Haut fourneau · The Last Codex

Le haut fourneau est un four en forme de haute cuve qui transforme le minerai de fer en fonte liquide et peut marcher longtemps sans s'arrêter. Le fer y fond et s'amasse dans le creuset sous une couche de laitier. La Chine employait la fonte au Ve siècle av. J.-C. au plus tard, le plus ancien fourneau fouillé, à Jiudian dans le Henan, date du IVe ou du IIIe siècle av. J.-C., et le haut fourneau a gagné l'Europe au Moyen Âge.

Ce que c’est

Le haut fourneau est un four en forme de haute cuve, chargé par le haut et soufflé par le bas, dans lequel le minerai de fer devient de la fonte liquide. Le bas fourneau qui l’a précédé donnait à la fin de chaque opération une loupe de fer solide et spongieuse, qu’il fallait retirer avant l’opération suivante, tantôt par le haut ou par une arcade à la base, tantôt en cassant le four. Le haut fourneau chauffe davantage : son fer fond et s’amasse dans le creuset, si bien qu’il continue de marcher pendant qu’on soutire sa fonte liquide. Un fourneau pouvait marcher jour et nuit pendant de longues périodes sans être arrêté.

Il produit de la fonte. Elle contient beaucoup de carbone, ce qui la fait fondre à une température bien plus basse que le fer pur et lui permet de remplir un moule, mais la rend dure et cassante. On peut la verser directement en marmites, en poêlons, en poêles de chauffage et en canons, ou l’affiner en fer doux et en acier, bien plus pauvres en carbone.

Le haut fourneau est une installation industrielle. Le gaz qui sort de son sommet est riche en monoxyde de carbone, un poison sans couleur ni odeur, et la fonte et le laitier qui s’en écoulent sont liquides et bien plus chauds que n’importe quel feu domestique. Des fuites de gaz de haut fourneau ont envoyé des ouvriers à l’hôpital jusque dans les aciéries modernes. Il n’en existe pas de version réduite qu’on puisse faire marcher sans danger.

Comment ça marche

Dans le fourneau, deux courants se croisent. La charge solide descend lentement dans la cuve, tandis que le gaz chaud du feu qui brûle devant les tuyères, les buses par lesquelles les soufflets envoient l’air près du bas, monte à travers elle et prend l’oxygène du minerai en chemin. Le charbon de bois fut le combustible des premiers fourneaux.

À gauche, un court gueuset de fonte grise cassé en deux, sa cassure grise et grenue tournée vers le spectateur ; à droite, une barre plus mince de fer forgé pliée en U sans s’être rompue La fonte grise casse avec une cassure grise et grenue ; le fer doux, pauvre en carbone, plie sans se rompre.

Libéré du minerai, le fer reste au milieu du combustible incandescent et absorbe du carbone, ce qui abaisse son point de fusion : il fond et coule goutte à goutte dans le creuset au lieu de rester solide comme dans un bas fourneau. Les matières terreuses du minerai fondent en laitier, une masse vitreuse plus légère que la fonte, qui flotte au-dessus d’elle. Tous deux sortent du fourneau à l’état liquide, et le gaz usé s’échappe par le haut.

La forme intérieure suit ce mouvement. La cuve s’élargit vers le bas, ce qui aide la charge à descendre sans se coincer, puis se resserre au-dessus du creuset, là où une grande partie de la charge a fondu et prend moins de place. Plus dense que le laitier, la fonte liquide s’accumule au fond du creuset, sous le niveau des tuyères.

Histoire et évolution

Lame d’herminette chinoise en fonte de l’époque des Royaumes combattants : une lame qui s’élargit un peu vers le tranchant droit, en bas, et se resserre en haut en un col terminé par une douille rectangulaire ouverte pour le manche Une herminette en fonte de l’époque des Royaumes combattants. Les fonderies chinoises coulaient de tels outils en grand nombre.

En Chine, on coulait le fer dans des moules au Ve siècle av. J.-C. au plus tard, et l’on a retrouvé dans le Hubei et le Henan des houes, des herminettes et des faucilles en fonte de cette époque. Le plus ancien fourneau fouillé à ce jour, à Jiudian, dans le district de Xiping (Henan), date de la fin des Royaumes combattants, au IVe ou au IIIe siècle av. J.-C. ; il était bâti en argile contre une pente. Des sites sidérurgiques de la dynastie Han, qui régna de 206 av. J.-C. à 220 apr. J.-C., ont été fouillés du Henan, au nord, jusqu’à Xuxiebian, dans le Sichuan, avec les restes de leurs hauts fourneaux et des foyers d’affinage où l’on transformait la fonte.

En Europe, des hauts fourneaux fonctionnaient au XIIIe siècle. Les fouilles en ont trouvé de très anciens à Lapphyttan en Suède, à Dürstel en Suisse et dans le Märkisches Sauerland en Allemagne. Leurs soufflets étaient mus par des roues hydrauliques, et leur fonte partait dans un foyer d’affinage pour devenir du fer doux. Au fil des siècles suivants, le haut fourneau s’est répandu dans toute l’Europe et le bas fourneau a lentement disparu.

Deux morceaux de combustible côte à côte : à gauche, un morceau de charbon de bois noir mat qui garde les cernes et le fil du bois ; à droite, un morceau de coke gris argenté, poreux et bulleux, à l’éclat métallique Le charbon de bois garde le fil du bois dont il vient ; le coke, tiré de la houille, est gris, poreux et dur.

En 1709, à Coalbrookdale dans le Shropshire, Abraham Darby I fondit le fer au haut fourneau avec du coke, une houille cuite pour en chasser le goudron et les gaz. D’autres avaient essayé le coke avant lui ; Darby le rendit rentable, et l’on put désormais faire du fer là où il y avait du charbon plutôt que des forêts.

Le gain suivant vint du réchauffage de l’air. En 1828, James Beaumont Neilson, qui travaillait à l’usine à gaz de Glasgow, fit breveter le vent chaud : l’air était chauffé avant d’entrer dans les tuyères. Il économisait une grande part du combustible et se répandit vite dans les forges écossaises. Les fourneaux suivants devinrent bien plus grands, et le gaz recueilli à leur sommet servit de combustible dans l’usine.