Guide de l’acier : tout savoir sur cet alliage

Câbles d'acierL’acier est un alliage métallique de fer et de carbone, qui a accompagné l’homme durant son évolution. Auparavant, c’était le minerai de fer qui a été utilisé en raison de son abondance sur la croûte terrestre. La fabrication du fer remonte à 1 700 ans avant J.C jusqu’à la fin du Moyen Age.

C’est après que des expérimentations sur ce minerai ont conduit à la découverte de la fonte, puis de l’acier. Actuellement, l’acier est un métal fortement utilisé dans presque tous les domaines d’activités. En effet, cet alliage est devenu un élément incontournable dans l’élaboration d’ouvrages métalliques en raison de sa ductilité et sa forte résistance aux chocs.

L’acier n’est pas un métal pur, il s’agit d’un alliage composé d’au moins deux éléments, du fer, très majoritairement, et du carbone. La proportion de carbone varie entre 0,02 % et 2 %. Malgré tout, c’est la teneur en carbone qui va conférer à l’acier ses propriétés. D’autres matériaux peuvent entrer dans la composition de l’acier comme du chrome, de l’aluminium, du cobalt, du nickel ou encore du manganèse.

La densité de l’acier est proche de celle du fer. L’acier est un matériau très résistant aux chocs, à la déformation. Par contre, ils ont une mauvaise résistance à la corrosion et ils sont difficilement moulables.

Retour sur l’histoire de l’acier

Fabrication d’acier au Moyen Âge dans un bas fourneau.

Fabrication d’acier au Moyen Âge dans un bas fourneau.

Au commencement, le fer compte parmi les métaux les plus abondants sur la croûte terrestre. Effectivement, ce métal se trouve à peu près partout, sous forme de minerai. Très prisé durant le Moyen Age, le fer a été travaillé depuis 1 700 ans après J.C dans les régions européennes. Le processus d’élaboration du fer consiste à chauffer des couches alternées de minerai de fer et du bois.

Le résultat de cette opération se présente sous la forme d’une masse de métal pâteuse, qu’il faut marteler à chaud pour enlever toutes les éventuelles impuretés. C’est après un travail de martelage  acharné que l’on obtient du fer brut prêt à être forgé. La forge était installée à quelques pas du foyer où s’élaborait le métal. Ce foyer est un trou conique dans le sol, qui est transformé en four, appelé le « bas-fourneau ». Durant cette époque, la quantité de fer résultant du bas-fourneau était estimée à 50 à 60 kilos.

C’est au XVème siècle que la fonte a été découverte. Effectivement, ce sont les générations des « Hauts fourneaux » de 4 à 6 mètres de haut qui ont décelé un métal ferreux à l’état liquide. En raison de cet état liquide, la fonte pouvait se prêter à la fabrication de toutes sortes d’objets tels que les marmites, les boulets de canon, les tuyaux et biens d’autres choses encore.

En affinant la fonte, il était possible d’obtenir du fer en abondance. Pour cela, le lingot de fonte était chauffé et soumis à de l’air soufflé. Cela provoquait la combustion du carbone contenu dans la fonte, ainsi que l’écoulement du fer par goutte, afin d’obtenir une masse pâteuse de fer brut.

C’est en 1786 que l’acier a été privilégié grâce aux 3 savants français, Berthollet, Monge et Vandermonde. Ces savants ont établi la définition exacte du trio Fer-Fonte-Acier et le rôle du carbone dans la fabrication et les particularités de ces 3 matériaux. C’est après quelques années que les grandes inventions telles que les fours Bessemer ont propulsé la production de l’acier afin de s’imposer rapidement comme le métal par excellence de la révolution industrielle. En effet, la production mondiale d’acier a atteint 28 millions de tonnes au début du XX ème siècle.

