Qu’est-ce qu’un haut-fourneau ?

Son histoire

Nous (l’humanité) sommes dans la période historique de l’âge du Fer (Jésus-Christ ne nous a pas apporté un nouveau matériau  : il fut mis aux clous). Il y a quatre cents ans, tout le monde utilisait une technique de fabrication du fer appelée le bas fourneau. À l’époque, la différence de richesse entre les Européens et les Africains était de 20 %. Un bas fourneau a une hauteur de 2 mètres maximum. Un haut-fourneau a une hauteur de 4,50 mètres minimum. Il n’existe pas de moyens fourneaux car le fer qui en sortirait serait inutilisable, c’est un problème physico-chimique. Pendant des milliers d’années, bien que la logique poussait les métallurgistes à vouloir les plus gros fours possibles, la hauteur maximum de 2 mètres fut une limite partout dans le monde. Si cela ne fonctionne pas avec un four de 3 mètres de haut, pourquoi en construire un de 5 mètres ? Les Espagnols qui ont vu celui qui a construit le premier haut-fourneau ont dû le traiter de fou.

Les raisons qui ont poussé cet Homme à construire un fourneau d’une telle hauteur restent encore un mystère. Les avantages et la réussite économique de ses produits lui ont sûrement dû faire entrevoir la conséquence de sa découverte (ce fut, dans les premiers temps, le jackpot qui fera tomber les rois). À l’origine, la technique est très simple il suffit de changer légèrement la forme intérieure du bas fourneau et de lui donner une hauteur dépassant 4,50 mètres. La technique du haut-fourneau se répandit très vite en Europe car elle demande des outils très basiques (pelle, pioche, hache, marteau, burin). Une fois en fonctionnement, le four permet de reproduire et de produire une infinité d’autres outils. Une partie d’entre eux sont destinés à la vente mais d’autres sont produits pour améliorer et perfectionner le four. Ce qui va encore augmenter la production d’outils, d’où plus d’améliorations, d’où plus d’outils, d’où etc.

Si bien qu’en cent cinquante ans, elle déclencha la révolution industrielle. C’est-à-dire qu’en très peu de temps, elle permit des améliorations gigantesques dans tous les domaines (militaire, transport, agriculture, imprimerie, papeterie…).

Pendant ce temps, l’absence d’arbres au niveau du Sahara et les guerres ont fait barrière à la diffusion de cette technique vers l’Afrique. En 1790, en une semaine un Africain produisait 1 kilogramme de fer ; en une semaine, un Européen produisait 700 kilogrammes de fer (fonte). Autrement dit, le fer était sept cents fois moins cher en Europe qu’en Afrique, ou il était produit sept cents fois plus vite en Europe. C’est la différence entre la taille d’un lapin et d’un gros bœuf, entre la technologie d’un stylo et d’un ordinateur portable, entre la vitesse de la marche et d’un avion de chasse. L’écart d’aujourd’hui a été généré il y a deux cents ans avec la technique des hauts-fourneaux. À cette époque en Afrique, les explorateurs avaient laissé la place aux exploiteurs. Le commerce de denrées agricoles n’étant pas lucratif, les commerçants européens proposaient aux agriculteurs africains de les fournir en esclaves. L’agriculture est un secteur d’activité très friand en outils ferreux (pelle, pioche, machette…). Dans les comptes des hauts-fourneaux français de l’époque, il est inscrit qu’une partie de la production était consacrée à la réalisation de lest pour les bateaux du commerce triangulaire. Sur le trajet de l’Europe vers l’Afrique, les bateaux, s’ils n’étaient pas chargés, étaient très exposés aux problèmes de navigation. C’est pour cela que le fond de leur cale était chargé de chaînes, d’objets et de poids en fer. Ensuite ils les remplaçaient par le poids des esclaves puis par le poids des produits américains puis ils recommençaient avec du fer… Sur les côtes africaines, les esclaves (au total plus d’un milliard de kilos d’humains) étaient échangés contre du fer. Le fer ne coûtait pratiquement rien aux sociétés européennes et en Afrique le fer valait l’or car sa difficulté de production le rendait aussi précieux qu’un métal rare.

