malléable
mal-le-a-ble
adjectif
1. Pouvant être mis en forme ou formé, comme par martelage ou pression: un métal malléable.
2. Facilement contrôlés ou influencés : » Les Britanniques [ had] avaient favorisé le frère qui les frappait comme un homme tout à fait plus aimable, plus malléable, plus tempéré » (Paul Scott).
a. Capable de s’adapter aux circonstances changeantes; adaptable: un leader malléable qui n’a pas peur des compromis.
b. Capable d’être modifié ou ajusté pour répondre à des besoins particuliers ou variés: les rythmes malléables du jazz.
Dans les années 1700 et 1800, une transformation a commencé en Grande-Bretagne qui a créé le monde moderne: la Révolution industrielle.
Le matériau de l’époque était le fer: dans les ponts, dans les machines, dans les usines qui abritaient les machines, dans les locomotives de chemin de fer et les voies ferrées. Le fer était partout.
Et pourtant ce n’était pas un matériau nouveau, après tout l’âge du fer britannique avait commencé vers 800BCE. Ce qui a changé, c’est que de nouveaux procédés ont été développés pour produire du fer en masse face à une demande énorme.
De la fin des années 1700 jusqu’à l’invention des procédés de production en série de l’acier dans les années 1860, la fonte malléable était le matériau préféré des ingénieurs en structure.
Le fer malléable ou forgé était fabriqué en quantités relativement faibles depuis des siècles, mais en 1784, un agent de la marine anglaise nommé Henry Cort breveta une nouvelle façon de le fabriquer. Le « processus de poudrage » de Cort, qui s’appuyait sur des travaux antérieurs du maître de forges Peter Onions, a transformé l’ingénierie et permis de créer de nouvelles formes de ponts et d’autres structures.
Fonte vs Fonte malléable
La fonte est fabriquée dans un haut fourneau, à partir duquel le fer fondu est coulé dans des moules. Le fer résultant a une teneur élevée en carbone et une structure cristalline qui le rend très dur mais aussi cassant, trop fragile pour travailler avec un marteau ou pour être utilisé dans des structures qui ont besoin de fléchir.
Le Deuxième Pont de fer, 1796. Construit à l’embouchure du déversoir de la rivière à Sunderland, ce pont a été construit en fonte et a poussé le matériau à ses limites avec une portée de 73 mètres. Si les ingénieurs construisaient des structures plus grandes et plus polyvalentes, ils auraient besoin de fer malléable – et beaucoup!
À partir de la fin des années 1400, la fonte malléable a été fabriquée selon un procédé en deux étapes qui consistait d’abord à fabriquer de la fonte dans un haut fourneau, puis à la raffiner. Au début, l’affinage se faisait dans une forge de parures dans laquelle la fonte était posée sur un lit de charbon de bois brûlant, puis battue et travaillée pour éliminer les impuretés.
La nécessité d’une nouvelle méthode de fabrication de la fonte malléable était motivée par le besoin de plus grandes quantités et aussi par le fait que la forge de parures ne fonctionnait pas bien avec la fonte fabriquée dans les nouveaux hauts fourneaux à coke. En effet, la fonte à base de coke avait une teneur en soufre plus élevée que celle à base de charbon de bois, ce qui rendait le fer fragile même lorsqu’il était chauffé.
Le processus de puddlage
Illustration d’un puddler et de son four avec de la fonte empilée à côté de celui-ci d’après « The Metallurgy of Iron » de Thomas Turner, 1920. L’homme tient son « raddle », une longue tige de fer avec un crochet à l’extrémité pour remuer la masse de fer fondu. Il devait retirer la tige régulièrement et la tremper dans l’eau pour l’empêcher de fondre.
Pat Quinn est passé de fondeur au début des années 1900 à travailler pendant quatre ans comme puddler à Coatbridge dans les années précédant la Première Guerre mondiale. Il a été interviewé dans les années 1980.
