Fotografia d'un obrier de l'industria metallurgica.
Lametallurgia es la disciplinascientifica etecnica que s'interèssa a l'estudi deimetaus (elaboracion, proprietats, tractaments...). Per extension, lo tèrme designa l'industria de la fabricacion deisaliatges e deis objèctesmetallics. Apareguda a la fin de l'Edat de la Pèira e au començament de l'Edat dau Bronze, la metallurgia es venguda una activitat fondamentala de l'economia modèrna en causa de la difusion fòrça importanta dei metaus dins la societat actuala.
Segon lei conoissenças actualas, la metallurgia es apareguda enAnatolia aumillenari VII avC. Lo premiermetau trabalhat foguèt locoire natiu[1]. Utilizat en parallèl de la pèira durant lo periòde finau dauNeolitic, lo coire permetèt de produrre d'objèctes per martelatge ò per fusion. L'aur, que pòu tanben se trobar a l'estat natiu dins lanatura, foguèt tanben utilizat d'un biais precòç tre lomillenari V avC aVarna. Pus marginalament, durant lo meteis periòde, de tròç defèrremeteoritic serviguèron a la fabricacion d'objèctes enIran.
Vèrs4000 avC, lei progrès dins la fonda dei metaus permetèron de produrre lo premieraliatge debronze. Aquò foguèt un eveniment major dins l'istòria de l'umanitat car entraïnèt la naissença de la metallurgia. D'efiech, lobronze permetiá de melhorar fòrça lei proprietatsmecanicas deisotís. Son usatge se desvolopèt donc dins mai d'una region durant l'Edat dau Bronze (vèrs3000-1000 avC). Pasmens, locoire natiu necessari a sa produccion es rar. Aquò entraïnèt la cèrca e l'esplecha de fònts novèlas de coire. Ansin, per extraire aqueu metau a partir demineraus cuprifèrs de mens en mens concentrats, apareguèron lei premiers d'extraccion e de purificacion dei metaus perreduccion. Vèrs1200 avC, foguèt tanben inventat lo bas-fornèu, capable d'agantar detemperaturas situadas entre1 000 e1 200 °C.
Vèrs1000 avC, lofèrre comencèt de remplaçar lobronze, çò que marquèt l'intrada dins l'Edat dau Fèrre. A respècte dau coire, lofèrre a unatemperatura de fusion ben superiora (1 535 °C còntra1 084 °C), çò que necessitèt de perfeccionar mai lei tecnicas d'extraccion e de purificacion. De mai, lofèrre pur es fòrça sensible a lacorrosion. Ansin, foguèt concebut un metòde que consistiá a empielar de jaç demineraus defèrre e de carbon dins un bas fornèu. Aquò permetiá de redurre lo metau mai lo procès èra incomplèt car èra pas aisat d'agantar la temperatura de fusion dau fèrre[2]. Per l'acabar, faliá martelar lometau per eliminar seis impuretats fins a l'obtencion d'unacier contenent entre 0,02% e 2% decarbòni. La complexitat de l'operacion congreèt la fama deifabres de mai d'una region[3].
Premiera edicion deDe re metallica, tractat fondator de la metallurgia modèrna.
A la fin de l'Antiquitat, lei sabentseuropèus easiatics coneissián sètmetaus (aur,plomb,mercuri,argent,fèrre,coire eestanh[4]). L'Edat Mejana e leiTemps Modèrnes veguèron una aumentacion d'aqueu nombre amb lei descubèrtas de l'arsenic, de l'antimòni, dauzinc, daubismut e daucobalt. Pasmens, l'element pus important dau periòde foguèt la perseguida, lenta e progressiva, dei tecnicas metallurgicas regardant lo trabalh daufèrre e lo començament d'un trabalh intellectuau destinat a comprendre la natura dei procès mes en òbra per lei fabres.
