# Acier

> Du fer avec juste assez de carbone

- Date: v. 1 000 av. J.-C.
- Époque: Antiquité
- Domaine: [Matériaux & chimie](https://lastcodex.org/fr/domains/materials/)
- Palier: III (Artisanat & cités)
- Difficulté: 4/5
- URL: https://lastcodex.org/fr/inventions/steel/

L'acier est du fer qui contient un peu de carbone, en quantité maîtrisée, le plus souvent entre 0,1 et 1,5 % environ. Il se forge à chaud ; assez riche en carbone, il durcit quand on le chauffe puis le trempe, et le revenu le rend ensuite plus tenace, au prix d'un peu de dureté.

![Acier · Du fer avec juste assez de carbone](https://lastcodex.org/_astro/plate.CqU-mOHI_CdAUJ.webp)

## Légende

1. Soufflets
2. Foyer de forge
3. Acier chaud tenu à la pince
4. Bac de trempe
5. Convertisseur Bessemer
6. Tuyères d'air au fond du convertisseur

## Ce que c'est

Le fer pur est mou : un couteau qui en serait fait plierait et s'émousserait vite. Qu'on y ajoute un peu de carbone, de quelques dixièmes de pour cent à environ un et demi, et le métal se forge toujours à chaud. S'il contient assez de carbone, chauffé puis plongé dans l'eau ou l'huile, il devient assez dur pour entailler le fer. Cet alliage, c'est l'acier.

Par sa teneur en carbone, il se place entre deux autres matériaux. Le fer forgé ne contient presque pas de carbone : tenace et facile à souder, il ne durcit pas. La fonte en contient 2 à 4 % : elle se coule dans des moules, mais elle casse et ne se forge pas. L'acier, lui, passe de dur à tenace selon la façon dont le forgeron le chauffe et le refroidit. C'est aujourd'hui, de loin, le métal le plus utilisé.

## Comment ça marche

Les atomes de carbone, petits, se logent dans les interstices entre les atomes de fer. Froid, le fer en retient très peu, et l'excédent forme un carbure de fer très dur. Dans un acier refroidi lentement, ce carbure se dispose en fines lamelles alternant avec du fer doux : le mélange est solide et se lime encore.

Au-dessus de 727 °C environ, le cristal de fer commence à se réorganiser sous une forme qui dissout le carbone, et, une fois la transformation achevée, l'aimant n'attire plus le métal. La température et la durée de maintien nécessaires pour dissoudre assez de carbure dépendent de la nuance. Refroidi lentement, l'acier laisse le carbone ressortir sous forme de carbure. Trempé, il ne lui en laisse pas le temps : le carbone reste piégé dans un cristal déformé, la martensite, très dure et cassante comme du verre.

![Un burin montrant des bandes de couleurs de revenu, paille pâle au tranchant, puis brun, pourpre et bleu vers la tige](https://lastcodex.org/_astro/v1.CLXHzJ9B_Z2u2L27.webp)
_Quand on chauffe la tige, les couleurs gagnent le tranchant ; le forgeron refroidit l'outil quand la bonne y arrive._

C'est pourquoi on procède au revenu : on réchauffe l'acier entre 200 et 350 °C environ, ce qui détend le cristal et le rend bien plus tenace, au prix d'un peu de dureté. Sur l'acier poli se forme un mince film d'oxyde dont la couleur suit la température, du jaune paille pâle vers 210 °C au bleu foncé vers 290 °C, en passant par le brun et le pourpre. Ces couleurs, qui dépendent aussi du temps et de l'état de surface, ont longtemps servi de repère approximatif : paille pour un rasoir ou un ciseau à bois, pourpre à bleu pour un ressort. Le recuit, une chauffe suivie d'un refroidissement très lent, donne au contraire l'état le plus doux, facile à scier et à limer.

Sous 0,3 % de carbone environ, l'acier durcit peu ; plus il en contient, plus il devient dur et moins il pardonne un choc. Un fer enfoui dans du charbon de bois et maintenu au rouge pendant des heures absorbe du carbone par sa surface. Trempé ensuite, il acquiert une peau dure sur un cœur tenace : c'est la cémentation suivie de trempe.