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Le puddlage a été le premier procédé réussi pour fabriquer de la fonte malléable à partir de fonte brute sans utiliser de charbon de bois. Contrairement à la parure, le fer n’était pas en contact direct avec le combustible d’un four à poudrage, seulement avec les gaz chauds qui s’en dégageaient. Cela a permis de réduire la quantité d’impuretés dans le fer fini. La réaction chimique de base était la même que dans les parures, mais la nouvelle méthode était plus efficace.
Schéma d’un four à poudrage.
Avant de pouvoir être utilisé, l’intérieur du four à puddler devait être chauffé doucement et recouvert d’oxydes de fer pour le protéger. Cela s’appelait « fettling ».
Charger un four à puddler, 1916: ce puddler soulève un « cochon » en fonte prêt à le mettre dans le four.
Illustration de la fonte après qu’elle a été mise dans le four à puddler. Extrait de « La métallurgie du fer » de Thomas Turner, 1920.
Le puddling impliquait beaucoup d’habileté, ainsi que de force. Comme le dit l’historien Richard Hayman dans son livre « Ironmaking » (2005), le puddling « était une technique, pas une technologie Whereas Alors que le mouvement d’un moteur était prévisible et reproductible, le produit d’un four à puddler dépendait de divers facteurs, notamment de l’habileté et du jugement de l’ouvrier. »
C’était important, en particulier dans le génie civil où un niveau de qualité constant était nécessaire. Une forge malléable pourrait se forger une réputation grâce à la compétence de sa main-d’œuvre, comme lorsque la jeune entreprise de David Colville &Sons a remporté le contrat de production de ferronnerie malléable pour le deuxième pont Tay après l’effondrement du premier.
Les puddlers étaient généralement de jeunes hommes car le travail nécessitait beaucoup d’efforts physiques. La production d’un four à puddler était essentiellement régie par le poids qu’un homme pouvait soulever avec une boule de fer puddlé pesant généralement environ 5cwt (environ 250kg!). Les puddlers ont souvent dû prendre leur retraite et trouver d’autres emplois en raison d’une blessure. Ils souffraient fréquemment de problèmes oculaires en regardant dans la fournaise flamboyante.
Retirer la boule de fer puddlé du four a pris une force immense.
Lorsque la boule de fer puddlé était jugée prête, le puddler la sortait du four. Maintenant, le bardeau prenait le relais, transférant la charge sur l’enclume d’un « marteau à bardeaux ». C’était un marteau à vapeur qui frappait à plusieurs reprises la masse de fer, forçant de petits morceaux de scories comme des étincelles. Le résultat a été un morceau de fer avec moins d’impuretés et suffisamment plat pour passer dans un laminoir.
L’image ci-dessous montre un marteau à bardeaux au travail à la Waverley Works de Coatbridge en 1920, le dernier endroit du « Burgh de fer » à utiliser le processus de puddlage.
Une fois que le fer en poudre était suffisamment plat, il était passé dans un laminoir pour l’amincir en fer à barres d’épaisseur constante et avec des côtés plus lisses. Le fer rougeoyant était passé à plusieurs reprises à travers des espaces de plus en plus petits entre les rouleaux du moulin. La taille finie dépend de l’utilisation prévue du fer. Encore une fois, l’image ci-dessous montre les œuvres de Waverley en 1920.
Illustration d’un laminoir. Le fer passait d’abord par les rouleaux de la main gauche, puis passait lentement à travers les espaces de plus en plus petits vers la droite.
Illustration d’un laminoir tiré d’un manuel de fabrication du fer et de l’acier de 1916.
Une vue plus rapprochée d’un support de moulin de 2 hauteurs montrant les espaces de différentes formes entre les rouleaux. Le mécanisme à vis sur le dessus soulève et abaisse le rouleau supérieur pour faire varier la distance entre les deux rouleaux.