Au nivèu tecnic, la fin de l'epòca medievala veguèt l'aparicion de melhoraments importants sus lei bofets permetent l'intrada d'aire dins lei fornèus. En particular, l'usatge de l'energia idraulica venguèt pus frequent. Puei, durant la segonda mitat dau sègle XV, lafòrça de l'aiga serviguèt tanben au foncionament dei premierslaminadors. Pasmens, lo progrès principau apareguèt au sègle XIII amb l'invencion dau premier aut-fornèu vertadier. Conegut dempuei losègle I apC enChina, lo principi d'aquela installacion permetiá d'agantar detemperaturas de1 500-1 600 °C e d'obtenir de lafonda. Lei Chinés utilizavan principalament aquela matèria per fabricar d'objèctes per motlatge. Pasmens, enEuròpa, lo desvolopament de l'artilhariá a la fin de laGuèrra de Cent Ans estimulèt la demanda d'acier, çò que necessitèt d'estudiar lei procès d'afinatge de lafonda e menèt pauc a pauc a la fondacion de lasiderurgia modèrna.
D'efiech, l'autra caracteristica dau periòde foguèt la redaccion dau premier tractat modèrne sus lei tecnicas minieras e metallurgicas en1556. IntitulatDe re metallica («De la natura dei metaus» enoccitan), es l'òbra dau sabentalemandGeorgius Agricola (1494-1555). Uei considerat coma lo fondator de lamineralogia e de la metallurgia modèrna, inicièt l'estudiscientific de la disciplina.
L'industrializacion e la multiplicacion deis aliatges
Fotografia d'un aut-fornèupolonés de concepcionsovietica en2014. Dempuei laRevolucion Industriala, la metallurgia es un domeni clau de l'economia modèrna.Autre aspècte de la metallurgia, lo sodatge es una tecnica importanta dins la societat modèrna car permet d'assemblar de pèças metallicas entre elei.
L'industrializacion de la metallurgia comencèt au sègle XVIII enAnglatèrra avans de se difusar dins leipaís vesins e de venir una activitat fondamentala de l'economia modèrna. Sa premiera etapa foguèt la construccion perAbraham Darby (1711-1763) dau premieraut-fornèu foncionament amb decòc. Aquò permetèt d'aumentar fòrça lo rendiment de l'installacion. Puei, en1784,Henry Cort (1740-1800) depausèt lo premierbrevet depintant un procès depuddlage, es a dire un metòde permetent de demenir la quantitat decarbòni contenguda dins lafonda bruta. Conjugat amb la descubèrta de lamaquina de vapor, aquò foguèt un dei factors a l'origina de laRevolucion Industriala. Durant aqueu periòde, lasiderurgia conoguèt de progrès majors amb l'invecion de procès novèu d'elaboracion de lafonda e de l'acier.
Pasmens, una autra caracteristica d'aquela epòca foguèt l'aparicion de la metallurgia d'autreimetaus. D'efiech, durant lo sègle XIX, de còps dich «Sègle de la Quimia», leiquimistas multipliquèron lei descubèrtas d'elements e lo nombre demetaus coneguts aumentèt fòrça. En parallèl, leis aplicacions dei metaus conoguèron tanben una diversificacion considerabla amb l'aparicion deimotors de combustion, de l'electricitat e, au sègle XX, de l'electronica. Foguèt donc necessari d'estudiar lei tecnicas d'extraccion e de purificacion demetaus de plusorsmetaus novèus coma l'alumini. D'aliatges novèus foguèron tanben concebuts.
Per sostenir aquela evolucion, divèrsei nocions foguèron aplicadas au camp de la metallurgia. Un domeni major foguèt ansin fondat a partir de l'estudi deis aplicacions de l'electroquimia e la metallurgia. Per exemple, l'electrolisi aguèt d'aplicacions nombrosas per purificar de metaus ò per aplicar un jaç fin de metau a la superficia d'un objècte (galvanoplastia). Lei recèrcas menadas sus lei solucions permetèron tanben d'estudiar lei mesclas entre metaus diferents, çò que permetèt de comprendre mielhs lo foncionament dei procès de fabricacion d'aliatges gràcias aidiagramas de fasas. Enfin, au nivèu tecnic, se fau nòtar lo desvolopament de lasoudadura amb doas invencions majoras: localamèu oxidric en1802 e losodatge per resisténcia electrica en1905.
