Association pour le Patrimoine et l'Histoire de l'Industrie en Dauphiné

Les Alpes ont constitué pour la métallurgie ancienne (en particulier du fer) une zone privilégiée, où se trouvait à la fois le minerai, l’eau (force motrice très tôt domestiquée), le bois des forêts (pour la fabrication du charbon de bois). Le long de la chaîne de Belledonne, à Allevard, dans la région de Vizille, dans celle de Saint-Laurent-du-Pont et dans la vallée de la Romanche, la métallurgie tira profit de la présence de nombreuses mines, liées à une minéralogie locale riche et diversifiée. Nous nous intéresserons à cette dernière région et à l’éminente personnalité de Charles Albert KELLER.

  • Lexique
  • Fonte : fer contenant entre 2% et 6,75% de carbone
  • Acier : fer allié à une faible quantité de carbone : de 0,1% à 2%
  • Fer : décarburation complète

La métallurgie du fer des origines à la fin du XIXe siècle

  1. le minerai de fer se trouve dans le sol principalement sous forme d’oxydes, de carbonates et de sulfures de fer
  2. les carbonates et les sulfures de fer sont transformés en oxydes de fer lesquels sont directement utilisables par calcination dans des fours de grillage
  3. les métallurgistes du Moyen Âge obtenaient du fer par réduction directe de certains minerais à base d’oxyde en cinglant la loupe de fer obtenue dans une forge ; on laissait ensuite les minerais exposés à l’air et aux intempéries pendant plusieurs années avant le passage dans le bas fourneau
  4. ce dernier permettait la réduction à l’état solide dans un violent flux d’air fourni par des soufflets du mélange du minerai concassé et du charbon de bois dont le carbone, avide d’oxygène, servait à la fois de combustible et de réducteur des oxydes métalliques
  5. le mélange pâteux obtenu ou “loupe de fer” subissait alors une opération de martelage (ou cinglage) qui outre l’élimination des scories permettait de rendre le métal plus homogène en resserrant son réseau cristallin ; associé au travail de la forge différent du martelage, le forgeron transformait la barre de fer en outils ou en armes, le vent de la tuyère de la forge brûlant le carbone à haute température
  6. l’évolution logique du bas fourneau conduit au haut fourneau par élévation de sa hauteur laquelle est favorable à l’opération de réduction à cause du temps de cheminement plus long de l’oxyde de carbone issu de la combustion à haute température du charbon de bois d’abord puis du charbon (de terre) ensuite ; plus tard, le soufflage quasi-continu d’air à la base du dispositif sera perfectionné avec la réintroduction d’air réchauffé par l’énergie calorifique perdue issue du haut fourneau lui-même
  7. l’élévation notable de la température de fusion par rapport au bas fourneau permet d’obtenir de la fonte liquide (alliage de fer et de carbone) que l’on décarbure pour obtenir de l’acier et du fer selon la température de chauffage
  8. l’acier – alliage de fer, d’un peu de carbone et parfois des traces de manganèse venant du minerai de fer – nécessitait autrefois une longue élaboration faisant appel à l’expérience des métallurgistes pour ajuster empiriquement le taux de carbone durant le forgeage
  9. le 19ème siècle verra apparaître de nouveaux procédés de fabrication de l’acier sous forme de convertisseur BESSEMER et de four MARTIN
    • convertisseur BESSEMER : affinage de la fonte liquide par de l’air sous pression (ou par un mélange d’air et d’oxygène après 1950) à travers le métal en fusion versé dans une grosse cornue d’acier revêtu à l’intérieur d’un revêtement réfractaire ; on provoque alors la combustion du silicium, du phosphore et du carbone
    • four MARTIN : affinage par oxydation du métal à haute température en présence d’oxydes de fer avec recyclage d’aciers anciens, le carbone de la fonte étant alors transformé en oxyde de carbone
  10. bientôt, dans la période 1897/1905, le four électrique deviendra incontournable, pour des raisons techniques et/ou économiques ; il permettra en effet la fabrication des ferro-alliages – additifs ou correctifs destinés aux bains d’acier – ainsi que certains alliages que l’on ne savait pas fabriquer autrement par la métallurgie classique – le four électrique sera alors le seul équipement qui permettra d’accéder aux très hautes températures (2500 à 3000 °C), avec la garantie d’un acier homogène, peu oxydé par l’atmosphère du four, sans traces d’éléments indésirables tels que le phosphore, le soufre, etc. ; l’utilisation de laitiers (souvent à base de chaux) permettra l’épuration du bain et sa protection jusqu’à fusion complète
  11. une nouvelle industrie métallurgique va naître sur des sites de production hydro-électriques pour produire principalement des ferro-alliages
  12. Charles Albert KELLER, jeune ingénieur des Arts et Métiers, montrera dès 1900 un intérêt tout particulier pour cette nouvelle métallurgie du four électrique, l’électricité étant produite par les centrales de la vallée : Livet1, Livet2, Centrale des Vernes, Centrales de Bâton et du Lac Mort [les deux dernières : hautes chutes]

