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21 août 2015 5 21 /08 /août /2015 09:35
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The reduction of Mn (2) : concerning the mixed carbide (Fe,Mn)3.C

*According to Ellingham, the reduction of MnO to Mn metal by C is effective from a temperature of 1400°C. This theoretical reaction is not confirmed in the blast furnace because it takes place in contact with an excess of solid C as metallugical coke. In a bloomery furnace, blown with a cold and often damp air, this temperature is not reached except in the combustion zone. *In fact, in the bloomery furnace as in the blast furnace, the reduction of MnO in Iron-Manganese mixed carbide takes place at lower temperature *In a blast furnace producing standard Ferromanganese 78%Mn and 12%Iron the reduction of an ideal mixture MnO-FeO-C takes place around 1080°C *In a bloomery furnace, iron produced from an low manganiferous iron ore, can contain Mn as (Fe,Mn)3.C formed at a temperature lower 1100°C *In a bloomery furmace, according to the MnO content of the iron ore used, cast iron is formed if FeO and MnO are in a close contact in the ore (the normal case for a manganiferous iron ore). *The Fe-Mn-C ternary system was established by Isobe for a Mn content between 0 and 100% and a C content between 0 and 10% through thermal, dilatometric and magnetic analyses and examinations by x-ray and microscopy. « We present for our part, a section of the system Iron-Manganese -Carbon in 10% steps between 20 and 80 Mn%, indicating for each section the different forms affected by the iron-manganese carbide: : (Mn,Fe)3C, (Mn,Fe)23C6, (Mn,Fe)5C2, (Mn,Fe)7C3... » (Schürmann & al. 1977, 153-159)

The chapter 3 (in preparation) answer two questions :

*Why the bloomery furnace cast iron is free from manganese ?

*Why in a few bloomery furnace operations, indirect reduction reactions are observed ?

La réduction du manganèse (2) :concernant le carbure mixte (Fe,Mn)3. C

*Suivant Ellingham , la réduction par le C de MnO en Mn métal serait effective à1400°C (ou à une température supérieure. Cette réaction théorique n’est pas vérifiée au haut fourneau parce qu’elle intervient en présence d’un excés de C solide sous forme de coke métallurgique. Au bas fourneau, soufflé en air froid et humide, cette température n’est pas atteinte sauf dans la zone de combustion.

*On constate en fait au bas fourneau comme au haut fourneau que la réduction de MnO en carbure mixte de Fer-Manganèse (Fe,Mn)3. C intervient à des températures bien inférieures

*Au haut fourneau produisant du ferromanganèse standard à 78% Mn et 12% de Fer, on calcule ainsi que la réduction d’un mélange idéal MnO-FeO intervient dès 1080°

* Au bas fourneau , le fer produit à partir d’un minerai de fer contenant MnO en faible quantité, peut contenir du manganèse sous forme de carbure (Fe,Mn)3.C formé à une température comprise entre 800 et 1100°C

* Au bas fourneau, suivant la teneur en MnO du minerai de fer, on constate la formation de fonte si MnO est en contact étroit avec FeO dans le minerai (cas des minerais de fer manganèsifères). *Le systéme ternaire Fe-Mn-C a été établi par Isobe pour une teneur en Mn comprise entre 0 et 100% et une teneur en C comprise entre 0 et 10% grâce à des analyses thermiques, dilatométriques et magnétique,et des examens au rayons X et au microscope . « Nous présentons quant à nous, des coupes du système Fer-Manganèse -Carbone pour des teneurs en manganèse de dix en dix % comprises entre 20 à 80% de manganèse et indiquant les différentes formes affectées par le carbure mixte de manganèse et de fer: (Mn,Fe)3C, (Mn,Fe)23C6, (Mn,Fe)5C2, (Mn,Fe)7C3....(Schürmann & al. 1977, 153-159)".

Le chapitre 3 (en préparation) répond à deux questions :

*Pourquoi la fonte produite au bas fourneau ne contient pas de manganèse ?

*Pourquoi dans certaines opérations au bas fourneau, des réactions de réduction indirecte peuvent-elles être observées ?

Références

(Plus rares après 1980 : le procédé de fabrication du ferromanganèse au haut fourneau disparait au profit du four électrique)

(More rarer after 1980 : then, the blast furnace ferromanganese process disappears in aid the electric furnace one’s)

°Hillert & al., A thermodynamic Analysis of the Fe-Mn-C System, Metallurgical Transactions A, volume 8A, january 1977-5

°Schürmann & al., Schmelz gleichgewichte des Dreistoffsystems Eisen-Mangan-Kohlenstoff, Giesserei Forschung , 1977-6, 153-159.

°Isobe, On the liquidus line of Fe-Mn alloys, Science Reports of the Research Institutes, Tohoku University. Ser. A, Physics, Chemistry and Metallurgy, 1951, 3, 2, 151~154

°Desforges & al., Manganese in ferrous metallurgy. Centre du Manganèse, Paris, 1976

°Irsid, Recueil de données thermiques et thermochimiques à l’usage des sidérurgistes, 1953

°Brandes & al., Manganese Phase Diagrams, Centre du manganèse, Paris, 1980

°Braga & al. Prereduction of self-reducing pellets of manganese ore: Ironmaking & Steelmaking, Volume 34, Number 4, July 2007 , 279-284

ET. 19/08/2015

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Published by Edmondtruffaut
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28 juin 2015 7 28 /06 /juin /2015 01:29

La Corse a servi de conservatoire à un procédé fossile désigné comme « alla Lucchese » parce qu’au XIXème il est mis en œuvre dans chaque forge corse par quatre ouvriers « qui chaque année viennent de Lucques ou de Toscane… » ( Sagey 1828, 137). Comme le note le grand métallurgiste anglais Percy à la suite d’un entretien avec Sagey, ce procédé est complètement empirique. « It is curious to note how in the course of experience efficient processes are gradually developed, in entire ignorance of the principles upon which they are founded (Percy, volume II-part 1-p.319 ). Cet article vise à expliquer comment ce procédé « alla Lucchese » a pu prendre naissance et perdurer jusqu’à devenir le procédé corse au début du XIXéme.

1 Lucques (Lucca) et la « fabrica di spathae » (fin IIIéme-476)

Des recherches archéologiques dans les vestiges de la Lucca Augustéenne et ses environs, y ont révélés une activité métallurgique. La fabrication du bronze est attestée par la découverte des restes d’un creuset de fusion contenant des débris métalliques ; celle du fer par celles de scories riches en fer et des fragments de tuyère en argile formées à la main qui ont pu également servir à la fabrication du bronze (92,93,120). Selon les archéologues, cette activité métallurgique pourrait expliquer le choix au bas empire de Luca comme siège d’une «fabrica di spathae» Le réseau des «fabricae», décrit dans la Notitia Dignitatum a été mis en place au cours du deuxième quart du IIIème siècle à l’èpoque de Dioclétien Il comptait deux fabriques de spathae l’une à Lucca, l’autre à Reims, implantées selon la règle près d’une source de matière première : pour Luca, le minerai de fer de l’Île d’Elbe) (Feugère 2002). Les fabricae ont rapidement échappé au contrôle des légions et au IVème relevaient du pou-voir civil. Les ouvriers y étaient considérés à la fois comme des civils et des militaires. Il leur était interdit de quitter la fabrique, de travailler pour les particuliers, ni comme ouvriers, ni comme cultivateurs ni autrement. Hériditairement ouvriers de l’Etat, leurs fils devaient suivre leur condition …Malgré un statut contraignant, jouissant de certains privilèges, ils sont devenus très nombreux. (Daremberg et Saglio 1896, II-959) Quand l’empereur Justinien défend aux particuliers de fabriquer des armes de guerre, les ou-vriers des fabricae constituent alors, avant la lettre, des « corporations fermées », héréditaires et dotées d’un monopole qu’elles ne peuvent exercer qu’au profit de l’Etat. L’éclatement de ce système corporatif à la fin de l’Empire en 476 (démission de Romulus Augustule) explique au cours des siècles suivants, le comportement d’ouvriers Lucquois désormais désoeuvrés louant en Toscane et jusqu’en Corse leur main d’œuvre et surtout leur compétence. Dans le domaine de la fabrication du fer, ils ont pu ainsi assuré pendant des siècles la transmission du procédé « alla Lucchese », notamment lors de la création de l’Etat lombard.

2. Lucques, duché lombard (570-774).

Lors de l’invasion de l’Italie par les Goths, Lucca abrite une garnison en tant que chef-lieu du comté. Reconquise briévement par les bizantins en 553, elle devient Lombarde en cinq ans plus tard. La conquête lombarde est très brutale surtout au départ et pour le nord de l’Italie : villes rasées, populations dispersées ou massacrées ou dispersées. Les établissements reli-gieux sont dévastés sans qu’il s’agisse pour autant de persécution religieuse (les Lombards sont ariens). L’histoire des évêchés des grandes cités toscanes est mal renseignée : sur dix existants dont celui de Lucca, quatre sont détruits à Pistoie, Fiesole, Sienne et Populonia ; l’évêque du dernier s’est d’ailleurs réfugie sur l’Île d’Elbe qui est restée libre. Après la mort du roi lombard Alboin en 572 lors de l’interrègne des ducs, Lucques et Pise sont les premières cités toscanes à devenir lombardes L’expansion lombarde s’arrête au sud, en limite du Latium à Sutri que le roi Lombard Liutprand cède au Pape Grégoire II (Paul Diacre, 1994, Histoire des Lombards,). Lucques passe sous la domination des Lombards entre 568 et 572 et devient capitale du Duché « Longobarde di Tuscia » et l’une des plus importants capitales du royaume lombard. Le troisième comte di Lucca est élu “Rex Langobardorum” en 756, le quatrième comte, duc de Pisa, et le cinquième devient vassal de Charlemagne qui l’a battu. Sous le régime lombard, Lucca développe ses activités commerciales et la production de la soie qui la rend célèbre dans toute l’Europe Pise est le seul centre byzantin à devenir lombard sans combats : à l’écart de ceux-ci, les pisans, poussés par leur intérêts commerciaux s’intègrent rapidement à la région environnante devenue lombarde. La ville amorce alors son ascension vers la place de premier port du nord de la mer Tyrrhénienne. en concentrant les flux commerciaux entre la Toscane, et la Corse, l’île d’Elbe, la Sardaigne, les côtes de l'Espagne et du sud de la France. A l’écart des grandes voies de communication, Florence entame une période de déclin.

3. VI-VIIIème siècle. Les métallurgistes lombards des alpes italiennes

La conquête lombarde de Lucques et la retraite de Byzance marquent la fin d’un système de production du fer qu’avait structuré l’Empire Romain à partir des ressources en minerai de l’île d’Elbe et de ses approvisionnements extérieurs : ferrum noricum, ferrum indicum, fer des Bituriges (Namatiamus Vème siècle, de reditu suo)… Pour autant, il n’est pas possible que le nouvel état lombard ait pu se maintenir et se dévelop-per sans le fer nécessaire à la production et au renouvellement des armes et des outils . Sur le sujet, certains historiens ont d’abord évoqué un « argumentum a silentio » (Citter 1998,181). En fait, des recherches archéologiques récentes montrent que les lombards eux même ont pu effectivement produire une partie de ce fer. Avant d’envahir l’Italie du nord, les lombards avaient occupés le Norique et la Panonnie qui leur avait été concédé en 526 par l’empereur de Byzance et dès leur entrée dans les Alpes italiennes au siècle suivant, comme au Norique, ils ont recherché et transformé le minerai de fer spathique manganèsifère. A Ponte di Val Gabbia deux sites archéologiques fouillés au cours de dix années de recherche sur la sidérurgie lombarde datés 590-680 et 560-780 AD ont livré des morceaux de fonte produite au bas fourneau et d’acier (CuciniTizzoni 2001, 31-48)… Cinq siècles plus tard Biringuccio décrira le chemin parcouru par ces métallurgistes qui seront devenus les maîtres bresciani. Avec les métallurgistes lombards implantés dans les Alpes italiennes, Lucques et sa région était une autre source d’approvisionnement en fer du royaume lombard . Le minerai de fer de l’île d’Elbe pouvait être approvisionné par Pise et travaillé dans la région selon le procédé an-cestral par les métallurgistes lucquois.