## Comment s'y prendre

Le traitement thermique est la part de la sidérurgie à la portée d'un petit atelier. Partez d'une barre d'acier à outils non allié et riche en carbone, de nuance connue, et gardez la fiche du fournisseur : elle donne les températures, les durées de maintien et le milieu de trempe exacts. Une vieille lime est la source traditionnelle, mais son acier est inconnu et certaines limes bon marché ne sont durcies qu'en surface.

**Adoucir et façonner.** Recuisez la barre comme l'indique sa fiche. La méthode traditionnelle, qui consiste à la porter au rouge sombre puis à la laisser refroidir toute une nuit dans la cendre de bois, n'est qu'approximative. Meulez la barre adoucie en un petit chasse-goupille ou un burin, en la gardant froide.

**Tremper.** Chauffez l'extrémité de travail de façon égale, au charbon de bois ou au chalumeau. Le repère ancien veut qu'on chauffe jusqu'à ce qu'un aimant ne colle plus, puis un peu au-delà, jusqu'au rouge cerise vu à l'ombre, mais la température et le maintien indiqués par la fiche sont plus sûrs. Plongez la pièce droite et en entier dans le milieu de trempe qu'elle indique, en général de l'huile pour un petit outil, dans un bain de plusieurs litres maintenu bien au-dessous de son point d'éclair. Montez et descendez la pièce jusqu'à ce qu'elle refroidisse.

**Vérifier.** Une lime neuve passée sur la partie trempée doit glisser sans mordre. Si elle accroche, la surface a peut-être seulement perdu du carbone au feu, ou bien la trempe a échoué : meulez un petit point jusqu'au métal brillant et refaites l'essai avant de chauffer de nouveau.

**Faire revenir aussitôt.** La fiche donne la température et la durée du revenu, qu'un four tient le mieux : un cycle courant est une heure à température, un retour à la température ambiante, puis une seconde heure. La méthode traditionnelle est plus rapide et seulement approximative. Polissez l'extrémité à l'abrasif jusqu'au métal brillant, chauffez doucement la tige et regardez les couleurs avancer vers la pointe. Refroidissez l'outil quand le brun-pourpre, vers 260 à 270 °C, atteint le tranchant d'un burin, ou le jaune paille, vers 220 °C, celui d'un ciseau à bois.

> **Sécurité.** La chaleur de la forge brûle profondément, et l'acier sous le rouge paraît froid alors qu'il ne l'est pas : traitez toute pièce comme chaude. Portez des lunettes de protection, avec un écran facial par-dessus pour la trempe, des gants de cuir pour manier les pièces chaudes mais jamais au touret à meuler, des chaussures en cuir et des vêtements en coton ou en laine. Travaillez dehors ou avec une forte ventilation : la forge dégage du monoxyde de carbone et l'huile chaude de la fumée. Utilisez un bac à huile en métal avec un couvercle en métal à portée de main, et plongez la pièce entièrement et vite, ce qui limite les flambées. Si elle prend feu, fermez le couvercle ; ne jetez jamais d'eau sur de l'huile en feu et ne laissez jamais d'eau entrer dans l'huile chaude. Gardez un extincteur à poudre à proximité. Ne frappez, ne pliez, ne laissez tomber ni n'essayez de casser un acier trempé non revenu : il peut éclater en projetant des éclats coupants.

## Histoire et évolutions

Des fragments de Kaman-Kalehöyük, en Anatolie, datés vers 1800 av. J.-C., contiennent déjà de l'acier, sans doute par accident. Un pic de mineur du mont Adir, en Galilée, longtemps daté du XIIe siècle av. J.-C., présente une structure trempée puis légèrement revenue, mais sa date a depuis été mise en doute. Aucune trouvaille ne fixe le début d'une fabrication délibérée de l'acier. Cette planche retient par convention la date de 1000 av. J.-C. environ, l'époque où le fer entre dans l'usage courant au Levant, entre 1100 et 900 av. J.-C. environ.

