thermiques sont d'une grande complexité. À l'échelle microscopique, l'arrangement respectif des atomes peut donner naissance à des microdomaines qui expliquent les propriétés macroscopiques des alliages. Récemment, des expériences embarquées dans les stations spatiales comme Spacelab ont montré qu'il était possible de réaliser en microgravité des matériaux aux propriétés nouvelles, ce qui ouvre des perspectives pour des utilisations très spécialisées.Des métaux et des hommesBronzeAlliage de 70-90 % de cuivre et d'étain, éventuellement plomb ou antimoine. Vers 2500 avant J.-C. commence en Europe méditerranéenne l'âge du bronze, ou plutôt l'âge de la métallurgie : fours à 1 100 °C, alliages, recuit, moulage, forgeage.FerDès le IXe s. avant J.-C. en Europe occidentale, l'âge du fer représente un bond technologique : fours à haute température (1 535 °C), purification, forgeage, fabrication de grandes pièces.AluminiumL'élaboration industrielle de l'aluminium, isolé par Œrsted en 1825, a été réussie par Sainte-Claire-Deville (1854). Bien que protégé par Napoléon III qui l'introduisit à la Cour sous forme de couverts, l'aluminium n'a connu de triomphe qu'avec l'électrométallurgie, inventée simultanément en France et aux États-Unis par Paul Héroult et Charles Hall (1886).OrL'or est inaltérable et naturellement pur. Les Égyptiens en faisaient des bijoux dès le IIIe millénaire avant J.-C. L'or est thésaurisé sous formes de lingots ou de monnaies. Il sert en orfèvrerie, en dentisterie et à de rares utilisations techniques : vaisseaux spatiaux, contacts électriques, circuits électroniques.PlutoniumDécouvert par G. T. Seaborg à Berkeley (1941), ce métal transuranien fut caché sous le nom de code de « cuivre ». Il a été révélé au grand public avec la première bombe atomique (1945).L'élaboration des métauxQue ce soit pour l'automobile, l'électroménager ou la conserverie, les tôles d'acier sont revêtues, c'est-à-dire protégées contre la corrosion. Le fer-blanc est ainsi appelé à cause de la couche d'étain (pur ou allié à du chrome) qu'il reçoit classiquement par étamage dans un bain d'étain en fusion ou – procédé plus moderne – dans un bac d'électrolyse. Il peut être ensuite verni, imprimé, embouti ou soudé. La galvanisation s'opère de même, soit par trempage dans un bain de zinc fondu (ou enduction au rouleau), soit par électrozingage. Le dépôt, d'épaisseur contrôlée, est réalisé sur une face ou sur les deux. Il est constitué de zinc pur ou allié à du fer, de l'aluminium, du nickel ou du plomb. Les tôles destinées en particulier aux bardages et aux toitures sont prélaquées après galvanisation, l'application d'un film plastique pouvant accroître la durabilité de la peinture. L'acier peut aussi recevoir d'autres protections telles que le chromage (pièces décoratives ou boîtes pour aliments). Le plombage (alliage plomb-étain) est très utilisé pour les réservoirs d'automobiles.Quels que soient le dépôt et la technologie employés, le métal de base doit être très propre pour un bon accrochage du revêtement. Sa surface est donc préalablement dégraissée et rincée. Ces opérations sont effectuées aujourd'hui en continu et peuvent même être complétées par un profilage en ligne, après galvanisation et mise en peinture. Quant au métal de base, le fer noir, la tendance est à la réduction de son épaisseur, jusqu'au-dessous du demi-millimètre, afin de satisfaire les utilisateurs, qui exigent des tôles de plus en plus légères.
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