4. XIéme-XIIIème siècle Suprématie de Pise en méditerranée occidentale.

Au XIème Pise est à l’apogée de sa puissance maritime en méditerranée. L’Ile d’Elbe et la Corse sous domination Pisane. Cette suprématie est confirmée en 1060 après une victoire sur Gènes sa grande rivale. Un siècle plus tard le grand commerce maritime ravive les tensions entre les deux cités que deux guerres navales opposent plusieurs années en 1119 et 1165. A la fin du siècle Pise fait alliance avec Venise pour contrer l’expansion de sa rivale. Le XIIIéme siécle commence sur une alliance entre le Pape et Gènes. Pise signe un traité avec Gènes en 1209 mais les hostilités reprennent onze ans plus tard et la bataille navale du Giglio en 1241voit la victoire de Pise sur l’alliance. Mais finalement en 1284, la victoire écrasante de Gènes à Meloria marque le déclin définitif de la puissance pisane. De la domination de Pise, la Corse passe sous celle de Gènes et Pise perd le contrôle du commerce du minerai de fer de l’île d’Elbe : en 1332, elle en cède à Gènes pour dix ans le monopole de livraison. Au début du Moyen Age , la métallurgie du fer était pratiquée à Pise et en Toscane . Le minerai hématite de l’Île d’Elbe était transformé dans la région de Maremme où on a trouvé les restes de fours réduits à une simple cavité et des scories. Dans la région de Sienne les limonites locales ont été exploitées, peut-être mélangées à du minerai de l’Île d’Elbe Sur le site de Montarrenti on a trouvé les restes d’une petite forge, des scories et du fer destiné à la consommation locale. Plusieurs châteaux de la Maremme ont révélé des traces de fabrication du fer, des fours à foyer ouvert et ventilation manuelle installés près du château pour fournir les besoins des paysans locaux. Sur initiative seigneuriale, le développement d’une production de fer à destination commer-ciale à partir du minerai de l’île d’Elbe, nait à cette époque, ainsi à Rocca San Silvestro. Dès le début du XIIème siècle se développe sur l’Île d’Elbe, le promontoire de Piombino et la côte de la Maremme: la « Pisani Fabbri ». Des citoyens de Pise organisent à grande échelle l’extraction du minerai et la métallurgie, du fer. Pise contrôle alors l’extraction du minerai et le commerce de l’Île d’Elbe. La « Pisan Fabbri » issue d initiatives individuelles ou collec-tives emploie la main d’œuvre spécialisée disponible à Pise et à Lucques, et organise sa mi-gration saisonnière vers l’île d’Elbe. Pise crée un système intégré de production du fer, de l’extraction du minerai à la production de fer brut et sa transformation locale en fer ouvré. Les ateliers de la Fabbri s’installent, d’abord sur les lieux d’extraction du minerai, puis dans des secteurs dotés de ressources forestières suffisantes. Mais avec l’augmentation de la pro-duction, l’approvisionnement en charbon de bois devient un problème crucial par exemple dans la région de Mount Amiata, à une vingtaine de kilomètres de Sienne. Les recherches archéologiques ont permis une ébaucher de reconstitution des installations techniques de la Fabbri. Les fours identifiés sur l’île d’Elbe datés du XII au XIVème siècle, sont très rustiques et laissent peu de traces sur le terrain. Creusés dans un sol argileux , une superstructure sommaire de pierre et d’argile protège le soufflet ; le fond du four est concave plus ou moins ovale, d’un diamètre de 40-60cm ; une ouverture frontale permet la coulée du laitier : une description qui rappelle celle du procédé ancestral « alla Lucchese ». Les fours retrouvés sur le continent à Piombino datés fin XIII-XIVème siècle ont des carac-téristiques similaires. Régulièrement détruits après chaque opération, ils étaient reconstruits sur place l’un sur l’autre . Les fours observés dans le golfe de Follonica et la vallée de l’Alma semblent du même type mais sont restent difficiles à identifier (Cortese 1995-1997). L’utilisation de l’énergie hydraulique se développe à partir du XIIIème siècle notamment autour de Sienne dans la zone du Mount Amiata riche en ressources naturelles : eau vive, bois, et minerais de fer variés: sidérite manganèsifère, oxydes ferreux, limonite … (Cortese 2003). Les archives locales renseignent sur la fabrication du fer par différents entrepreneurs : établissement religieux, châtelains et dans une seconde phase communautés locales , entrepre-neurs privés et finalement la ville de Sienne elle-même. Au cours de cette seconde phase, le développement est contrarié par l’insuffisance de la res-source en bois, au point de mettre en cause l’agriculture vivrière . Par contre, il est probable que les minerais de fer locaux riches en manganèse utilisés depuis longtemps ont continué à l’être sans doute mélangés à du minerai hématite de l’Île d’Elbe (moins adapté à la production d’acier). Le minerai était importé importé par le port de Talamone situé sur le continent en face de l’île , au moins jusqu’en 1342, date à laquelle Pise perd au profit de Gènes le contrôle du minerai de l’Île d’Elbe (Calegari 1977) Les métallurgies du fer pisane et siennoise ont donc exploité en même temps les minerais locaux (manganèsifères pour quelques-uns) et le minerai de l’Île d’Elbe. Il est peu probable que dans ces conditions ; elles aient pu assurer la pérennité du procédé « Alle Lucchese »?

5 Développement de la métallurgie du fer dans le Versilia au XIIIème siècle.

A l’époque romaine, le Versilia désignait la partie du littoral de la mer Thyrénienne où débou-che le Serchio un fleuve descendant des Alpes Apuanes. Au cours du premier millénaire un mouvement tectonique a provoqué un soulèvement de la région. Le trait de côte s’est déplacé de plusieurs kilomètres asséchant le littoral qui devient le Versilia touristique d’ aujourd’hui. Partout en Europe au cours des XII et XIIIème siècles, on constate une recherché inten-sive du fer rattachée de plus en plus à l'économie monétaire et au commerce international (Sprandel 1969, 309). Le « Versilia historique » situé à une trentaine de kilomètres au NO de Lucques, accompagne ce mouvement ; les ressources naturelles, minerais de fer, bois des forêts, eau vive, y sont abondantes et permettent l’implantation de nombreuses petites installations (Azzari 1990, 1). En 1258 sous l’impulsion d’artisans lombards venus du nord de l’Italie, et de commerçants lucquois , la production du fer se développe. En 1279 au nord de Lucques dans la vallée du Serchio, est installée la fabricche di Vallico par « Pacetto Lombardo et Puccio filio suo ». Au milieu du XIIIème siècle , les maîtres lombards développent en Versilia les techniques hydrauliques ; un centre métallurgique d’importance est créé à Pietrasanta. En 1284, la pre-mière mouline à fer à soufflet hydraulique est installée dans la région de Lucques (Quiros castillo 1998) . Commence alors un développement important de la métallurgie du fer en Versilia qui trans-forme les minerais de fer locaux et le minerai de l’île d’Elbe importé par le port de Motrone créé à la demande de commerçants Lucquois en 1084 sous Henri IV de Lucca (Motrone est situé dans la haute vallée du Serchio, à 10 klm à l’ouest du Versilia historique). Au début du XIVème, à l’initiative de marchands Génois, Lucquois puis Florentins, le trafic commercial du port de Motrone augmente sensiblement. Motrone et les entrepôts de Pietra-santa voient passer toutes sortes de produits On y débarque et stocke des produits agricoles et alimentaires, des cuirs, des textiles, du sel, des marbres ... En 1414, des marchands Luc-quois et Génois achètent pour le compte du seigneur de Lucques, une « énorme » quantité de minerai de fer qui’on décharge sur la plage de Motrone . Les navires qui transitent à Motrone viennent de tous les ports de Méditerannée occidentale (dont l’île d’Elbe), et même de Grèce et de Flandre. Ce développement est dû aux marchands florentins, qui, après la conquête de Pise par Florence prèfèrent développer le port de Pise plutôt que le petits ports secondaires comme Motrone ou Piombino. Pendant les premières années du XVème siècle, Motrone demeure pourtant utile pour l’importation du minerai de fer de l’Île d’Elbe (Del Punta 2014, 147-160) Avec la création du port de Motrone le trafic du minerai de l’île d’Elbe à destination du Versilia devient donc possible . Grâce aux documents entrées-sorties du port, on sait que la métallurgie du fer était active en Versilia durant les XIV-XVème siècles. Un document de 1385 décrit des fours à Pietrasanta et dans les vallées de Vezza, et de Valdicastello, d’usines et de mines de fer à Stazzema, Valventosa, Ruosina, Calcaferro, Retignano et Seravezza (Quiros Castillo 1998, 185). C’est au cours des recherches minières menées alors dans le Versilia historique que sont découverts les gisements de Piémontite de Monte Corchia-Stazzema, à mi-route entre Pietrasanta et Garfagnana. Dès le Moyen age et sans doute bien avant, on y a recherché et extrait des marbres et des brèches (Medicee, di misti, fior di pesco, arlecchina…), parmi lesquelles on trouve un minéral rouge la Piémontite, de densité 3.5. La Piémontite (Cordier 1833, 135) est un minéral riche en silice (30%) et en oxydes de manganèse (12%) et de fer (19.5%) qui a peut être été utilisé comme fondant par les artisans lombards habitués au traitement du minerai de fer spathique manganèsifère des Alpes Lombardes, la piémontite apportant silice et manganèse. Le Versila historique est ainsi au Moyen Age le point de rencontre de deux procédés de fabrication du fer liès à la nature des minerai traités : - le minerai de fer spathique manganèsifère du Norique, des Alpes Lombardes, et de quelques sites de Toscane méridionale. Le procédé a été mis en oeuvre par les métallurgistes lombards dans le nord de l’Italie à partir du VIIème siècle -le minerai de fer hématite à gangue quartzitique (spécularite) de l’île d’Elbe, le procédé ancestral étant mis en oeuvre par les ouvriers Lucchois dès la Rome antique. Les métallurgistes lombards du Versilia ont-ils cherchè à adapter le minerai de l’île d’Elbe à leur technique du Cannechio en y ajoutant de la piémontite ? La composition du minerai de l’Ile d’Elbe rend en effet celui-ci très mal mal adapté à la réduction indirecte; l’addition d’une petite quantité de piémontite augmente les teneurs en silice et en manganèse du mélange de minerai et de fondant. Dès le Moyen Age les métallurgistes de Stazzema disposaient donc de trois fondants: la piémontite du Monte Corchia , la sidérite manganèsifère locale (Pizziolo dir. 2001) et, tiré des carrières voisines le marbre blanc souvent cité par Biringuccio. Au XIXème (Garella 1839), les métallurgistes toscans pour traiter le minerai de l’Île d’Elbe utiliseront comme fondant un tuf calcaire ou même la chaux vive!. La disponibilité de l’un ou l’autre de ces fondants explique qu’on ait pu utiliser le Cannecchio pour traiter le minerai de l’Île d’Elbe au Versilia historique et dans les régions voisines. Les Maîtres Lombards avaient dès lors leur secret. En 1497, un « Cannechio » de 5 mètres de hauteur construit sur ordre d’Ercole 1 duc de Ferrare fonctionne à Fornovolasco en Versilia historique (Baraldi 2001,144), également désigné comme « forno di Valestro di Garfignana » (Corographia dell’ Italia 3, Rampoldi, 1832). Le fer brut obtenu du minerai local est coulé en moule pour fabriquer des boulets de canon. Les étapes de sa mise en route ont été étudiées en détail par Baraldi et Calegari dans « Pratica e diffusione delle siderurgia indiretta in area italiana » (Braunstein 2001, 93-162). Ces auteurs décrivent notamment une campagne du canecchio de Volastro durant l’été 1500. Pendant deux jours, au lieu de la mine locale, le canecchio consomme du minerai de l’Île d’Elbe (vena elbana). La production journalière triple de 1000 à 3000 libbre par jour (330 à 1000 kilogs par jour) ; le rendement en fer (ferro crudo) du minerai passe de 25-30 à 57.5% ! Mais si le Canecchio permet d’atteindre une température suffisante à la fusion du produit et donc d’accéder à la marche en continu caractéristique de la méthode indirecte, une fois solidifiée la fonte liquide est trop fragile pour être traitée au marteau. (Simoni 2011, 28), Il faut l’affiner pour en faire du fer doux. Selon Biringuccio, la fonte (miniere) produite à Brescia dans une grande fournaise contenant beaucoup de charbon devait être refondue autant de fois qu’il était nécessaire pour obtenir un fer suffisamment doux pour soutenir le traitement au marteau ; « Mais si par aventure advient que la mine ayant usé toute diligence, ne rend le fer doux, ainsi toujours demeure dur, alors il est bon pour en faire acier, & et meilleur que l’autre. Et pourtant y en a quelques uns qui nomment telle minière, minière d’acier & non de fer ». Birringuccio termine cette explication ambigüe sans décrire le four d’affinage de la fonte… Assez curieusement d’ailleurs puisqu’il décrit un four à réverbère dans son chapitre XIVéme sur la façon de fondre le verre,. Si Birringuccio ne semble pas avoir connu le procédé d’affinage de la fonte de « grande fournaise », les historiens modernes se limitent à dire que les maîtres bressans maîtrisaient l’affinage en fer malléable de la fonte produite au Canecchio (Simoni 2009, 3) ou ébauchent une réponse à partir de l’affinage de la fonte en acier. Mais, sans que soit possible à la fin du XIIIème siècle de décrire le procédé d’affinage, on sait qu’à l’époque la fusina permettait de fabriquer à partir de la fonte du furnus « toutes sortes de produits variés dont l’acier, mais aussi des fers forgés plus ou moins durs » (Belhoste 2001, 536-538). Cette technique faisait la réputation des maîtres bressans et fût exportée à Gènes et Florence, puis remplacée par un procédé plus simple (Belhoste 1999-2000, not published)… Deux siècles plus tard, l’affinage de la fonte toscane fabriqué au charbon de bois à partir du seul minerai de l’ïle d’Elbe avec ajout d’une faible quantité de fondant calcaire posait toujours problème ! (Garella 1839, 68-73). Dès 1414 le Versilia est donc approvisionné en minerai de l’Île d’Elbe. A la fin du XVème siècle, les premiers essais de traitement au Canecchio par réduction indirecte du minerai de l’Île d’Elbe ont lieu à l’initiative du duc de Ferrare dans les montagnes de Pistoïa. Après 1543, le grand duc de Toscane développe son traitement au Canecchio dans le Pistoiese et au Versilia.