L’acier est issu de l’alliage du fer et du carbone. La dose de carbone influe grandement sur les particularités du métal. Cette dose est estimée à un taux de 0 à 2 %. Mais il est également possible d’y ajouter d’autres éléments afin d’améliorer les propriétés de l’acier. Par exemple, avec un alliage composé de 17 % de Chrome et 8 % de Nickel, on obtient un acier oxydable. Actuellement, il est possible de recenser plus de 3 000 sortes de compositions chimiques associées à l’acier pour répondre aux besoins de résistance et de malléabilité.

Les éléments constitutifs de l’acier

En général, l’acier est essentiellement constitué de fer et de carbone. Cependant, le taux de carbone influe grandement dans la nature de ce métal. En plus du carbone, il est possible d’ajouter d’autres éléments à la composition de l’acier.

En effet, ces éléments sont appelés éléments d’additions, dont les plus courants sont le manganèse (Mn), le chrome (Cr), le nickel (Ni) et le molybdène (Mo). On peut classer 3 types d’éléments chimiques présents dans l’acier :

  • Les impuretés : elles sont présentes dans les ingrédients de haut fourneau, qui sera destiné à la production de la fonte et de l’acier. Parmi ces impuretés, il y a le soufre (S), le phosphore (P), le plomb (Pb), l’étain (Sn), et bien d’autres encore.
  • Les éléments d’additions : mentionnés ci-dessus, ils sont volontairement ajoutés de manière à obtenir une ou des propriétés données chez le matériau.
  • Les éléments d’accompagnement : ces éléments ont pour objectif de maîtriser les diverses réactions physico-chimiques nécessaires pour la production d’un acier qui répond à spécification donnée. Ces éléments d’accompagnement sont le silicium, le calcium et l’aluminium.

La composition fer-carbone

Le carbone est un élément  très important dans l’élaboration de l’acier, ainsi que sur ses propriétés. Si le taux de carbone est en dessous de 0,008 %, l’alliage est assez malléable et on parle de « fer ». Avec une teneur de 2,1 %, les caractéristiques de l’alliage connaissent une modification importante, et on parle de « fonte ». La composition pour obtenir de l’acier se trouve entre ces 2 valeurs. En effet, l’acier est un alliage métallique doté d’un taux de carbone variant de 0,2 % à 1,7 %.

Ce taux influe beaucoup sur la résistance de l’alliage et diminue son allongement à la rupture. L’ajout d’autres éléments métalliques à la composition est très courant afin d’obtenir une plus grande résistance aux chocs par exemple, et on les appelle « aciers alliés ». Toujours dans le cadre de l’amélioration de ce matériau, d’autres ont recours à des traitements thermiques. Ce processus agit en surface ou bien au cœur du matériau, et on les appelle aciers « traités ».

L’intérêt de ces alliages réside essentiellement dans la recherche de raideur, de dureté et de résistance aux chocs. Il est à noter que le coût de production est assez modéré en raison de l’abondance du minerai de fer sur l’écorce terrestre. De plus, les aciers sont entièrement recyclables et peuvent-être affectés à d’autres domaines d’utilisation sans, pour autant, déstabiliser les composants internes du matériau.

Malheureusement, l’acier en lui-même est assez sensible face à la corrosion. Pour y remédier, il est possible d’effectuer divers types de traitements en surface tels que la galvanisation à  chaud, le zingage, la peinture ou bien le brunissage. Mais, en ajoutant le chrome et le nickel dans la composition fer-carbone, on obtient de l’acier inoxydable.

L’utilisation de l’acier

L’acier est le métal le plus utilisé, notamment dans tous les domaines d’application. En effet, on trouve des produits faits en acier partout, et on les utilise dans notre vie quotidienne. Il est difficile de citer tous les produits issus de ce métal, car l’acier intervient dans la production de l’objet le plus banal au plus sophistiqué, du minuscule au gigantesque.