Dempuei laSegonda Guèrra Mondiala, la metallurgia es totjorn l'objècte de recèrcas importantas. La causa premiera es la perseguida dau progrès tecnic que demanda d'utilizar demetaus ò d'aliatges novèus, especialament dins lei domenis de l'electronica, de lamedecina ò de lamecanica. Per exemple, foguèt lo cas dautitani qu'es vengut una ressorsa estrategica durant laGuèrra Freja. Pasmens, se fau tanben nòtar lo desvolopament de camps novèus coma la fabricacion deveire metallic (ans 1960) ò coma la metallurgia en microgravitat (ans 1980).
Lei metòdes e tecnicas d'extraccion e la purificacion deimetaus varian segon leiselements. Pasmens, existís de ponchs comuns dins la metallurgia de mai d'un metau. D'efiech, la màger part deimineraus utilizats son de sulfurs ò d'oxids coma lacassiterita (minerau d'estanh) ò lacalcopirita (minerau principau decoire). Ansin, lei premiereis etapas d'eleboracion d'unmetau consistisson a concentrar lominerau «util» per lo mejan d'operacions fisicas (trissatge, proprietatsmagneticas...), fisicoquimicas (flotacion,lixiviacion...), bioquimicas (accion debactèris...) ò quimicas (grilhatge, dissolucion...). Puei, s'es necessari, a luòc una operacion de grilhatge destinada a oxidar lominerau.
Après l'acabament dei fasas de preparacion, lominerau es normalamentreduch per passar d'un estat oxidat a un estatmetallic. La natura dau reductor es variable mai s'utiliza sovent lodioxigèn, lodiidrogèn, lomonoxid de carbòni, lodioxid de carbòni ò d'autreimetaus. Aquelei procès son sovent resumits per una eqüacion quimica simpla mai son en realitat de mecanismes reaccionaus complèxs amb plusorsreaccions intermediàrias e segondàrias. Permèton d'obtenir un metau contenent una quantitat mai ò mens importantas d'impuretats.
La darriera etapa majora de l'obtencion d'un metau es donc l'afinatge que permet d'obtenir de metaus d'una puretat sufisenta per li trobar una aplicacion. Generalament, s'utilizan siá de procès de fusion que permèton d'eliminar pauc a pauc leis impuretats siá de procès electrolitics que permèton d'obtenir de metaus fòrça purs. Pasmens, lei procès electrolitics consuman una gròssa quantitat d'electricitat. Enfin, lo metau pur pòu èsser trabalhat sota forma delingòts, debarras, de bobinas ò detòlas per permetre son transpòrt e son utilizacion ulteriora.
Un aliatge es la combinason de plusorselementsmetallics perfusion. Es un aspècte major de la metallurgia car leimetaus purs an generalament de caracteristicas mecanicas feblas. D'efiech, dins mai d'un cas, apondre d'autreiselements a unmetau permet de lo «durcir», de modificar sa resisténcia a lacorrosion e de melhorar d'autrei caracteristicas (demenir satemperatura de fusion, facilitar son trabalh...). Ansin, la màger part dei pèças metallicas utilizadas dins la societat modèrna son compausadas per d'aliatges.
Un aliatge es generalament constituit per un elementmetallic majoritari qu'es dich «metau de basa». Leis elements volontàriament ajustats son dichs «elements d'aliatge» e leis elements non desirats «impuretats». La màger part deis elements d'aliatge son demetaus mai es possible d'utilizar d'autreis elementsquimics coma locarbòni (dins l'acier) ò losilici (dins l'alumini). Pasmens, la tenor deis elements non metallics dins leisaliatges es generalament limitada. Leidiagramas de fasas son un otís fondamentau de l'estudi deisaliatges car permèton de visualizar leis aliatges possibles entre dos elements.