Les produits fabriqués dans la vallée de la Romanche à Livet-et-Gavet

Du temps de Charles Albert KELLER (1904 – 1940)

  • carbure de calcium : pour la production industrielle d’acétylène (lampes à acétylène + acétylène pour chalumeau oxyacétylénique + source de matière première pour l’industrie chimique : matériaux synthétiques)
  • fonte “synthétique” (Brevet KELLER) pour la fabrication de gros obus, produite à partir de tournures d’acier recyclées après usinage ; ce brevet permettait grâce au four électrique une carburation contrôlée du fer

Pour les aciers moulés et la métallurgie

  • alliage fer-silicium-manganèse [silico-spiegel]
  • ferro-silicium – ferro-chrome – ferro-manganèse
  • acier
    • acier non allié (acier ordinaire) : Fer + Carbone uniquement
    • acier allié de haute qualité : Fer + Carbone + Cobalt + Manganèse

Usine des Clavaux

  • carbure de calcium [Compagnie Universelle d’Acétylène et d’Électrométallurgie]
  • ferro-silicium : utilisé dans la construction électrique (circuits magnétiques de machines et de transformateurs)
  • Actuellement, Ferropem (Usine des Clavaux) fabrique du Silicium métallurgique

Usine de RioupérouxAlais, Froges et Camargue (AFC)

  • aluminium et alliages d’aluminium [Alpax] (jusqu’en 1991)

Nota : l’énergie électrique de certaines centrales de la vallée est revendue aux villes de Grenoble et de Saint-Étienne pour leur éclairage – Centrale de Livet2 ; L’Électrique de Rioupéroux (Ets Neyret)

L’apport du four électrique à arc a permis à la métallurgie de la fonte et de l’acier de faire d’immenses progrès et de garantir la qualité des bains de fusion en grande partie grâce aux ferro-alliages, au spiegel, etc. tout en diminuant les coûts de production.

 Appendice

Métallurgie et Sidérurgie

  • La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi l’industrie de la fabrication des métaux et de leurs alliages, qui repose sur la maîtrise de cette science.
  • La sidérurgie est l’ensemble des techniques et des industries qui assurent la fabrication du fer et des alliages qui en sont composés. C’est un sous-domaine de la métallurgie.

Définition des ferro-alliages

    Ce sont des alliages métalliques à base prépondérante de fer, dans lesquels celui-ci est associé à un autre métal et parfois à plusieurs, et qui sont destinés :

    • soit à purifier, désoxyder, réchauffer les bains de fonte et d’acier en fusion
    • soit à constituer un apport de qualité pour améliorer leurs caractéristiques des aciers ; celles-ci sont définies par avance en fonction de leur usage : dureté, élasticité, tenue à la chaleur, tenue au choc, etc.

    Chaque ferro-alliage a un usage bien précis en métallurgie pour l’élaboration des aciers modernes ; exemple : l’acier inoxydable composé de Fer + Carbone + Nickel + Chrome

    Problématique du Béton

    • La Centrale des Vernes est en béton armé et en ciment moulé – Les Pilotis du pavillon Keller à Livet sont en béton armé
    • Autrefois, d’abondantes fumées de silice étaient éjectées lors de la fabrication des ferro-silicium, aujourd’hui, elles sont récupérées ; la très fine poudre obtenue est vendue pour être incorporée dans des bétons “hautes performances” dans lesquels elle remplit les interstices des grains de ciment

    Source

    Ce mémorandum a été élaboré à partir de l’ouvrage de M. Gilles REY : Le seigneur de la Romanche : Charles Albert Keller [1874-1940] – Éditions : Les Amis de l’Histoire du Pays Vizillois (2015) – ISBN 978-2-9551929-1-7

    Document préparé par Jacques Droguet, 2022