Dans le secteur du bâtiment et des travaux publics, il est utilisé pour armer le béton, renforcer les fondations, transporter l’eau et le gaz. L’acier intervient également dans l’installation de la structure du bâtiment. Ce métal constitue le pilier de l’architecture moderne.

Construction en acier

Le second marché de l’acier est le domaine de l’automobile. En effet, la carrosserie, le châssis, les pièces de moteur, de direction, de transmission, de ligne d’échappement et autres sont en acier. Il est possible d’affirmer que 55 % à 70 % du poids d’une voiture est représenté par l’acier.

Dans la vie quotidienne, des feuilles d’acier sont utilisées comme emballage pour les boites de conserve, les bombes aérosol, les tubes de rouge à lèvres, les pots, les bidons de peinture, et autres produits nécessitant un mode de conservation hermétique.

L’acier inoxydable est essentiellement employé pour la fabrication de plats, de casserole et de couverts, car il est inaltérable même sans agent de protection. Sa résistance à l’eau et au détergent est indéfinie, et il n’altère ni le goût ni la couleur des aliments. De plus, cette caractéristique de l’inox est indispensable dans la médecine, surtout dans la fabrication des aiguilles, du bistouri et les prothèses de toutes sortes.

Dans le secteur de la communication, les composants utilisés en informatique, en électronique, ou en télécommunication ont des besoins spécifiques parce qu’ils sont assez délicats. Alors, ces éléments sont fabriqués avec des alliages ajustés à leurs particularités respectives. Dans le domaine de l’énergie, notamment du pétrole, des alliages spécifiques sont élaborés dans la construction des infrastructures, des équipements et des réseaux de fluides. En effet, l’environnement y est très dur, à cause du milieu très corrosif, des hautes températures, et des contraintes mécaniques élevées.

velo en acier

Du côté du loisir et du sport, l’acier est un élément très apprécié, notamment dans le cyclisme. Effectivement, les vélos en tube acier sont de retour avec le modèle « Victoire Véloce Inox ». Depuis une vingtaine d’années, les vélos en acier ont laissé la place à l’alu et au carbone. Actuellement, ce nouveau modèle de vélo en acier est en cours de production.

La firme Victoire Cycles veut remettre l’acier au goût du jour avec ce nouveau modèle. Ce vélo dispose de tubes en inox, issus de l’industrie aéronautique et dotés des caractéristiques mécaniques les plus élevées de toute l’industrie du vélo. On penserait qu’un vélo en acier serait très lourd. Loin de là, le Véloce Inox ne pèse que 6,7 kg sans les pédales. Il dispose d’une grande rigidité afin d’absorber les vibrations et résister aux chocs. Son comportement routier est également digne des modèles de sport les plus réputés. Bref, les performances de ce vélo n’a rien à envier aux autres modèles en carbone.

Cours de l’acier à la tonne et prix au kilo

Prix de l'acier (par l'INSEE)

L’acier fait partie des métaux côtés à la Bourse des Métaux de Londres. Le prix de l’acier peut être très variable d’une semaine à l’autre. La loi de l’offre et de la demande et la spéculation sur les métaux qui conditionnent bien sûr le prix du marché de l’acier. Le prix moyen de l’acier se situe aux alentours de 25 centimes d’euros le kilo.

Comme tous les métaux industriels, l’acier subit souvent des changements de prix sur le marché. Entre les fortes hausses et les subites baisses du cours, les investisseurs trouveront toujours un moyen pour faire valoir leur argent dans ce domaine.

Le cours de l’acier a néanmoins subi une baisse de quelques centaines de dollars au début de cette année 2016 pour ensuite atteindre un niveau historique de 570 dollars ce mois d’Avril 2016. En effet, il était de 521 dollars à la Bourse de Londres le 1er janvier 2012 et s’était établi à 385 dollars la tonne en janvier 2016 avant d’entamer une hausse constante le ramenant au pic au dessus des 500 dollars.

cours de l'acier

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