Dis, comment on fait de l’acier ?
L’acier ou « steel » en anglais est le premier alliage produit par l’humanité, et dans le top 5 en volume des matériaux produits sur Terre.
Clarifions d’abord la notion d’alliage : l’acier est un mélange (majoritairement) de fer avec du carbone. Cela nous donne un matériau avec une large gamme d’avantages mécaniques, qui lui confère notamment sa résistance. Il est utilisé dans le bâtiment (52 %), les transports ou dans l’équipement (comme les grues). L’acier peut parfois recevoir d’autres éléments d’alliage, comme le Chrome. Celui-ci, dès qu’on dépasse les 10 % dans la composition, confère une résistance à la corrosion. Vous l’aurez deviné, on parle bien ici de l’acier inoxydable, couramment appelé « Inox ».
Maintenant, revenons à la genèse de ce matériau. Tout d’abord, il faut extraire le minerai de fer du sol. On le retrouve sous forme oxydée, l’hématite ou Fe2O3. Le but après est de le transformer en fer pur. Pour y arriver, on utilise les hauts-fourneaux comme vous pouvez en voir à Liège ou Charleroi. Dans ces immenses structures verticales, on jette le minerai avec du « coke » (oui oui, comme l’album de Tintin). Le coke est une transformation du charbon classique qui convient mieux à l’industrie métallurgique. Il est principalement composé de carbone. Pendant que ces deux couches tombent dans le réacteur, de l’oxygène est soufflé depuis le bas et remonte. C’est typique de ce qu’on appelle un réacteur à contre-courant. Durant la chute, l’hématite est réduite par le coke, tandis que l’oxydation d’une autre partie du coke fournit la chaleur nécessaire à l’apparition du fer pur. Une fois arrivé en bas du haut-fourneau, il ne reste plus que du fer, liquide vu les températures qui dépassent 1500 °C.
Pour créer notre alliage, il faut ajouter dans le haut-fourneau les éléments que l’on souhaite : Chrome pour le caractère inoxydable, Nickel pour améliorer les caractéristiques mécaniques ou le Molybdène et Titane qui améliore la stabilité de l’alliage à haute-température. Enfin, on coule le tout dans des moules pour récupérer des tubes, ou des brames (en forme rectangulaire longue) qui seront usinés pour obtenir la forme désirée. Pour vos couverts par exemple, on va découper l’acier en feuille épaisse qui vont ensuite être pressées dans la forme finale de votre fourchette préférée. Imaginez la force qu’ont ces presses pour pouvoir déformer l’acier aussi facilement que vous avec de la plasticine !
Au niveau de l’environnement maintenant : comme vous le voyez, du coke (donc du carbone), s’oxyde avec l’air soufflé dans le réacteur. La production d’acier est ainsi fondamentalement productrice de CO2 et donc impacte le changement climatique. En fait, la métallurgie de l’acier est le procédé qui émet le plus de CO2 par an :
Plusieurs solutions sont en cours de développement et même sont déjà installées pour réduire radicalement ces émissions. La principale concerne la réduction directe de l’hématite : on met des électrodes, grosses barres conductrices, dans un mélange d’acier (typiquement des déchets). À travers ces barres, du courant électrique passe à très haute intensité et fait fondre le métal, le faisant directement passer de son état oxydé à l’état liquide et pur. Au lieu d’émettre du CO2, on utilise une quantité impressionnante d’électricité. Mais si celle-ci est produite par des énergies renouvelables ou du nucléaire, on gagne beaucoup dans l’impact carbone. À Charleroi, par exemple, les vieux hauts-fourneaux ont été remplacés par des fours à arc électriques modernes. La Wallonie, ancienne pionnière de l’acier, est donc déjà sur la voie du renouveau et d’une métallurgie plus durable. À Suivre !
~ Thomas
Sources :
Cours UCLouvain EPL : LMAPR2420 – Sustainable Metallurgy,
Wikipedia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Acier_inoxydable, https://fr.wikipedia.org/wiki/Coke_(charbon), https://covrpack.com/blogs/recycler/comment-sont-fabriques-les-couverts-en-inox?srsltid=AfmBOoocmhi6eBrOG8JLEISyqRPsjyVCFuX35fpGfWrt9wq2UWSjDiOr, https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fichier:Marcinelle_-_Haut_fourneau_num%C3%A9ro_4_-_2020-08-22_-_04.jpg, https://pacificsteel.co.nz/sustainability/eaf/, consulté le 13 octobre 2024