![Un creuset d'argile brisé à côté du lingot d'acier arrondi qui s'y est solidifié](https://lastcodex.org/_astro/v2.BAII-_RH_15zMU9.webp)
_Un creuset cassé après la chauffe, et le pain d'acier qu'il contenait._

Dans le sud de l'Inde, du fer enfermé dans des creusets d'argile avec une matière riche en carbone était fondu en pains homogènes de 1 à 1,5 % de carbone ; à Kodumanal, au Tamil Nadu, des creusets remontent au IIe siècle av. J.-C. environ. Cet acier au creuset, que les Européens appelleront wootz, est celui des lames à motifs dites en acier de Damas. À Sri Lanka, des fourneaux à flanc de colline soufflés par la mousson ont produit de l'acier du VIIe au XIe siècle, peut-être pour le commerce dans l'océan Indien.

La Chine a suivi encore une autre voie. Une tombe du royaume de Yan, du début du IIIe siècle av. J.-C., contient déjà de l'acier trempé, mais le fer chinois était alors surtout de la fonte. En lui retirant du carbone, on obtenait des métaux plus doux : maintenue chaude à l'air pendant des jours, ou brassée dans un foyer d'affinage sous le vent des soufflets, la fonte devenait acier ou fer. Les foyers d'affinage fouillés datent du Ier siècle av. J.-C.

![Un caisson de cémentation rempli de barres de fer entre des couches de charbon de bois, à côté d'une barre d'acier boursouflé](https://lastcodex.org/_astro/v3.Cheh_ZgR_26yvzA.webp)
_Dans le caisson de cémentation, les barres de fer passent une semaine ou plus dans le charbon et en sortent boursouflées._

L'Europe moderne a pratiqué la cémentation, mise au point d'abord en Allemagne. À Derwentcote, en Angleterre, vers 1730, des barres de fer suédois enfouies dans le charbon de bois restaient six à dix jours au-dessus de 1 100 °C ; l'acier poule obtenu était ensuite mis en paquet et soudé à la forge en acier corroyé. Vers 1740, l'horloger Benjamin Huntsman fond l'acier poule dans des creusets et le coule en un acier homogène.

En 1856, Henry Bessemer souffle de l'air à travers de la fonte liquide : le carbone et le silicium brûlent, et leur chaleur garde le métal fondu. Les fours Martin suivent dans les années 1860. En 1952, à Linz, en Autriche, des convertisseurs soufflés à l'oxygène pur entrent en service ; ils produisent encore l'essentiel de l'acier, et les fours électriques, alimentés surtout en ferraille, environ 29 %.

## Chiffres clés

- Carbone: Environ 0,1 à 1,5 % ; moins dans le fer forgé, 2 à 4 % dans la fonte
- Chauffe de trempe: La transformation commence vers 727 °C ; chaque nuance a sa température de trempe et son maintien
- Couleurs de revenu: Paille vers 220 °C, pourpre vers 270 °C, bleu foncé vers 290 °C
- Soufflage Bessemer: Environ 15 tonnes de fonte changées en acier en 10 à 20 minutes
- Production mondiale en 2024: Environ 1,9 milliard de tonnes, dont 29 % au four électrique

## Nécessite

- [Métallurgie du fer](https://lastcodex.org/fr/inventions/iron-smelting/): Usage élargi vers 1200 av. J.-C. ; minerai, charbon et bas fourneau (v. 1 200 av. J.-C.)
- [Charbon de bois](https://lastcodex.org/fr/inventions/charcoal/): Le bois cuit sous la terre (v. 4 500 av. J.-C.)

## Mène à

- [Moteur à combustion interne](https://lastcodex.org/fr/inventions/combustion-engine/): De petites explosions, une puissance régulière (1876)
- [Boussole](https://lastcodex.org/fr/inventions/compass/): Une aiguille qui montre le nord (v. 1088)
- [Presse à imprimer](https://lastcodex.org/fr/inventions/printing-press/): Des caractères mobiles, copiés par milliers (v. 1440)
- [Béton armé](https://lastcodex.org/fr/inventions/reinforced-concrete/): L'acier en traction, le béton en compression (v. 1848)
- [Machine à coudre](https://lastcodex.org/fr/inventions/sewing-machine/): Mille points à la minute (1830)
- [Turbine à vapeur](https://lastcodex.org/fr/inventions/steam-turbine/): La vapeur qui fait tourner les alternateurs (1884)
- [Turbine hydraulique](https://lastcodex.org/fr/inventions/water-turbine/): La chute d'eau changée en électricité (1827)
- [Éolienne](https://lastcodex.org/fr/inventions/wind-turbine/): Le vent changé en électricité (1887)