La région est dès lors abondamment approvisionnée en minerai de l’Île d’Elbe. A côté de la production "officielle" au canecchio, la fabrication du fer "alla Lucchese" par les ouvriers Lucquois continue discrètement pour assurer le marché local

2 L’Île d’Elbe sous contrôle gènois (1342-1545)

La suprématie Pisane sur la méditerranée occidentale prend fin en 1284 à la bataille de la Meloria et la victoire de Gènes. Pise perd le contrôle de l’Île d’Elbe dont quarante ans plus tard, elle doit céder les droits d’exportation du minerai. En 1445, Marchands et financiers génois traitent avec le duc de Piombino l’approvisionnement de Gênes en minerai de l’Ile d’Elbe , et dans la deuxième moitié du siècle, les métallurgistes génois qui avaient pratiqué jusqu’alors un procédé voisin du procédé corse, mettent au point une nouvelle technique. Le bassa fuoco « alla genovese » les fondeurs génois réussissent à réduire les deux grillages successifs du procédé corse (cuisson du minerai puis affinage du minerai cuit), à une seule opération . A production journalière égale, le nouveau « basso fuoco alla genovese » permet une réduction de 90% de la consommation spécifique de charbon de bois : il faut 28 kg de charbon de bois pour produire 48 kg de fer (Picardo). En même temps le poids du masello est multiplié par dix. Auparavant, les fondeurs liguriens utilisaient le bassa fuoco « alla Lucchese » ; la demande en fer du commerce international augmentant, pressés par les financiers et marchands génois, ils ont recherché une technique plus productive et moins gourmande en charbon de bois, assez rare dans l’arrière pays génois. Le bassa fuoco « alla Genovese » résulte d’une adaptation du bassa fuoco « alla Lucchese » tel qu’il a été pratiqué en Corse jusqu’au XIXème. C’est donc à partir du dernier décrit par Sagey en 1828 que nous tenterons de le reconstituer. Pour un fondeur averti, la complexité du procédé corse découlait de son traitement en deux phases discontinues dans le temps comme dans l’espace : cuisson puis affinage. La destruction complète du dispositif nécessaire pour la réduction du minerai et, après arrosage abondant, son remplacement par un second dispositif très sommaire pour l’affinage du minerai réduit, étaient responsables de la très forte consommation de charbon de bois. Simplifier le procédé consistait d’abord à éviter cette rupture. La simplification a été obtenue au départ par une ouverture de la base du puits de combustion du charbon de bois toujours chargé par le haut, qui permettait le passage des gaz de combustion vers un puits de réduction du minerai lui-même chargé par le haut et accolé au précédent.. La séparation des deux puits charbon et minerai a probablement été réalisée au départ par construction d’un mur de morceaux de charbon de bois au modèle du puits elliptique de la forge « alla lucchese ». Pour conforter l’équilibre de l’ensemble, la nécessité d’une base carrée maçonnée s’est rapidement imposée préfigurant le foyer catalan . Les spécialistes évoquent d’ailleurs à propos du « basso fuoco alla genovese » de méthode catalano-ligure (Baraldi 1979, Lessico delle ferriere catalano-liguri). Pour permettre la fabrication d’un masello de 2 cantaris soit environ 100 kg, le volume à réserver pour le puits de minerai est de 40x45cm (environ 70l.) pour 56kg de charbon. On peut imaginer un fonctionnement en deux phases : -une première phase de réduction au cours de laquelle la température des gaz est limitée à 1000°C environ par réglage du débit d’air soufflé pour éviter de fondre le minerai :il se forme un mélange solide de nodules de fer métallique et d’éléments scorifiables,. - Une seconde phase au cours de laquelle le mélange réduit est approché de la tuyère. Une partie du fer métallique réduit au cours de la première phase est réoxydé en FeO qui se combine aux éléments scorifiables pour donner un laitier fondant facilement à 1200-1220°C : une pratique décrite trois siècles plus tard le procédé corse (Sagey 1828, 134). Dans ces conditions, le bassa fuoco alla genovese donnait alors un masello de fer à l’état pâteux qui pouvait supporter le maillet et un laitier bien fluide coulé par le chio contenant de la silice (~29%), de l ’oxyde de fer FeO (~67%) et ~4% d’Al2O3. Les forgerons liguriens ont ensuite réglé le forgeage après découpage du masello comme trois siècles plus tard les forgerons ariègeois réglèrent celui du masset (Richard 1838, atlas fig 2). La nouvelle technique du « basso fuoco all genovese » rencontra vite le succès en Espagne ou elle fut introduite dès 1527 (Cantelaube et Verna 2000, 152-163) faisant du même coup les fondeurs génois les inventeurs de la méthode catalane qui ne sera connue sous ce nom que vers 1775 (Cantelaube 2005, 43). Mais ce n’est qu’à la fin du XVIIème que l’on pourra vraiment parler de procédé « catalano-ligurien ». La République de Gènes contrôlera en effet au départ très strictement la diffusion de «son» procédé : en 1620, la première forge « alla genovese » implantée en Corse sur privilège du Doge le sera sur un site considéré dès lors comme territoire génois !

Tant que Gènes contrôle le minerai de l’Île d’Elbe, le fer génois produit "alla genovese" à l’initiative de marchands et des financiers, est destiné au marché international . Dans les campagnes lucquoises et toscanes les ouvriers lucquois fabriquent toujours du fer "alla lucchese".

3 Biringuccio publie « De La Pirotechnia » en 1540

" Et estant ieune ie vey en nos lieux de Sienne en la vallée de Bocchegian, là où du seigneur Pandolfe P . estoient beaucoup d’écoliers à forger ordonnez : lesquels mettre en œuvre ayant la cure, ie prins des dittes minieres outre à celle de l’Elba, lesquelles voisines d’icelle se trouuoient , & des vnes & des autres ie vins à faire une bonne pratique …" En 1540, Biriguccio est un témistorique du procédé "alla lucchese" en Toscane

La traduction par Maître Jacques Vincent (La Pyrotechnie, ou L'Art du feu, 1572), de La Pirotechnia de Birringuccio, proche du texte rédigé très librement en italien populaire et retranscrite en français moderne, décrit le procédé "alla Lucchese", mis en œuvre à l’époque sur l’île d’Elbe et repris après 1775 par Tronson du Coudray et Sagey comme le procédé corse.

"Et en nos pays ici de Toscane, cette chose fort connue parce ils sont situés auprès de l’Elba laquelle en est tant copieuse et riche, qu’elle surmonte tout autre lieu en qui telle minière se trouve … Cette minière est de telle nature que pour en tirer le fer et le réduire à pureté, elle n’est point sujette à la violence des grands feux , ou de beaucoup de labeurs et de subtilités extraordinaires, comme les autres, , mais seulement la mettant à la fonte devant la bouche des soufflets avec feu de fusion ordinaire on en tire le fer très doux et traitable … Mais seulement lui est de besoin d’une simple fonte & une paire de soufflets , pas beaucoup plus grands que les communs accoutrés au lieu opportun près d’une petite butte comme une montagnette, l’ayant rompue d’abord comme noisettes et lui ayant fait comme un clôture tout à l’entour des plus grosses pièces de minière à forme ronde ou d’autres pierres mortes & non sujettes à se briser pour retenir le charbon estraint & contraint ».

4 Cosme Ier de Toscane renégocie les contrats de l’Île d’Elbe en 1543

Cosme Ier de Toscane (1519-1574) est à la fin de la Renaissance duc de Florence puis premier Grand-Duc de Toscane. Elu par la république florentine en 1537, il met en place des structures gouvernementales efficaces qui perdurent après lui. Il est à l’origine de très nombreuses réalisations parmi lesquelles la création de la ville de Portoferraio sur l’île d’Elbe et de nombreuses réussites dans le domaine économique. Parmi celles-ci, le contrôle par Florence de l’exploitation des minerais de l’Île d’Elbe : Le Grand-Duc concentre entre ses mains toutes les « maone » du fer de l’île d’Elbe et orga nise à son profit la production du fer en Toscane, en monopolisant la distribution des matières premières insulaires…Il crée une entreprise la « Magona del ferro », véritable société d’État qui regroupe les maona de Lucques, Pietrasanta, Barga, Fivizzano, Massa di Carrara et Ferrare, celles de Rome, Patrimonio, Vicarcarello, Naples, celles de Sienne, Gênes, Savone, Finale, Noli, celles de Pistoia, du Casentino, de Massa Marittima, et enfin la « maona et ferriera » de Bologne. Ce système monopolistique jouit d’un privilège exclusif et durable, garanti par l’État, qui permet au Grand Duc de Toscane de contrôler l’ensemble du secteur de production du fer (Boisseuil 2014, 10) Dès 1543, un Maître de Gardone en Val Trompia, Zambordini, affirme à Cosimo de Medici, qu’il a le monopole d’une nouvelle méthode permettant de traiter le minerai de l'île d'Elbe (Simoni 2009, 282-285). Il est alors invité à construire et exploiter à Pracchia, dans les montagnes du Pistoiese « un four à la Bressana capable de transformer le minerai en fer liquide », comme celui construit en Garfagnana à Fornovolasco pour le Duc de Ferrare. Pour contrôler toute la chaîne sidérurgique, de l’extraction du minerai de l’ïle d’Elbe à sa transformation en fer commercial, le Grand Duc de Toscane rachète alors et fait reconstruire par Zambordini d’anciennes forges dans le Versilia (Ruosina) et dans la montagne de Pistoïa (Pracchia, Maresca, Orsigna).