La tecnica de laciera perduda es una tecnica fòrça anciana que foguèt fòrça utilizada de l'Antiquitat fins a la fin de l'Edat Mejana. Consistís a fabricar un modèl de ciera de l'objècte de fabricar. Puei, aqueu modèl es cubèrt per un lach d'argiela. Aquò permet de fabricar un mòtle negatiu. La ciera es alora remplaçada per lo metau en fusion necessari a la fabricacion. Enfin, lo mòtle d'argiela es romput e l'objècte recuperat.
L'embotissatge es un metòdeantic qu'es totjorn utilizat dins l'industria modèrna. Son principi de basa consistís a caufar una tòla demetau a una temperatura situada entre lo tèrç e la mitat de satemperatura de fusion. Dins aquelei condicions, la tòla es deformabla s'una pression sufisenta i es aplicada. Durant leis epòcas ancianas, lomartèu èra l'otís de basa que permetiá de trabalhar lo metau. Dempuei laRevolucion Industriala, s'utilizan puslèu de pressas que permèton de motlar de pèças de superficia importanta.
Lagranulacion es una tecnica de decoracion d'originaetrusca. De tròç de metau son fabricats en copant un fieu de metau e pausats sus una superficia fòrça cauda. La calor entraïna la retractacion dei tròç que forman de bilhas metallicas. Puei, aquelei bilhas son fixadas sus un objècte gràcias a un adesiu ò per autoadesion.
L'industria metallurgica modèrna fa partida de l'industria pesuca. Es un sectoreconomic important e estrategic organizat a l'entorn de sièis activitats principalas:
(fr) Adolf Ledebur (trad. Barbary de Langlade e F. Valton),Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer, Librairie polytechnique Baudry et Cie éditeur, 1895.
(fr) Madeleine Durand-Charre,Les aciers damassés: Du fer primitif aux aciers modernes, Mines Paris ParisTech Les Presses, coll. «Collection histoire et sociétés», 2007.
(en)H. J. T. Ellingham, "Reducibility of oxides and sulphides in metallurgical processes",J. Soc. Chem. Ind., 1944,63 (5): 125.
(fr) Bertrand Gille,Histoire des techniques, Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978.
(fr) J. Goni, J. Greffard, T. Gugalski e Michel Leleu, «La géomicrobiologie et la biominéralurgie»,Bulletin de Minéralogie, vol. 96, n° 4-5, 1973, pp. 252-266.
(fr) Robert Halleux, "La nature et la formation des métaux selon Agricola et ses contemporains",Revue d'histoire des sciences, n°27, 1974, pp. 211-222.
(fr) Robert Halleux, "Le Bermannus de Georg Agricola et la réinterpretation du vocabulaire minéralogique",Documents pour l'histoire du vocabulaire scientifique, n°4, 1983, pp. 81-95.
(fr) Marcel Otte, Mireille David-Elbiali et al.,La protohistoire, De Boeck université, 2008.
(fr) Paul Rivet,La metallurgie en Amerique precolombienne, Institut d'ethnologie, 1946.
↑(fr) Denise Barthomeuf, «La place de l’Anatolie dans les débuts de la métallurgie du cuivre et du bronze (du VIIe au IIIe millénaire av. J.-C.).»,Studia Aegeo-Anatolica. Mélanges préparés sous la direction d'Olivier Pelon. Lyon: Maison de l'Orient et de la Méditerranée, Jean Pouilloux (Travaux de la Maison de l'Orient)., vol. 1, 2004, pp. 149-186.
↑Per aquò, de sistèmas èran utilizats per assegurar un arribada regulara d'oxigèn dins lo fornèu. Lei pus eficaç èran idraulics, çò que permetiá d'entretenir un debit regular d'aire.
.jpg)