Ce commerce inéquitable a eu plusieurs effets : le premier étant la fracturation de la société africaine par l’augmentation des clivages entre les corporations (pêcheurs, agriculteurs, éleveurs et forgerons). Il y a toujours eu de l’esclavagisme en Afrique mais ce fer a perturbé grandement le commerce interne car le pouvoir venait de ceux qui maintenant collaboraient avec les Européens (une forme d’évasion énergétique du continent). Les agriculteurs autrefois dominés par les éleveurs se sont mis à les chasser pour les ramener aux ports négriers d’où ils revenaient avec le fer des bateaux.

Le deuxième effet, encore plus catastrophique, c’est que ce fer extrêmement bon marché et en grandes quantités a éradiqué la production africaine de fer.

Comment fonctionne un haut-fourneau ?

Il y a trois ingrédients : le charbon, le minerai de fer et le fondant. Ils sont placés en couches avec une alternance d’une couche de charbon suivie d’une couche de minerai mélangé au fondant.

Les morceaux de charbon ont la taille d’un poing alors que le minerai et le fondant ont la taille d’une noix. Ils sont placés dans une cheminée légèrement pyramidale. En bas de cette cheminée, un rétrécissement brutal, à 70  centimètres du sol, fait que le charbon et le minerai ne tombent pas au fond. Ils restent comme en suspension dans l’air. Le principe est exactement le même que lorsqu’on remplit une bouteille avec du gravier et que l’on retourne la bouteille. Les cailloux ne s’écoulent pas et restent bloqués. C’est ainsi que, dans le four, est créé un espace vide entre (les cailloux) le bas du mélange charbon, minerai, fondant et (le goulot de la bouteille) le haut de la cuve remplie de métal liquide. C’est à ce niveau que l’air est injecté. L’air va monter et faire brûler les plus basses couches de charbon. Cependant la quantité d’air est bien contrôlée pour que le feu reste entre 70 et 150  centimètres de hauteur. Cette partie est appelée le ventre du four. Au-dessus, il n’y aura pas de flammes. Cela sera impossible car tout l’oxygène aura déjà été utilisé en dessous. Donc le charbon au-dessus de 150 centimètres ne pourra pas brûler, ce qui ne l’empêchera pas d’être réchauffé par les fumées. Dit plus scientifiquement, il s’élèvera en température grâce au flux de chaleur ascendant porté par l’agitation des gaz (monoxyde + azote). Cette chaleur est très importante car elle va permettre de faire des économies énormes : d’une part en charbon, car il sera déjà à une très haute température (1200 °C) au moment de son contact avec sa première molécule d’oxygène ; d’autre part cette chaleur montante va sécher les cailloux de minerai, les fissurer et ainsi les préparer à la fusion. C’est pourquoi lorsque cette mixture (charbon plus minerai plus fondant) arrivera au niveau du feu, elle aura besoin d’une très petite quantité d’énergie pour fondre. Avec un four bien réglé, on peut obtenir autant de métal que de volume de charbon. Autrement dit, on peut transformer une branche d’arbre en une barre de fer.

L’autre point important est la qualité de ce fer, c’est pour cela que l’on ajoute des fondants. La plupart du temps ce sont des pierres calcaires, vulgairement du plâtre. Cette pierre beige permet de rendre bien liquides les roches du minerai, elle permet aussi de protéger les gouttes de fer qui vont tomber dans la cuve. Comme ces gouttes de fer, en tombant, vont rencontrer le souffle d’air qui monte, il ne faut pas que le fer chaud et nu touche l’oxygène car sinon le fer va se transformer en rouille et ensuite donner un fer de très mauvaise qualité. C’est pour cela que les fondants transforment la roche accompagnant le fer en une sorte de verre qui va se mettre autour de la goutte et qui va la protéger du contact avec le souffle montant. Une fois qu’elle aura atterri dans le bain de métal, le fer étant plus lourd, il va tomber au fond de la cuve alors que sa protection en verre va venir flotter à la surface. Comme l’huile se sépare de l’eau dans une bouteille.

Après quelques heures, pendant lesquelles le surplus de déchets flottants (les scories) sera régulièrement enlevé, la cuve se remplira de fer liquide. Il sera temps de faire un trou et percer la base de la cuve pour que le métal liquide coule dans les moules.

Pour nous aider à la matérialisation du 1er haut-fourneau.