Après l’irruption sur le marché du grand duc de Toscane, le fer "alla genovese" des marchands et financiers génois est remplacé par une fonte produite au Canecchio par réduction indirecte. De leur côté, les ouvriers lucquois continuent à produire le fer "Alla Lucchese" pour le marché local dans les campagnes lucquoises et toscane.

5 Après 1543, Gènes cherche à utiliser le minerai Corse.

La métallurgie du fer en Corse orientale avant 1543.

- L’ouvrage de Pierre Comiti "Mines et métallurgie du fer en Corse du XVe au XVIIIe siécle" publié en 2011 fournit la plupart des références qui suivent.

Dès 1454, la banque génoise San Giorgio alors « protectrice de la Corse » cherchait à valoriser les minerais corses. En 1508 elle afferme les mines corses au plus offrant. Ces mines semblent avoir été exploitées épisodiquement dans les premières décennies du XVIème. Le minerai de Farinole est réduit à la forge de Negro. Une autre mine à Oletta est également exploitée mais son minerai (une hématite manganèsifére) est réputé plus difficile à travailler : on n’avait pu en tirer que des boulets de canon. Puis toute entreprise minière semble avoir cessé en Corse. Il n’est pas possible d’évaluer le nombre de forges alors en activité sur les 18 sites reconnus par les historiens. Toutes ces forges devait battre le fer « alla Lucchese » : en 1518, lorsque le Gènois Sauli remet en état la forge en ruines de Fiumalto, il la reconstruit « alla Lucchese ».

La métallurgie du fer en Corse orientale après 1543,

Après 1543, les conséquences de la prise de contrôle des minerais de l’Ile d’Elbe par le Grand Duc de Toscane, sont très lourdes pour le système génois de production et commerce international du fer qui se trouve complètement désorganisé. Ce système supposait un contrôle rigoureux de toute la chaîne de production du fer, notamment au départ de la qualité et de la régularité des achats de minerai de l’Île d’Elbe. Gènes réagit immédiatement en cherchant un minerai de remplacement et s’intéresse aux minerais corses. Dès 1550, elle remet en activité la mine d’hématite de Farinole. Le grand duc de Toscane ne s’oppose pas après 1543 à la vente et l’exportation du minerai de l’Île d’Elbe ; un trafic du minerai « très fructueux » continue vers la Corse où la gabelle gènoise le taxe à 30% de son prix de vente au départ. Ce n’est qu’en 1620, sans doute après avoir attendu les résultats de production des hauts fourneaux brescians construits par le Grand Duc, et vérifié que les nouvelles pratiques de vente du minerai de l’île d’Elbe empêchaient le retour à la situation précédente, que Gènes engage des essais de traitement des minerais corses au basso fuoco « alla genovese ». Développement en Corse du procédé « alla genovese » Le premier projet de construction d’une forge «alla genovese » en Corse date de 1620 année à laquelle le Corse Franceschi obtient par privilège du Doge de Gènes le droit d’en construire une à Fiumalto. Mais le statut d’une forge « alla Genovese » installée en Corse est très particulier : le Doge assortit son privilège d’un droit sur la vente en Corse du fer produit par la nouvelle forge obligeant ainsi Franceschi à vendre à bon compte à Gènes les trois quart de sa production. (Comiti2011 ,141) Une forge à la génoise installée en Corse peut donc être alimentée en minerai de l’Ile d’Elbe. Installée par privilège, elle est considérée comme une enclave génoise en territoire corse. Un autre obstacle au développement en Corse du procédé génois et sa forte consommation de bois à charbonner. Les forêts corses étaient traditionnellement régies par les communautés locales qui livraient aux forges le bois nécessaire moyennant une certaine quantité de fer à prix fixé. Ce bois était ensuite charbonné par la forge sous-traitant parfois le travail à des saisonniers Lucchois. Si la consommation spécifique de charbon de bois d’une forge « alla genovese » était très faible par rapport à celle d’une forge « alla Lucchese », sa consommation réelle était, compte tenu de sa productivité, beaucoup plus importante. L’implantation d’une forge « alla genovese » travaillant pour un marché génois insatiable était donc à l’origine de conflits permanents avec les forges voisines « alla Lucchese » qui approvisionnant un marché local limité se retrouvaient souvent au chômage. Les historiens discutent le nombre de forges à la génoise finalement construites en Corse : sept sur dix-huit selon Mattioli, une à peut être quatre selon Comiti. En fait le statut très contraignant pour l’exploitant décourage les prétendants et la forge de Fiumalto construite par Franceschi à partir de 1620 est probablement un exemple unique. Les forges corses restent jusqu’au XIXème des forges « alla Lucchese ». 1620-1626 Gènes essaye les minerais corses Quelques essais avaient été réalisés au milieu du XVème sous l’impulsion de la Banque Saint Georges. En 1620, Gènes avait commandé des essais au bas fourneau lors d’une tentative de remise en exploitation des mines de Farinole et Olmeta. Le gouverneur de la Corse faisait part au Doge de ses réserves sur la remise en service d’une mine mal connue dont la veine s’enfonçait dans la roche et demandait la réalisation d’essais. Le gouverneur de Corse autorise le bastiais Graziani à tester 490 livres de minerai d’Olmeta. Graziani obtient 190 livres de fer en douze heures, et tire la conclusion que le minerai est de très bonne qualité. Mais Gènes demande de nouvelles preuves. En 1622, 25 cantaris de minerai d’Olmeta et 30 de Farinole sont envoyés pour test en Ligurie aux ferriera de Orba et Rossiglione Les maîtres liguriens jugent bon le minerai d’Olmeta mais pas celui de Farinole qu’ils jugent trop pierreux. Gènes exploite alors elle-même les mines de Farinole et d’Olmeta et y envoie le maître Siri pour évaluer l’importance des filons. En 1624, le commissaire gènois Fieschi prélève des échantillons pour déterminer la rentabilité de l’opération et les fait traiter en sa présence. Ces essais de 1627 donnent l’occasion de comparer les procédés "alla genove" et"alla Lucchese" par le poids de la masse de fer produite par opération.

Comparaison de la productivité de forges "alla lucchese" et "alla genovese"

Forges "alla lucchese"

masellos de 12 kg :5 en 12 heures à Moriani en Corse masellos de 12,4 kg 10 par jour à Olmeta en Corse selon Franceschi masellos de 14 Kg,5 en 12 h à mi XVème siècle selon Biringuccio-Agricola masellos de 19.6 kg 5par jour à Moriani en Corse selon Franceschi masellos de 10 kg : essais de 1625 en Corse masellos de 30kg : 5 par jour

Forges "alla genovese"

masello de 57 kg :1 en 5h à Orba en Ligurie masello de 77 kg :1en 6 h à Rossiglione en Ligurie masello de 125 kg : essais de 1625 en Corse (Baraldi 1995)

De nouveaux essais sur le minerai de Farinole-Olmeta ont lieu en 1626 à Raminella (Ligurie) par des Brescianis. Les résultats sont mauvais: on n’obtient pas de fer. D’autres essais tentés à Voltri (Ligurie) par un maître de Rossiglione et le brescian Acquisiti, se révèlent négatifs. En 1627 Gènes abandonne les essais. Nicolo Doria tire la conclusion des nombreux tests effectués à Rossiglione : le minerai de fer de Farinole ne peut être transformé en fer et en acier par le procédé mis en œuvre pour le minerai de l’Ile d’Elbe.

La même année 112 tonnes de minerai de Farinole expédiées dans les Maremmes chez Sanguinetto donnent une excellente fonte dans un four à la Bresciana. En 1628 Rivarola de Parme déclare le minerai corse bon pour fabriquer toutes sortes d’armes et d’outils. Le gouverneur de Corse fait envoyer 45 tonnes de minerai de Farinole au duché de Parme pour y être traités. On en tire 28 tonnes d’excellente fonte qui affinée en fer permet la fabrication de toutes sortes d’armes et d’outils. Il en arrive à la conclusion que le minerai de Farinole ne peut servir qu’à la fabrication de la fonte dans un four à la Bresciana, une technique que n’a pas encore pratiquée la république de Gènes. Le minerai corse est mal connu des métallurgistes ligures et toscans habitués à travailler le minerai de l’île d’Elbe. Il ne peut pas être traité « alla genovese », une conclusion qui débouchera sur la construction en Corse du haut fourneau de Rutali (Campocasso).

Il faudra attendre 1830 et la première étude de la géologie de la Corse (Hollande 1830,117) pour apprendre que l’hématite corse est moins riche en fer et contient plus de silice que le minerai de l’Ile d’Elbe ; ceci la rend définitivement impropre au traitement "alla lucchese". En 1630, Gènes abandonne donc devant la concurrence des fers suédois et wallon produits au haut fourneau depuis le XIVéme. La république génoise se retrouve avec un stock de 375 tonnes de minerai corse qu’elle espère vendre au plus offrant…

L’implantation en Corse du procédé « alla genovese » est donc un échec. La marché corse du fer reste approvisionné par des forges « alla Lucchese » traitant du minerai de l’Île d’Elbe conduites par des ouvriers lucquois.

6 XIXème. Le procédé "alla Lucche" devient le procédé Corse.

Le titre que Tronson du Coudray donne à son mémoire de 1775 "Mémoire sur la manière dont on extrait en Corse le fer de la mine de l’ïle d’Elbe, d’où l’on déduit une comparaison de la méthode catalane en général avec celles qui se pratique dans nos forges " annonce déjà le passage à un procédé catalan moins gourmand en combustible.

Aussi quand l’ingénieur des Mines Gueymard fait en 1820-1821 son "Voyage géologique et minéralogique en Corse" ce passage est déjà fort avancé. Il signale neuf forges "alla Lucchese " en activité consommant un minerai de l’Île d’Elbe de qualité très irrégulière: " mélanges de fer oligiste et de fer oxydulé dans des proportions variables avec quelques parties de fer oxydulé et hydraté. Ils varient beaucoup dans leur richesse et dans leur qualité. Ils sont plus ou moins terreux et plus ou moins pyriteux. J’ai vu quelquefois des échantillons où le fer sulfuré entrait pour un tiers : ces morceaux sont rejetés par les forgerons (qui viennent tous de Lucques)". Le jugement de Gueymard est définitif : même si les fers corses sont de première qualité, le procédé corse ne peut plus se soutenir. Heureusement pour l'histoire du procédé, Sagey, sept ans après lui décrira une opération , parfaitement réussie , à partir d'un minerai de l'ïle d'Elbe de bonne qualité!

Contrairement à celles de Tronson, Muthuon et surtout Sagey, la description du procédé par Gueymard, mélange de modes opératoires différents suivant la qualité du minerai travaillé, est confuse et peu crédible . Il présente le grillage comme "une espèce de cémentation qui nécessite la mise en contact du minerai avec le plus de charbon possible", accuse le bois de vieux châtaignier utilisé pour la fabrication du charbon de bois d’augmenter la consommation de combustible, décrit le fer obtenu du minerai de Farinole (plus riche que celui de l’Île d’Elbe !) comme excellent, surpassant toute attente, même si le produit est moins grand faute de concassage du minerai … Gueymard est meilleur géologue et minéralogiste que métallurgiste ! Son "Voyage" apprend finalement peu sur le procédé corse de production du fer.