Le Puddling arrive en Écosse
À la fin des années 1830, des forges malléables ont été ouvertes dans le North Lanarkshire à Calderbank et à Dundyvan. C’était plus de 50 ans après l’invention du puddling. Après tout, Henry Cort avait organisé des démonstrations de son nouveau procédé à Édimbourg dès 1784. Cependant, au début des années 1830, Joseph Hall a proposé une version améliorée du processus de puddlage, appelée « puddling humide ». La différence était que Hall tapissait son four de scories grillées plutôt que de fonte. En plus d’accélérer l’ensemble du processus, le puddlage humide était plus compatible avec la fonte écossaise.
Une partie du revêtement d’un four à poudrage trouvé lors de fouilles sur le site de la forge supérieure de Moffat.
Les changements technologiques ont également apporté des changements sociaux. Tout comme l’industrie de la fonte brute avait attiré des travailleurs dans le North Lanarkshire en provenance d’Irlande et des Highlands d’Écosse, l’industrie de la fonte malléable a également amené des immigrants. Le puddling avait commencé en Angleterre plusieurs décennies plus tôt, de sorte que les zones de travail du fer malléable de ce pays étaient des sources de main-d’œuvre qualifiée.
En 1819, lorsque la Calderbank works a roulé les plaques de fer pour le premier bateau en fer d’Écosse, elle l’a fait en utilisant du fer malléable importé. Au milieu du siècle, Calderbank était l’un des plus grands producteurs du pays avec 60 fours à puddler.
Maisons ouvrières à côté de l’usine de fer de Dundyvan. La section en fonte malléable est visible à droite. Les deux rangées inférieures des maisons sont appelées « Carré anglais » reflétant l’origine de leurs occupants.
Acier &le déclin de la fonte malléable
L’acier est un alliage de fer. Il est plus résistant et plus léger, propriétés idéales pour l’ingénierie.
L’acier était fabriqué en petites quantités depuis des siècles. Il a également été fabriqué dans le Lanarkshire. Par exemple, au début des années 1800, la forge de Calderbank fabriquait des couverts en acier.
Le milieu des années 1800 a vu des changements technologiques qui rendraient possible la production d’acier à une échelle qui finirait par éclipser l’industrie de la fonte malléable. Deux méthodes concurrentes de fabrication de l’acier, le procédé Bessemer (précurseur d’une manière dont l’acier est largement fabriqué aujourd’hui) et le procédé Siemens-Martin (ou « à foyer ouvert ») sont devenus dominants.
En Écosse, c’est le procédé Siemens-Martin qui a remporté la victoire. En effet, la fonte écossaise (riche en phosphore) était mieux adaptée à ce processus, qui était similaire au processus de puddlage, sauf que le mélange n’avait pas besoin d’être agité à la main pour que les fours puissent être beaucoup plus grands. Un autre avantage de ce procédé est qu’il utilisait de la ferraille ainsi que de la fonte brute.
L’époque où la production d’acier de masse a commencé en Écosse avec les usines Hallside de la Steel Company of Scotland, suivie quelques années plus tard par David Colville &Les usines Dalzell de Sons ont vu le marché de l’acier se développer rapidement. L’acier était initialement plus cher que le fer, mais ses avantages dans la construction navale, la chaudronnerie et les lignes de chemin de fer en valaient la peine et, à mesure que la production augmentait, le prix baissait. Un moment clé est venu en 1876 lorsque l’architecte naval en chef de la Royal Navy a approuvé l’utilisation de l’acier à foyer ouvert dans les navires de la marine.
Étonnamment, peu de forges malléables ont été converties pour fabriquer de l’acier, notamment les usines Dalzell à Motherwell. À la fin des années 1800, le marché de la fonte malléable se contracte rapidement et la majorité ferme, y compris les premières forges de Motherwell à Milton.
Les premières forges de Motherwell photographiées lors de la démolition au début des années 1900.
Calderbank, l’une des premières forges écossaises à adopter le puddling, est typique de ce déclin. Elle ferme en 1887 mais trois ans plus tard, une nouvelle aciérie ouvre sur le même site. D’autres forges ont survécu alors que les opérations de laminage pour les entreprises sidérurgiques se poursuivaient à Waverley Works de Coatbridge dans les années 1950, la dernière d’une industrie autrefois énorme.