Métallurgie - Définition

Introduction

La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi l’industrie de la fabrication des métaux et des alliages, qui repose sur la maîtrise de cette science.

Coulée continue dans l'ancien haut fourneau à Clabecq en Belgique.

Histoire

Préhistoire

L'histoire de la métallurgie est étudiée par le métallurgiste, plus précisément par le cristallographe. Le premier métal travaillé fut le cuivre. En fait, le cuivre n'était alors considéré que comme un type de bronze. En effet, le mot « cuivre » signifie étymologiquement « bronze de Chypre » de l'endroit où furent créées les premières carrières de cuivre dans l'Antiquité et la fin de la préhistoire.

Les hommes commencèrent probablement par travailler le cuivre natif (c'est-à-dire présent naturellement sous forme métallique) par martelage, et ils s'aperçurent sans doute qu'il était plus facile de le travailler lorsqu'il était chauffé (phénomène de recuit : élimination des dislocations par la restructuration et éventuellement recristallisation). Puis, en chauffant de plus en plus, ils s'aperçurent qu'il fondait et que l'on pouvait donc le mouler. Ceci constitua l'Âge du cuivre, vers -4000.

Le premier alliage fut le bronze (alliage de cuivre et d'étain). L'âge du bronze s'étendit d'environ -2500 à -1000 bien que l'on pensait alors que le cuivre était un type de bronze.

Le cuivre natif étant rare, ils travaillèrent alors des minerais de plus en plus pauvres en cuivre natif, et ils s'aperçurent probablement que le fait de faire chauffer des minerais permettait non seulement d'extraire le cuivre par fusion, mais aussi de « transformer » le minerai en métal (réduction) ; c'est sans doute ainsi que sont nés les bas fourneaux, vers -1200.

Vers -1000 commença l'âge du fer. Le fer fondant à beaucoup plus haute température que le cuivre (1 535 °C contre 1 084 °C), la réduction du minerai dans les bas fourneaux était imparfaite et donnait naissance à un bloc d'aspect spongieux (le massive ou la loupe) que l'on martelait pour le débarrasser de ses impuretés. Les premiers à utiliser le fer furent les Hittites. En Afrique, vers -2000 la civilisation Nok développa très tôt cette science passant de l'age de pierre directement à l'age du fer.

Dans toute la suite de l'antiquité seuls quelques métaux furent utilisés et pour certains seulement travaillés. N'étaient connus que sept métaux : l'or, le mercure, le plomb, l'argent, le fer, le cuivre et l'étain. Il faudra attendre 1750, lors de la découverte du bismuth pour assister à la découverte d'un nouveau métal et 1735 pour découvrir le cobalt.

Moyen Âge

Travail du métal en 1568, Allemagne

L'utilisation de moulins à eau pour assurer le soufflage permit d'atteindre de plus hautes températures. C'est ainsi que vers 1450 en Europe on réalisa la première coulée de fonte avec un haut-fourneau.

Les temps modernes

Mais la sidérurgie connaît son plus fort développement à la fin du XVIII^e siècle, ce qui permit la révolution industrielle. La production en masse d'acier permit la réalisation de machines à vapeur et donc le pompage des eaux dans les mines.

De nos jours, de nombreuses recherches se font sur les traitements appliqués aux métaux plus que sur la préparation de ceux-ci notamment sans passer par des hauts-fourneaux. Par exemple, d'un point de vue biomédical, le titane est biothérapie. Des traitements chimiques ou physiques tels le sablage permettent de le rendre histocompatible et font de lui le métal référence pour les prothèses osseuses.