En 1851 Il n’est plus question de procédé corse. L’usine de Toga connaît une grande activité jusqu’en 1870 (la fonte corse est envoyée dans la Loire ). La concurrence de la houille condamne ensuite définitivement la sidérurgie corse (Campocasso 2004, 5-6). Pour la même raison, la sidérurgie italienne déclinera. En 1868, on n’extrait plus en Italie que 72000 tonnes de minerai les deux-tiers sur l’Île d’Elbe et on n’y produit plus que 7000 tonnes de fer en barres (Annales du Commerce extérieur. Italie. Août 1869)

7 Conclusion

Sans les ouvriers de la fabrica di spathae libérés, les paysans des campagnes lucquoises n’auraient pas trouvé à la fin de l’empire romain le fer nécessaire à la fabrication de leurs outils… Sans au haut Moyen Age, l’activite des commerçants lucquois et l’arrivée des métallurgistes lombards, l’importation du minerai de fer de l’île d’Elbe au Versilia historique et dans la région lucquoise aurait sans doute cessé…

Sans le témoignage de Birringuccio, la description du procédé de fabrication du fer à partir du minerai de l’ïle d’Elbe…

Sans pendant des siècles la fabrication en Corse de la fabrication du fer battu « Alla Lucchese »,par des ouvriers Lucquois… Sans, la «Notice sur la fabrication du fer en Corse » de l’ingénieur des mines Sagey décrivant le procédé avec une grande précision …

Sans en 1864, la description du procédé Corse dans le traité de Percy « Metallurgy. The art of extracting metals from their ores », le procédé corse « fossile » de l’antique procédé « alle Lucchese » aurait complètement disparu.

8. Références : à paraître

E.T. Juin 2015.

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31 janvier 2015 6 31 /01 /janvier /2015 16:47

Le procédé corse au dix-huitième et dix-neuvième siècle :

Un procédé fossile de l’antique procédé de l’Ile d’Elbe

Le procédé corse de fabrication du fer à partir du minerai de l’île d’Elbe est étudié à partir de quatre publications dont les auteurs : Tronson du Coudray (1775), Focard de château (1798), Muthuon (1808), et Sagey (1828) ont chacun effectivement suivi et décrit la même opération. De l’un à l’autre, les descriptions diffèrent avant tout par leur précision. Aucun d’eux n’apportant de données analytiques sur la composition chimique du minerai utilisé et des produits intermédiaires et finaux obtenus, c’est une analyse du minerai de l’île d’Elbe donnée par la littérature (Mohen 1990, 177) qu’il faut se référer ; le minerai de fer de l’île d’Elbe est très riche en fer : 89.3% de Fe2O3, et la silice non combinée à l’oxyde de fer représente la plus grande de part (8.9%) des éléments scorifiables.

Le minerai brut est d’abord torréfié pour pouvoir être concassé. Le minerai concassé est ensuite soumis à un second grillage très chaud et très réducteur au cours duquel l’oxyde de fer est complètement réduit à l’état de fer métallique. La mine cuite obtenue est composée de fer métallique et de SiO2. Cette mine cuite subit un troisième grillage en présence de scories riches en FeO au cours duquel le fer métallique se sépare du silicate de fer formé. Le fer obtenu est rassemblé en masellos (petite masse), qui sont réchauffés avant forgeage en barres de fer commercial. C’est au cours de ce réchauffage que se forme par oxydation les scories riches en FeO. Si la torréfaction du minerai se fait par les moyens habituels, le second grillage se fait dans un dispositif provisoire très complexe construit de morceaux de charbon de bois et de minerai, et de brasque. Le charbon de bois est brûlé dans un puits vertical à la base duquel est installée la tuyère. La paroi du puits distribue latéralement les gaz de combustion en les répartissant dans des compartiments disposés autour du puits qui contiennent le minerai à griller. Le troisième grillage est effectué dans un dispositif simplifié où la tuyère travaille dans le bassin rempli de charbon de bois sur lequel reposent des gâteaux de minerai cuit qui, échappant à l’action oxydante de la tuyère, descendent dans le creuset en libérant le métal de la scorie.

L’opération à laquelle assiste Sagey en 1828 est conduite par des ouvriers originaire de Lucques (Lucca en Toscane) qui viennent travailler en Corse pendant un mois à raison d’une opération par jour, pour le compte d’un maître de forges corse qui fournit l’équipement et le charbon de bois. Ils apportent le minerai de l’île d’Elbe qu’ils vont travailler; un minerai qu’ils ont forcément choisi pour que la suite des quelques dizaines d’opérations se déroulent au mieux. Ils n’ont aucun moyen « scientifique » de contrôle et ne peuvent compter que sur leur grand savoir-faire pour les mener à bien, ajustant leur procédé d’une opération à la suivante. Après une rencontre avec Sagey, le grand métallurgiste anglais Percy conclut un chapitre sur la production du fer en Corse en s’étonnant de ce savoir-faire : « It is curious to note how in the course of experience efficient processes are gradually developed in entire ignorance of the principles upon which they are founded » (Percy II part I, 313-316).

Le développement du procédé mis en œuvre par les ouvriers Lucquois a sans nul doute demandé des années d’expériences et d’observations à des métallurgistes ignorants des principes sur lequel il est fondé. Qui étaient ces métallurgistes? Comment la mémoire d’un procédé abandonné à la Renaissance lorsque Cosme de Médicis avait fait construire par des maîtres lombards des hauts fourneaux à Piombino sur le continent en face de l’île d’Elbe a t’elle pu être conservée jusqu’à sa mise en œuvre en Corse au dix-huitième par des ouvriers Lucquois ? La question reste entière.

On peut pourtant penser que sa réponse est inscrite dans le dynamisme de la population de Lucques très active et industrieuse. A la Renaissance, on fond le bronze à Lucques pour en faire es canons (Ridella 2011, 143-155). En 1806, la petite république qui a adopté une constitution semblable à celle de la France, compte 120000 habitants dont 40000 dans la capitale. Le peuple de Lucques est le plus industrieux d’Italie. Les collines sont couvertes de vignes, d’oliviers, de noisetiers et mûriers ; les prairies nourrissent un nombreux bétail. Huile d’olive et soie sont les principales exportations (Pinkerton1806, 29). Trente ans plus tard, Lucques compte 158000 habitants : la mise en place d’un système de partage des terres disponibles a permis une augmentation de 25% de la population. L’industrie principale est la production de la soie de la laine et le travail du coton qui emploie 5 à 6000 ouvriers dans 5 grandes manufactures. On compte aussi 30 manufactures de papier et 8 manufactures de fer . Tous les hivers 2500 travailleurs vont travailler en Corse, en Toscane ou dans les Etats pontificaux. Les exportations rapportent 4 millions de francs par an dont 20% pour l’huile d’olive. Lucques exporte de la soie brute et de la laine, de la fonte, du fer en barre, du fer forgé et divers métaux. 3000 scolaires et étudiants travaillent à Lucques qui a une université, un jardin botanique et un cabinet de curiosités (Bowring 1837,66-69).

Le procédé corse de fabrication du fer à partir du minerai de l’île d’Elbe est un procédé dont la tradition a été conservée à Lucques. Nous ignorons comment cette tradition a pu être conservée pendant deux siècles. Sans doute, les forgerons lucquois ont continué après le XVIème à s’approvisionner en minerai de fer choisi de l’île d’Elbe et à fabriquer du fer selon l’antique procédé Ainsi, ce que nous avons appelé ici procédé corse se révèle être un procédé fossile, souvenir de l’antique procédé de fabrication du fer sur l’Île d’Elbe.

ET janvier 2015

E-mail : edmondtruffaut@aol.com

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12 décembre 2014 5 12 /12 /décembre /2014 15:44

bloomery to blast furnace : the reduction of manganese. A new research

Du bas fourneau au haut fourneau: la réduction du manganèse

Une nouvelle recherche.

Abstract

Until today, the producers of ferromanganese in the blast furnace (Dancoisne, 1977, Truffaut 1989 - 1994) are responsible for the tradition that to reduce MnO, it is necessary to reach the temperature of 1410 ° calculated by Ellingham In fact, it is impossible to reduce manganese oxide MnO as metallic manganese Mn. The blast furnace standard ferromanganese contains about 78% of manganese as mixed car-bides of manganese and iron. Its production requires a very basic slag with a high melting-point of approximately 1550 ° C . To obtain this level of temperature, overheating of the wind (combustion air) at 1200 ° C is necessary. This overheating causes a very significant increase in the temperature of combustion of coke, itself responsible for a partial reduction of silica from the ashes of the coke as volatile Silicon monoxide, SiO. Silicon monoxide comes from the combustion zone with the gas mixture (CO, H2, N2). The iron and manganese mixed carbides are thus protected from oxidation during their passage in front of the tuyeres. The formation of SiO is not possible in the bloomery blown with cold, damp air. If the iron and manganese carbide is formed, the sulphur present in cast iron reacts with the formed manganese carbide and gives manganese sulphide inclusions. When the melt flows into the lower part of the furnace, the manganese carbide is totally oxidized at the level of the blower nozzle and manganese enters the glassy slags, while iron carbide is (partly) preserved. Then, the manganese sulphide inclusions remain the only record of the reduction-oxidation sequence that affects the manganese in the bloomery.

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Résumé. Jusqu’aujourd’hui, les producteurs de ferromanganèse au haut fourneau (Dancoisne 1977, Truffaut 1989-1994) sont responsables de la tradition voulant que pour réduire MnO, il est nécessaire d'atteindre la température de 1410° calculée par Ellingham. En fait, il est impossible de réduire l’oxyde de manganèse MnO en manganèse métallique Mn. Le ferromanganèse standard produit au haut fourneau contient environ 78% de manganèse sous forme de carbures mixtes de manganèse et de fer. Sa production exige un laitier très calcaire, à point de fusion très élevé: la température de coulée de ce laitier est de 1550°C environ. La composition du laitier explique ainsi que la température d’élaboration du ferromanganèse standard est largement supérieure à 1410°. Pour obtenir un tel niveau de température, la surchauffe du vent (air comburant) à 1200°C est nécessaire. Cette surchauffe provoque une augmentation très importante de la température de combustion du coke, elle-même responsable d’une réduction partielle de la silice des cendres du coke en monoxyde de silicium volatil SiO. Le monoxyde de silicium sort de la zone de combustion avec le mélange gazeux (CO, H2, N2). Les carbures mixtes de manganèse et fer se trouve ainsi protégés de l’oxydation lors de leur passage devant les tuyères. La formation de SiO n’est pas possible au bas fourneau soufflé en vent froid et humide. Si de la fonte et du carbure de manganèse s’y forment, le soufre présent dans la fonte réagit avec le carbure de manganèse formé et donne des inclusions de sulfure de manganèse. Lorsque la fonte s’écoule dans le creuset, le carbure de manganèse est totalement oxydé au niveau de la tuyère soufflante et le manganèse passe dans le laitier, tandis que le carbure de fer est (en partie) préservé. Les inclusions de sulfure de manganèse restent ainsi la seule trace de la séquence réduction -oxydation qui affecte le manganèse au bas fourneau.

ET. 29/11/2014

edmondtruffaut@aol.com

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11 septembre 2014 4 11 /09 /septembre /2014 09:35

Les producteurs de ferromanganèse au haut fourneau (Dancoisne 1977, Truffaut 1989, Truffaut 1994) sont responsables de la tradition voulant que pour réduire MnO il était nécessaire d'atteindre le niveau de température de 1410° annoncé par Ellingham; les producteurs au four électrique qui mettent en œuvre des températures bien supérieures à 1400° n'ont fait que suivre.

