Ce n’est pas un hasard si l’acier est devenu l’épine dorsale des infrastructures modernes. Cela s’est produit parce que quelqu’un a compris comment pomper de l’air à travers le fer en fusion assez rapidement pour empêcher le tout de geler pendant le processus. Cette méthode est le procédé Bessemer, la première méthode industrielle de production en série d’acier.
Sir Henry Bessemer reçoit le nom et le brevet. Mais l’idée n’était pas seulement la sienne. Ce fut un choc des esprits outre-Atlantique.
En 1847, William Kelly, homme d’affaires et scientifique de Pittsburgh, commença à mener des expériences. Son objectif était simple, mais radical : éliminer les impuretés de la fonte en soufflant de l’air. Sa théorie était que souffler de l’air aurait deux effets. Premièrement, l’oxygène réagirait avec les impuretés et les transformerait en oxydes, qui précipiteraient sous forme de scories. Deuxièmement, cette réaction chimique produirait de la chaleur. Cette chaleur était critique. Cela empêchait la masse fondue de se solidifier pendant le travail. Il a fallu plusieurs échecs pour prouver que cela fonctionnait. Une fois cela arrivé, il fut capable de produire rapidement des lingots d’acier.
Bessemer a travaillé de manière indépendante à Sheffield, en Angleterre. En 1856, il avait développé et breveté la même méthode. Kelly avait la science mais pas d’argent pour la mettre à l’échelle. Bessemer disposait du capital nécessaire pour en faire une réalité commerciale.
Le processus n’était pas encore terminé après l’obtention du brevet. Il fallait le peaufiner pour être utile. Robert Forester Mushet, un autre Anglais, a résolu le problème du bilan carbone. Une fois l’injection d’air terminée, il ajouta un mélange de carbone, de manganèse et de fer. Cela a restauré les niveaux de carbone et neutralisé les impuretés restantes telles que le soufre. Pendant ce temps, Goran Goransson, un maître du fer suédois, a redessiné le four lui-même. Il a rendu le convertisseur fiable.
Le résultat était un acier bon marché produit en grande quantité. Il est arrivé sur le marché en Grande-Bretagne et aux États-Unis. Soudain, dans la construction et sur les chemins de fer, il est apparu un matériau capable de résister à des contraintes plus importantes que le fer. Les pistes ont duré plus longtemps. Les ponts franchissaient des écarts plus grands. Le monde industriel était en train de changer.
Mécanique du convertisseur
Au centre de cette révolution se trouvait le convertisseur Bessemer. Cela ressemble à un énorme pot cylindrique. À l’origine, elle mesurait environ 6 mètres de haut. L’intérieur était recouvert d’un matériau ignifuge au silicate pour résister à la chaleur.
L’air est insufflé par les ouvertures situées au fond. On les appelle tuyères. L’explosion crée des oxydes. Le silicium et le manganèse font partie des scories. Les oxydes de carbone sont entraînés dans le flux d’air. Tout le changement se produit en quelques minutes. Ils vont de la fonte brute à l’acier prêt à être forgé ou laminé.
Pourquoi la conception originale a échoué en Europe
Il y avait un piège. Le convertisseur d’origine ne pouvait pas gérer le phosphore. La plupart des minerais de fer britanniques et européens contenaient des quantités importantes de phosphore. La doublure siliceuse ne pouvait pas l’enlever. L’acier restait fragile et défectueux.
La solution est venue de Sidney Gilchrist Thomas d’Angleterre. Il a inventé le convertisseur Thomas-Gilchrist. Au lieu d’un revêtement de silicate acide, un matériau basique tel que du calcaire brûlé a été utilisé. Ce changement chimique a permis d’éliminer le phosphore. Le procédé est devenu réalisable pour les minerais européens.
Un autre problème a persisté pendant longtemps. Le flux d’air a laissé un petit pourcentage d’azote dans l’acier. Cette lacune n’a été corrigée que dans les années 1950.
La montée et la chute du processus
Le procédé à foyer ouvert est né dans les années 1860. Il n’y avait aucun problème d’azote. Il a finalement surpassé le processus Bessemer. Le foyer ouvert a été la méthode dominante pendant des décennies. Elle a occupé cette position jusqu’au milieu du XXe siècle.
Plus tard, le foyer ouvert a été remplacé par un procédé basique à l’oxygène. Ironiquement, cette méthode moderne est en réalité une extension et un perfectionnement du procédé Bessemer lui-même.
L’héritage ne concerne pas seulement les machines. C’est dans l’horizon. Chaque fois que vous voyez une poutre en acier, vous voyez le résultat entre un Pennsylvanien sans le sou et un Anglais bien nanti. La science était partagée. Le crédit a été partagé. L’acier a été construit.
Nous l’utilisons toujours. Pas tout à fait de la même manière. Les fours ont changé. Le contrôle est désormais numérique. Mais l’idée de base reste la même. Soufflez de l’air à travers le métal pour changer sa nature. C’est un processus violent. C’est rapide. Et ça marche.
Il y a encore un débat sur la meilleure façon de gérer les niveaux d’azote dans la production d’acier moderne. La chimie est devenue plus précise. L’échelle a augmenté. Cependant, la question fondamentale n’a pas changé. Comment rendre l’acier suffisamment bon marché pour construire le monde, mais suffisamment solide pour le maintenir ensemble ?
La réponse a commencé avec un souffle d’air.