## Sources

- [Iron and Steel in Early Europe](https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/iss/kap_a/backbone/ra_3_1.html), H. Föll, Kiel University
- [A Brief History of Martensites](https://sethna.lassp.cornell.edu/Tweed/Martensite_History.html), Sethna group, Cornell University
- [The Transition from Bronze to Iron in Canaan: Chronology, Technology, and Context (Yahalom-Mack & Eliyahu-Behar, 2015)](https://doi.org/10.2458/azu_rc.57.18563), Radiocarbon, Cambridge University Press
- [Early iron in China, Korea, and Japan (Wagner)](https://donwagner.dk/KoreanFe/KoreanFe.html), Donald B. Wagner
- [Crucible steel in South India: preliminary investigations on crucibles from some newly identified sites (Srinivasan & Griffiths)](https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-online-proceedings-library-archive/article/abs/crucible-steel-in-south-indiapreliminary-investigations-on-crucibles-from-some-newly-identified-sites/0C7F9DB996F0DD5758502D8F62201947), MRS Online Proceedings Library, Cambridge University Press
- [Wootz Crucible Steel: A Newly Discovered Production Site in South India (Srinivasan, 1994)](https://student-journals.ucl.ac.uk/pia/article/id/164), Papers from the Institute of Archaeology, UCL
- [Wind-Powered Furnaces](https://archive.archaeology.org/9609/newsbriefs/srilanka.html), Archaeology, Archaeological Institute of America
- [History of Derwentcote Steel Furnace](https://www.english-heritage.org.uk/visit/places/derwentcote-steel-furnace/history/), English Heritage
- [A Crucible of Steel History](https://westyorkssteel.com/blog/a-crucible-of-steel-history), West Yorkshire Steel
- [Bessemer Process](https://www.gracesguide.co.uk/Bessemer_Process), Grace's Guide to British Industrial History
- [Bessemer Converter](https://www.sheffieldmuseums.org.uk/whats-on/bessemer-converter/), Sheffield Museums
- [The history of LD steelmaking: back to the roots](https://www.primetals.com/en/metals-magazine/the-history-of-ld-steelmaking-back-to-the-roots/), Primetals Technologies
- [60 years of the Linz-Donawitz (LD) process](https://www.voestalpine.com/stahl/en/Stories/60-years-of-the-Linz-Donawitz-LD-process), voestalpine
- [The share of EAF in global steel production in 2024 increased to 29.1% (worldsteel data)](https://gmk.center/en/news/the-share-of-eaf-in-global-steel-production-in-2024-increased-to-29-1/), GMK Center
- [Austenitizing, Magnetism, and Heat Treating](https://knifesteelnerds.com/2019/03/18/magnet-heat-treating/), Larrin Thomas, Knife Steel Nerds
- [Steel Tempering Temperatures: Colour Chart](https://westyorkssteel.com/technical-information/steel-heat-treatment/tempering-temperatures), West Yorkshire Steel
- [Micrograph 27: Fe, 0.9 wt% C, martensite, water quenched from 800 °C](https://www.doitpoms.ac.uk/miclib/full_record.php?id=27), DoITPoMS, University of Cambridge
- [Solubility of carbon in iron (H. K. D. H. Bhadeshia)](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/solubility.pdf), Phase Transformations group, University of Cambridge
- [The meta-stable microstructure of martensite](https://gearsolutions.com/departments/hot-seat/the-meta-stable-microstructure-of-martensite/), Gear Solutions
- [Tetragonality of Fe-C martensite: a pattern matching electron backscatter diffraction analysis compared to X-ray diffraction (2020)](https://arxiv.org/abs/2002.01142), arXiv
- [AISI carbon steel mechanical characteristics (annealed AISI 1080: 174 HB)](https://engineersedge.com/materials/carbon-steel-properties.htm), Engineers Edge
- [1084 knife-making blade steel: heat treatment data](https://blacksmithsdepot.com/1084-knife-making-blade-steel), Blacksmith's Depot

Faits vérifiés le 2026-10-14.

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