En fait les producteurs de ferromanganèse au haut fourneau recherchaient à la fois l'écono-mie de combustible et celle de minerai de manganèse, trois fois plus cher que celui du fer. Pour une teneur "commerciale" en Si du ferromanganèse de 0.5% environ, le manganèse se partage entre ferromanganèse et laitier, d'autant plus en faveur du premier que le second est plus basique [SiO2/(CaO+MgO) ~0.5 (Jon 1969)]. Ce niveau de basiçité conduit à une température de coulée du laitier de 1550°C environ°C et du ferromanganèse de 1450-1500°C pour un point de fusion du ferromanganèse de l'ordre de 1200°C

La température de 1410° est donc imposée par le souci d'obtenir un taux d'extraction du manganèse de son minerai le plus élevé possible. Le ferromanganèse standard produit au haut fourneau contient 6 à 7% de carbone et le manganèse s'y trouve à l'état de carbures et aujourd'hui la technique la plus utilisée pour produire le ferromanganèse à moyenne ou basse teneur carbone, quelquefois réclamé par les aciéristes, est l'affinage à l'oxygène. On retiendra de ceci qu'en présence d'un excès de carbone, la réduction du manganèse à l'état de métal pur n'est pas possible, ni au haut fourneau, ni moins encore au bas fourneau.

Historiquement, cette vérité dernière évidence ne commencera à s'imposer en France que trente ans après la découverte de la nature métallique du manganèse par les chimistes suédois. En 1786, les académiciens français Vandermonde, Berthollet et Monge proposent une théorie antiphlogistique de la fonte du fer et de l'acier et publient leur célèbre "Mémoire sur le fer considéré dans ses différents états métalliques". Dans ce mémoire, ils ne considèrent pas le manganèse "qui n'est pas leur objet" bien que celui-ci soit présent dans les mines d'acier du Siegerland et de Carinthie qui servent à fabriquer l'acier d'Allemagne alors très consommé en France. Sur une erreur d'interprétation d' Hassenfratz qu'ils chargent d'enquête en Carinthie, ils concluent que la fonte blanche lamelleuse affinée en acier d'Allemagne est une fonte de réduction incomplète qui contient encore de l'oxygène et que le fer parfaitement doux qu’on en tire par affinage en contient toujours. Cela les amène à classer fonte fer et acier (cémenté) dans l'ordre des teneurs en oxygène plutôt que par leur teneurs en carbone et à imposer en France malgré les critiques étrangères une théorie de la présence d'oygène dans la fonte qui survivra près de 40 ans. La chimie des affinités n'apparaît que dans les années 1870 et il faut attendre le début du XIXème siècle et 1803 pour trouver des indications concernant le manganèse métallique. "En ce qui concerne le manganèse : sa fabrication n’est pas facile, le culot de métal n’est pas toujours comme on le désirerait ; la grande vitrification du manganèse rend ce résultat plus difficile à obtenir... Le manganèse pur est blanchâtre ; sa cassure est grenue, irrégulière et jouit d’un éclat qu’il faut se presser d’examiner ; cet éclat est aussi passager que celui de la rose, un jour suffit pour le détruire... De cette oxydabilité si forte, il résulte que l’histoire du manganèse se réduit à celle de son oxyde" (Octave Ségur, Lettres élémentaires sur la chimie, Paris 1803).

Trente ans plus tard, Jean Baptiste Dumas est beaucoup plus précis en expliquant que le manganèse n'est connu que par son carbure: "Le manganèse combiné au carbone, car on ne le connaît qu'à l'état de carbure, possède une couleur argentine tirant vers le gris et ressemble a de la fonte blanche. Il est cassant, très dur. Sa dureté est telle qu'il raye l'acier trempé. Il absorbe l'oxygène avec une facilité singulière. Il est suceptible de décomposer l'eau à la température ordinaire. L'humidité de l'haleine suffit pour l'oxyder ; aussi quand on le touche avec des doigts humides, exhale t'il une sorte d'oxygène puant dont les doigts restent longtemps imprégnés" (Dumas, Traité de Chimie appliqué aux arts, vol.3 pp 1-2). On apprend donc très vite que l'affinité du manganèse pour l'oxygène et le carbone sont si grandes que le manganèse n'a pas d'existence à l'état métallique Il faudra attendre le milieu du siècle suivant pour que soit mise au point la fabrication par électrolyse aqueuse du manganèse pur livré sous forme de plaquettes passivées par un d'oxyde à l'instar de l'aluminium).

Une comparaison du fonctionnement d'un haut fourneau spécialisé dans la production de ferromanganèse commercial à 78% de manganèse (Libaux 1987) et celui d'un bas fourneau expèrimental consommant des minerais manganèsifères (Peter Crew & alii, 2011), apporte l'explication des comportements très différents du manganèse dans l'un et l'autre appareil haut et bas fourneau.

Comparaison des fonctionnements des haut et bas fourneau

*Comparaison des productions. Le haut fourneau produit 330 tonnes de ferromanganèse (FeMn) par jour, le bas fourneau 8.12 kg de fonte au cours d'une opération qui au total dure 5.5 heures

*Comparaison des charges (minerais, fondants et combustible). La charge en kg/tonne de FeMn du haut fourneau est composée de: 1715 kg de minerai de manganèse de Moanda 168 kg de minerai de manganèse ferrifère de Lohatla 378 kg de fondants (castine et dolomie) 1190 kg de coke métallurgique La charge en kg/opération du bas fourneau est composée de : 34,4 kg de différents bog ores 10 kg de charbon de bois

*Comparaison des comburants Dans les deux cas, il s'agit d'air ordinaire à 20.9% d'oxygène; à humidité ambiante et surchauffé à 1220°C dans le cas du haut fourneau, aux conditions ambiantes (température et humidité) dans le cas du bas fourneau.

* Comparaison des productions de métal et laitier - Le haut fourneau produit du ferromanganèse commercial à ~78% de Mn d'analyse en % masse: Mn=78.3, Fe=14, C=7, Si=0.55, P=0.15, et S=0, et du laitier à raison de 555kg/tonne de FeMn, d'analyse en % masse: SiO2=22, MnO=14.2, (CaO-MgO-BaO)=39.8, Al2O3=22.5, S=1.5 , donc d'indice basiçité SiO2 /(CaO+MgO)=0.55 -Le bas fourneau produit par opération, 8.12 kg de fonte grise et blanche , d'analyse en % masse : Mn<0.2, Fe=98-99, Si=1.9-0.5, P<0.5, S<0.5, C= n.d., Et du laitier (qui ne coule pas hors du four) à raison de 17kg par opération D'analyse en % masse (fourchettes): SiO2=37.6-68.3, Mn=0.1-20.8, (CaO+MgO)=4.7-21.1, Al2O3=10.2-13.2, S=0.02-0.08. Son indice de basicité est compris entre 2.35 et 13.9.

*Comparaisons Rendement en manganèse (partage du manganèse entre métal et laitier -Haut fourneau: 89.33% -Bas fourneau: 0.06%

Finalement au haut fourneau et comme au bas fourneau, l'oxyde de manganèse présent dans la charge a été plus ou moins réduit en carbure mixte de manganèse et fer, dans la zone réductrice de l'appareil lorsque la température dépassait 1100°C et de la fonte s'est formée.

Au bas fourneau, le soufre présent dans cette fonte a réagi avec le carbure en donnant un sulfure de manganèse à point de fusion élevé (1600°C) qui est resté dans la fonte sous forme d'inclusions. Cette réaction est bien connue des métallurgistes du manganèse (Dancoisne 1996, entretien particulier) et des aciéristes qui l'ont utilisé pour désulfurer l'acier Bessemer en fin de conversion par addition de spiegeleisen (Mushet 1883, 3). La fonte s'écoule ensuite dans le creuset de 400mm de diamètre en traversant au niveau de la tuyère soufflante une zone oxydante dans laquelle le carbure de manganèse est totalement oxydé. Le manganèse passe dans le laitier tandis que le carbure de fer reste préservé Il est possible que c'est dans cette zone à proximité de l'embrasure de la tuyère soufflante que se réduit le silicium surtout présent dans la fonte grise (Voir Crew 2011, 249 Morphologie du morceau de fonte B3 et la répartition des fontes grise et blanche) Les inclusions de sulfure de manganèse restent ainsi la seule trace de la séquence réduction - oxydation qui affecte le manganèse au bas fourneau.

Au haut fourneau (4500 mm de diamètre au creuset), la réduction du manganèse à l'état de carbure mixte de manganèse et de fer n'est pas complète: le manganèse se partage entre métal et laitier, au profit du métal d'autant que l'indice du laitier SiO2/(CaO+MgO) est plus faible et la température plus élevée. Comme cette température favorise la présence de silicium dans le métal et que celle-ci est limitée pour des raisons commerciales à 0.5%, l'indice choisi pour le réglage du laitier, de l'ordre de 0.5, limite la teneur en manganèse du laitier à 10-12%. L'économie du procédé est également liée à la consommation de coke métallurgique. Pour réduire cette consommation, l'air comburant est surchauffé, à 1200°C dans le cas présenté. C'est à la différence de température que crée cette surchauffe de l'air qu'est due la distinction majeure entre haut fourneau et bas fourneau. La combustion du coke par du vent surchauffé déclenche la formation de monoxyde de silice volatil SiO par réduction partielle de la silice contenue dans les cendres du coke lors de la combustion de ce dernier (Steiler 1985). La thermodynamique indique qu'il haut dépasser 1400°C pour que le monoxyde de silicium puisse se former et développer autour de la zone de combustion du coke une zone réductrice qui n'existe pas au bas fourneau: Au haut fourneau en allure de ferromanganèse , le monoxyde de silicium intervient pour réduire MnO encore présent dans le laitier en manganèse aussitôt dissous dans le carbure mixte de Mn-Fe déjà formé

La réduction du manganèse en carbure mixte de manganèse et de fer y intervient dans la zone de réduction du haut fourneau, donc au dessus de la zone de fusion . La fonte manga-nèsée (carbures de manganèse) produite s'écoule vers le creuset sans risque de réoxydation comme au bas fourneau alimenté en air à température ambiante.

Conclusion.

Le manganèse est réduit au bas fourneau comme au haut fourneau mais à l'état de carbure, jamais à l'état métallique. Au haut fourneau produisant du ferromanganèse standard , le carbure traverse le plan des tuyères à l'abri de l'oxydation grâce à la présence de SiO et se retrouve intact dans la fonte finale. Au bas fourneau le carbure est complètement oxydé en MnO qui passe dans le laitier et le manganèse passe entièrement dans le laitier sous forme MnO

Remarque. Lorsqu'au XIXème on produit au haut fourneau de la fonte blanche lamelleuse, de la même façon, l'oxyde de manganèse est réduit en carbure mixte de manganèse-fer dans la zone de réduction. Lorsque ce carbure traverse le plan des tuyères, la réoxydation épargne le carbure de fer et n'affecte que la quantité de carbure de manganèse nécessaire à la production d'un laitier SiO2-Al2O3-MnO fluide vers 1250°C.

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12 juillet 2014 6 12 /07 /juillet /2014 17:03

Chalybes and Tatara Steels

A new journey to the Chalybes country

 

Abstract

The Chalybes were at the beginning of the first Millennium before our era the first iron smelters to produce steel. A first journey has not enabled us to formally identify the ore they treated  and the technical process.

Some archaeologists have suggested on these two points a kinship with the used process developed at the end of Middle Age by the Japanese steelmakers inventors of Tatara steel. This second journey to the country of the Chalybes, with a detour to the distant Japan, seeks to answer the questions raised by the initial search.

 

The Chalybes country. This new journey situated the Chalybes country in Anatolia, in the  west of Eastern Pontides, on the shore of the Black Sea in the  region of the deltas of the two great rivers Kizilirmak and Yesiirmak, as located by ancient authors including the geographer Strabo, native region (Amasia) at the first century of our era. It then specifies the place of discovery (Gunpinari area) of the English geologist William Hamilton of an active construction of blacksmiths treating nodules iron ore picked up at the ground level.  The discovery site identified as Gunpinari area is located a few kilometers from the Black Sea; It is dominated to a few tens of kilometres southeast by the volcanic regions of Gölköy and Ulubey who have provided over the last millennia materials of the hills descending toward the coast. The entire area has high seismic and tectonic activity (influences of Arabic, Eurasian and Anatolian plates) and a major event the formation of the Black Sea from the Pontic Lake which affects above all the country of the Chalybes. . The entire area has high seismic and tectonic activities (influences of Arabic, Eurasian and Anatolian plates): it ha known  a major event with the formation from the Pontic Lake of the Black Sea which affecting particularly the country of the Chalybes.on the southern shore.

Geography and geology of the Eastern Pontides are then studied: steep relief on the sea,  very humid Mediterranean climate,  soil formed of volcanic rocks eroded and weathered allowing the development of a very specific vegetation:  fruit trees, rhododendrons…and  Pontic forest Special attention is given to the geology of the area of Gunpinari, today covered with orchards

The Tatara steel. The iron ores of volcanic areas of Japanese archipelago and Eastern Pontides  have been the subject of many comparisons. But while the Japan steelmakers smelt iron sands since antiquity,  , never or very rarely according to the archaeologists  the iron sands  presents in the rivers or off the coast of the Eastern Pontides  were used. Besides. Strabo writes about the iron "mines" of the Chalybs, mines that Hamilton should never find, discovering finally  iron ore nodules scattered at a small depth in the soil of Gunpinari.

During Middle Age Japanese steelworkers  distinguished, two grades of iron sands, basic or acid, depending on whether they came by weathering erosion from volcanic andesites or from granite. More they observed that these two types of sand had the burning behaviour very different:  difficult fusion for basic ones and easy for acid.

At the same time they adopted a Sri Lankan furnace type  built by juxtaposition of small furnaces, wind-exposed at the top of the hills,  naturally blowed during the monsoon.  This furnace was gradually modified  - to consume basic iron sand, - giving it on each side of a row of tuyeres induced drafted , - equiped with tetracted  boshes, fettled with a consumable sand acid allowing  the formation of a fluid slag. This highly sophisticated Tatara furnace is completely destroyed at the end of the operation which lasted two to three days.

Recent studies have shown that the refractoriness of the basic iron sands was due to a significant presence of titanium oxide.

The discovery of the secret. Several studies confirm the presence of significant levels of titanium oxide in the Pontic iron ores including the volcanic regions of Ulubey and Gölköy. Eroded and weathered, these minerals cover the slopes of the hills that descend to the shore of Black Sea, to Gunpinari and the country of the Chalybes. The nature of the soil, abundantly watered and covered with vegetation (trees and thickets), explains theformation at the hills top of iron nodules by the instability of titanomagnetite in organic medium and the concentration of the iron at the level of the root openings of plants.

This mode of nodules formation  in strict limited quantities  at a small depth under the ground level, explain the operating mode of the Gunpinari smiths, moving thei extraction and fusion site when there, all the iron nodules are extracted. 

Also, the itanium oxide content of the nodules explains the smelting process.

This process implements the fusion of nodules in a basic bloomery with permanent scraping of scorias too infusible to give a slag. The metal is  a steely iron sold to Constantinople.

This process  was probably this one used three millennia earlier by the ancient Chalybes.

 

Conclusion, The secret of the Chalybes. From old Chalybes to the blacksmith of Gunpinari, it is the nature of the ore (an unsuspected titanium content) which allows smelters to express their expertise.  "Besonderes erz oder besonderes know-how?". Exceptional ore or exceptional know-how? The question was already asked about the founders of Noricum (Truffaut2008, 251). It does not appear that we can place it in the case of the blacksmiths of Gunpinari and their old ancestors? Gunpinari ore was exceptional for its significant content in titanium oxide; but unsuspected founders, it has guided their know-how and allowed them to produce "the Chalybes steel".

Certainly the only ore does not steel, but the presence in the smelted iron ore of a secondary element :titanium oxide, manganese oxide, fluorite, (or paradoxically the absence of this element and the purity of the iron ore), allow the famous blacksmiths to express their talent.

These blacksmiths have been known and celebrated as early as the fifth century of our era.   In 417, Rutilius Numatiamus, ancient governor of Rome (prefectus urbi) in 414, poet in his time, get back  by sea to Narbonne his homeland. Off the coast of the island of Elba, famous for its metallurgical activity, he mind the regions that supplying Rome with  steel, the metal of  Chalybes : Isle of Elba, Noricum, Bituriges Cubi country, Sardinia.

"Occurit Chalybum memorabilis Ilva metallis

"Qua nil uberius Norica gleba tulit

"Non Biturix largo potior strictura camino

"Nec quae Sardoo cespite massa fluit

                                   (Rutilius Numatiamus,  De reditu suo,  IV AD)

 

We know today that the famous ancient blacksmith were allowed to express their talent, and produce steel, thanks the presence of titanium oxide in iron ore smelted  by the Chalybes and perhaps the Sardinians,  thanks the purity of Elba Island  iron ore, thanks  the presence of manganese oxide in the Noricum iron ore and fluorite in the iron ore processed by the Bituriges Cubi,

 

Edmond Truffaut. Juillet 2014.

Pour le texte complet (3Mo) contacter : edmondtruffaut@aol.com

 

 

 

 

 

 

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11 juillet 2014 5 11 /07 /juillet /2014 08:44

Acier des Chalybes et Acier Tatara:

Un nouveau voyage au pays des Chalybes

 

Les chalybes ont été au début du premier millénaire avant notre ère les premiers métallurgistes du fer à produire de l'acier. Un premier voyage ne nous a pas permis d'identifier formellement ni le minerai qu'ils traitaient, ni la technique mise en œuvre. Quelques archéologues ont suggéré sur ces deux points  une certaine parenté avec les mlinerais utilisés et  techniques mises au point à la fin du Moyen Age par les sidérurgistes japonais créateurs de l'acier Tatara. Ce deuxième voyage au pays des Chalybes, grâce un détour au lointain Japon,  cherche à apporter les réponses aux questions soulevées par une première recherche.

 

 

Le pays des Chalybes. Ce nouveau voyage situe d'abord le pays des Chalybes en Anatolie sur les bords de la Mer Noire à l' ouest des Pontides orientales dans la région des deltas des deux grands fleuves , tel que l'ont situé  les  auteurs anciens notamment le géographe Strabon Strabon natif de la région (Amasia) au début de notre ère. Il précise  ensuite le lieu de la découverte (secteur de Gunpinari)  du géologue anglais William Hamilton d'un chantier actif de forgerons traitant un minerai de fer en nodules ramassé au niveau du sol.  Le site de la découverte désigné comme secteur de Gunpinari est situé à quelques kilomètres de la Mer Noire; il est dominé à quelques dizaines de kilomètres au sud-est par les régions volcaniques de Golkoy et Ulubey qui ont fourni au cours des derniers millénaires les matériaux des collines qui descendent vers le littoral. L'ensemble de la zone connaît une grande activité sismique et tectonique (influences des plaques arabique, eurasienne et anatolienne) et un événement majeur la formation de la Mer Noire à partir du lac pontique qui affecte surtout le pays des Chalybes.

La géographie et la géologie des Pontides orientales sont ensuite étudiées: un relief abrupt sur la mer, un climat méditerranéen très humide, permettent le développement sur un sol  formé de roches volcaniques érodées et altérées d'une végétation très spécifique  d'arbres fruitiers, de rhodoraies et de la forêt pontique. Une attention particulière est accordée à la géologie du  secteur de Gunpinari, aujourd'hui couverte de vergers

L'acier Tatara. Les minerais de fer des régions volcaniques que sont les Pontides Orientales et de l'archipel Japonais ont fait l'objet de nombreuses comparaisons. Mais alors que le Japon exploitait dès l'antiquité des sables ferrifères, de tels sables, présents dans le lit des rivières ou au large de la chaîne Pontique ne semblent pas selon les archéologues, jamais avoir  été exploité sinon très occasionnellement. Strabon vantait d'ailleurs les mines de fer des Chalybs (1000-800BC) qu'Hamilton ne devait jamais trouver, découvrant par contre à très faible profondeur  des nodules de  minerai de fer.

Les métallurgistes japonais ont distingué dès le Moyen Age deux qualités de sables ferrifères, basiques ou acides, suivant qu'ils provenaient par érosion-altération ou de roches volcaniques de type andésitique  ou de roches type granite et observé que ces deux types de sable avaient des comportement au feu très différents: fusion difficile pour les sables basiques, fusion facile pour les sables acides. En même temps ils adoptaient un type de four d'origine Srilankaise construit par juxtaposition de petits bas fourneaux à tirage naturel exposés en haut des collines au vent de la mousson. Ils ont progressivement modifié ce four pour y  consommer du sable ferrifère basique, le doter sur chaque face d'une rangée de tuyères de soufflage par tirage induit, et l'équiper d'une cuve à base retréçie par un garnissage de sable ferrifère acide consommable pour permettre  la formation d'un laitier fluide. Ce four hautement sophistiqué est complètement détruit à la fin d'une opération qui durait de deux à trois jours.

Des études récentes ont montré que la réfractairité des sables ferrifères basiques était dûe  à une présence significative d'oxyde de titane. 

La découverte du secret. Plusieurs travaux confirment la présence d'oxyde de titane en teneurs significatives  dans les minerais de fer de la chaîne Pontique notamment ceux des régions volcaniques d'Ulubey et de Golkoy. Erodés et altérés, ces minerais ont couvert les pentes des collines qui descendent jusqu'aux rives de la Mer Noire, jusqu'à Gunpinari et le pays des Chalybes. La nature du sol, abondamment arrosé  et couvert de végétation (arbres et taillis), explique la formation au sommet des collines des nodules de minerai découverts par Hamilton par l'instabilité de la titanomagnétite en milieu organique et la concentration du fer au niveau des pertuis racinaires des végétaux.

Ce mode de formation des nodules en faible quantité limitée et  à faible profondeur sous le niveau du sol, justifie le mode d'exploitation des forgerons de Gunpinari, déplaçant leur chantier d'extraction et de fusion à mesure de son épuisement en nodules  La teneur en oxyde de titane de ces nodules justifie par ailleurs le procédé de fusion  mis en œuvre par fusion des nodules dans un bas fourneau sommaire avec raclage permanent d'une scorie trop réfractaire pour donner un laitier et donnant un fer aciéreux vendu jusqu'à Constantinople: un procédé qui était sans doute  trois millénaires plus tôt celui des antiques Chalybes ,

 

 

Conclusion. Le secret des Chalybes. De l'acier des anciens Chalybes à l'acier des forgerons de Gunpinari, c'est la nature du minerai (dans leur cas, une teneur insoupçonnée en titane) qui permet aux fondeurs d'exprimer leur savoir faire.

"Besonderes erz oder besonderes know-how?". Minerai exceptionnel ou exceptionnel savoir-faire? La question s'était déjà posée à propos des fondeurs du Norique (Truffaut 2008, 251). Il ne semble pas qu'on puisse la poser dans le cas des forgerons de Gunpinari et de leurs lointains ancêtres? Le minerai de Gunpinari était exceptionnel pour sa teneur significative en oxyde de titane; mais insoupçonnée des fondeurs, elle a guidé leur savoir-faire et leur a permis de produire "l'acier des Chalybes".

Certes le minerai seul ne fait pas l'acier, mais c'est  grâce à la présence dans le minerai qu'ils travaillaient d'un élément secondaire (oxyde de titane, oxyde de manganèse, fluorite), ou paradoxalement grâce à l'absence de cet élément et  à la grande pureté de leur minerai,  que des forgerons célèbres ont pu exprimer leur talent.

 

Ces forgerons ont été connus et célébrés dès le cinquième siècle de notre ère.

 En 417, Rutilius Numatiamus, haut fonctionnaire romain, gouverneur de Rome (prefectus urbi) en 414,  poète à ses heures, gagne par la mer la Narbonnaise son pays natal. Au large de l'Ile d'Elbe, célèbre pour son activité métallurgique, il évoque les régions qui approvisionnent  Rome en acier, le métal des Chalybes: Ile d'Elbe, Norique pays des Bituriges Cubi, Sardaigne. 

 

"Occurit Chalybum memorabilis Ilva metallis

"Qua nil uberius Norica gleba tulit

"Non Biturix largo potior strictura camino

"Nec quae Sardoo cespite massa fluit

                               (Rutilius Numatiamus,  De reditu suo,  IV AD)

 

« L’île d’Ilva apparaît, fameuse par le métal des Chalybes,

« Qui ne le cède au métal du Norique,

« Ni à celui que le Biturige traite dans ses vastes fourneaux,

« Ni aux masses qui coulent du sol de la Sardaigne…       

                            (traduction Vessereau et Fréchac, 1933)

Nous savons aujourd'hui que c'est la pureté du minerai de l'Ile d'Elbe, la présence d'oxyde de titane dans celui traité par les Chalybes et peut être les Sardes, d'oxyde de manganèse  dans le minerai traité par les habitants  du Norique, de fluorite dans le minerai traité par les Bituriges Cubi, d'exprimer leur talent et de développer leur savoir faire jusqu'à transformer leur minerai  en acier.

 

 

Edmond Truffaut

21 avril 2014

 

Pour le texte complet (3Mo) contacter :  edmondtruffaut@aol.com

 

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6 juillet 2014 7 06 /07 /juillet /2014 18:29
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6 juillet 2014 7 06 /07 /juillet /2014 00:36

La fabrication du ferromanganèse au haut fourneau: un secret de fabrication perdu?

 

" L'usage du secret- et partant de sa transgression- fait à ce point partie du "paysage technique",qu'il fut peu ou prou entièrement assimilé à l'espionnage. A tort, toutefois,le secret fut, et demeure peut être  l'un des modes ordonnateurs de la pensée technique occidentale"(A.F.Garçon 2004, 247)

 

 

1906. L'achat du secret de fabrication par les Aciéries de Paris et d'Outreau

Le procédé de fabrication du ferromanganèse au haut-fourneau  a été inventé en France  (Pourcel 1885, 3-21-52)  aux Forges de Terrenoire près de Saint Etienne par la société éponyme en 1875. Deux autres sociétés françaises s'intéressent alors également à cette fabrication: les Hauts fourneaux de Saint-Louis à Marseille et la société de Montluçon
En 1906 le haut fourneau marseillais est racheté par les
Aciéries de Paris et d'Outreau démonté et déménagé à Outreau près du port de Boulogne-sur-Mer. Le transfert de fabrication est complet portant à la fois sur le matériel, la reconstruction, la remise en service, les archives  et  le secret de fabrication.

 

Jusqu'à sa faillite en 1979, APO gardera  un strict secret sur ses fabrications de ferroalliages

Le secret de fabrication portera sur  le réglage du procédé: composition, répartition et homogénéisation de la charge minérale, composition du laitier,  surchauffe et suroxygénation du ve, et sur les solutions  techniques adoptées : profil et construction des hauts fourneaux: haut fourneau prototype  (Usine d'Outreau, HF2 1959)., et à partir de 1960, construction de l'usine de Boulogne sur mer qui comprendra outre un appontement minéralier et de trois hauts fourneaux (1961, 1964, 1972) construits puis  agrandis avec beaucoup de précaution à l'image du haut fourneau prototype.

Une  part importante du secret de fabrication (exploitation des hauts fourneaux, coulée du ferromanganèse et du laitier sera  détenue par les contremaîtres de hauts fourneaux et les fondeurs  (HFAP notes1959)

 

1980. Reprise et extension du secret de fabrication par la Société du ferromanganèse Paris-Outreau.

 

A partir de 1980, la production de ferromanganèse sera assurée par la Société du Ferromanganèse de Paris-Outreau (SFPO) contrôlée  par le groupe minier Comilog exploitant au Gabon la mine de manganèse  de Moanda.

A l'occasion d'une tentative d'amélioration du taux de récupération du manganèse par rétention du laitier en fin de coulée, la constitution du secret de fabrication  se poursuit par  la prise de conscience des effets néfastes sur le fonctionnement des hauts fourneaux réglés comme ceux de APO, des matières alcalines (Na2O et K2O)  apportées par les minerais de manganèse provenant des nouveaux gisements de minerai de manganèse ouverts à partir de 1960 au Gabon, en Australie et au Brésil.

 

En 1980, il s'agit donc de transmettre le secret de fabrication à la direction de SFPO, (et de sa société mère COMILOG,  société minière, logiquement convaincue des qualités du minerai de manganèse de moanda qu'elle commercialise. De 1980 à 1983, une charge en minerais composée pour 2/3 de moanda  (riche en alcalins) et de 1/3 de minerais sud-africains (pauvres en alcalins) donne une marche régulière des hauts fourneaux , grâce au nettoyage des  creusets en fin de coulée par soufflage énergique. Cette charge est  maintenue jusqu'en 1983, où pour répondre à la demande de la société minière Comilog .  le minerai de moanda intervient à 100%. Ce changement s'accompagne

d'une légère augmentation (2%) de la consommation spécifique de coke et d'une baisse de deux points du taux de récupération du manganèse.

Des essais d'agglomération sont engagés, sans résultats notable..Finalement de nouvelles règles d'exploitation sont mises en place  en même temps que des installations de suroxygénation du vent intervenant en secours en cas de refroidissement brutal des hauts fourneaux

 

Les extensions du secret de fabrication réalisées par SFPO concernent notamment trois points: le plus important étant la production du ferromanganèse au vent surchauffé par torches à plasma, l'emploi de cette technologie pour produire au haut fourneau du silicomanganèse, et les limites de cette technologie pour assurer l'équilibre thermique de la zone d'élaboration (essai de production de ferromanèse à très basse teneur en silcium)

Technologie  plasma.

A cette époque SFPO étudie et développe une technique  révolutionnaire:  la  surchauffe du vent de 1250 à à 1800°C par torche à plasma. L'objectif est la diminution de la consommation spécifique de coke.  L'opération, positive,  est prolongée par l'équipement d'un haut fourneau qui fonctionne avec six torches de 1983 à 1991, SFPO considérant alors plus avantageuse la vente de l'énergie électrique  à EDF plutôt que son recyclage (Bour, 1987). L'opération avait été  préparée et réalisée avec l'aide de l'IRSID (Institut de recherche de la Sidérurgie), de l'ADEME (Agence pou le Développement et la Maitrîse de l'Energie)  et d'EDF

L'application au haut fourneau à ferromanganèse intégre alors le secret de fabrication SFPO tandis que les savoir-faire  liés à la technique torche proprement dite et aux réfractaires spéciaux nécessaires à sa mise en œuvre sont partagés par SFPO et les sociétés concernées. Le partage se fait d'autant plus facilement que les spécialistes de l'IRSID considérent le haut fourneau de manière théorique (comme une boîte noire), sans s'intéresser à son exploitation proprement dite. Les technologies propres à l'énergie plasma et aux réfractaires restent hors secret de fabrication.  Parmi les interrogations soulevées par la mise en place de la nouvelle technique, l'augmentation  de la charge en alcalins occupait la première place. Malgré une  consommation journalière de coke constante, la recherche d'une baisse de la consommation spécifique de coke se traduit pourtant par une augmentation de la quantité journalière d'alcalins introduits par la charge.

Production de silicomanganèse au haut fourneau .

En 1986 encore est entrepris un essai de production de silicomanganèse .

La dernière fabrication de silicomanganèse avait eu lieu à l'usine APO d'Outreau grâce à la suroxygénation du vent.  La surchauffe du vent par énergie plasma  permet à l'usine de Boulogne une réduction très significative (40%) de la consommation spécifique de coke.  

 

En 1987 un changement de direction de SFPO amène  l'usine de Boulogne à se consacrer uniquement à la production et  la vente du ferromanganèse excluant toute recherche et tout projet de développement.  A cette date le secret de fabrication est définitivement fixé et  respecté jusqu'à la fin des années 1990 : l'usine de Boulogne profite alors des progrès techniques réalisés et assure 10 % de la production mondiale de ferromanganèse.

 

1997. Comilog-France contrôle de l'usine de Boulogne et abandonne le secret de fabrication établi à partir de 1906 par APO et SFPO.

En 1997 Comilog-France deviendra une filiale du  groupe Eramet []. L'usine de Boulogne sur mer après un vaste programme d'investissements cessera définitivement son activité en 2003. Dès 1997, le nouvel exploitant avait travaillé  à la mise en œuvre d'un procédé modifiant très sensiblement le procédé original.

 

Un an plus tard,  un article intitulé "La fabrication du ferromanganèse en France 1875-2003. Naissance, vie et mort d'un procédé industriel "(Truffaut 2004,1-29) s'interrogeait  sur les raisons de cette disparition

Deux explications évoquaient la perte d'un secret de fabrication, soit par la difficulté voir l'impossibilité de le codifier donc de le transmettre autrement qu'oralement, soit  par perte de celui à mesure du renouvellement "naturel" des opérateurs. Ces explications ne semblaient pas alors très vraisemblables. .

Une  troisième explication  avançait des causes économiques:  augmentation du prix du coke sur le marché international,  la baisse de la demande de ferromanganèse,  concurrence du   procédé  au  four électrique  qui, sauf en Chine et dans quelques autres pays condamnait  la fabrication du  ferromanganèse au haut fourneau.

 

Dix ans plus tard, cette analyse doit être corrigée après la parution d'un ouvrage collectif "Dompteurs de Feu, des APO à Métall' Opale"  (Centre Culturel et Social d'Outreau 2006, 186p). L'ouvrage est abondamment illustré. Une photo légendée: "Suite à un incident la matière sort par l'orifice de la tuyère" est révélatrice. Le procédé mis en œuvre par le dernier exploitant a ignoré le problème posé par la teneur en matières alcalines du minerai de Moanda ("la matière" de la photo). Le haut fourneau avait été arrêté pour changer une  tuyère et lors de l'arrêt  le tassement de la charge sur le creuset a fait déborder par l'ouverture de la tuyère les silicates alcalins dont le creuset était rempli

 

Le  dernier projet a été développé en méconnaissance d'un des points majeurs  du secret de fabrication  du ferromanganèse au haut fourneau développé par APO de 1959 à 1979. Il s'agissait  pour obtenir une consommation spécifique de coke minimale, en même temps  que le meilleur taux possible de récupération du manganèse, d'augmenter à partir d'un haut fourneau prototype avec beaucoup de précaution le diamètre d'un nouveau fourneau ou d'un haut fourneau agrandi. C'est ainsi  que du haut fourneau prototype de 1952 (diamètre au creuset de 3.60 m), les

diamètres successifs des hauts fourneaux construits ou agrandis de l'usine de Boulogne ont été compris entre 4.0 et 4.5 m Après 1980, SFPO n'intervient pas sur les diamètres au creuset des hauts fourneaux

 

A la  fin des années 1990, Comilog-France qui a remplacé SFPO décide de s'affranchir du secret de fabrication du ferromanganèse précédent ,  et de porter à 7 mètres le diamètre du creuset du haut fourneau de l'usine de Boulogne. Du même coup ce haut fourneau est rendu très sensible à la rétention d'alcalins.

Il a fallu presque un siècle de 1906 à 1996 à APO et  SFPO pour constituer  un secret de fabrication qui leur permettra d'assurer 10% de la production mondiale de ferromanganèse:

Il était difficile à COMILOG-France de constituer en deux ou trois ans un nouveau secret de fabrication

 

 

ET

Juin 2014.

 

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2 mai 2014 5 02 /05 /mai /2014 17:56
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