Soutenance mémoire
Histoire de la sidérurgie (De l’âge du fer à l’ère d’acier)
Voilà bien longtemps que les hommes ont constaté qu’en martelant la pâte de fer avec du charbon de bois naît un matériau différent, plus dur. Et depuis près de 4 000 ans (CIEMRA, 2017), ils « battent le fer ». Mais avec les siècles, les techniques sont devenues de plus en plus complexes et mieux maîtrisées. Le décollage industriel de l’acier, amorcé au début du XIXe siècle, s’effectue véritablement à la fin des années 1860 grâce à de nouveaux procédés de fabrication qui permettent sa production à grande échelle (CIEMRA, 2017). Aujourd’hui, on ne peut plus vivre sans acier. Il s’est définitivement imposé sous toutes ses formes.
L’Antiquité
La datation de l’Âge du fer varie dans le temps selon les historiens et les experts en métallurgie. Pour certains, il commence à la fin de la préhistoire, ver 2500 ans avant Jésus-Christ, époque nommée âge du fer. Il reste cependant difficile de dater ces premières utilisations car elles se font isolément en différents points de la planète (Olivier, 2006). Pour d’autres, La première apparition du fer sous sa forme la plus primaire se situe entre 1650 et 1700 avant notre ère, chez les Hittites et les Chalybes, peuples d’Asie mineure, une région riche en mines de fer (CIEMRA, 2017). En Afrique de l’Ouest, l’ancienneté des objets en cuivre et en fer remonte à 1500 ans avant l’ère chrétienne (Bocoum, 2002). À cette époque, en Europe, on est encore à l’âge de bronze, l’âge du fer commencera bien plus tard vers 1100 avant J.C. dans les régions méditerranéennes (Olivier, 2006) – (Tomsin, 2011) et de 700 av J.C. en Europe du Nord (Olivier, 2006). En Turquie, le MoyenOrient et le nord de la Péninsule Arabique le fer apparait vers 1000 avant J.C. (Kӧnig, 2017). Dans ces régions, pour transformer le minerai de fer en métal, les premiers métallurgistes utilisaient des fourneaux rudimentaires en terre appelés les « bas fourneaux », utilisés une ou deux fois seulement (Olivier, 2006). Ces fours étaient simplement constitués par un trou creusé à même le sol, paré de pierres qu’ils recouvraient de couches d’argile, ils chauffaient ensemble des couches alternées de minerai et de bois (ou de charbon de bois). On obtenait une masse de métal pâteuse qu’il fallait ensuite marteler à chaud pour la débarrasser de ses impuretés et obtenir ainsi du fer brut, prêt à être forgé dans une forge installée à quelques pas du foyer où se fabriquait le métal (Olivier, 2006) – (Tomsin, 2011) – (CIEMRA, 2017). Ce procédé appelé « le procédé direct » (Tomsin, 2011).
Le Moyen Âge
Jusque dans le courant du 12ème siècle environ, et en dépit de ses inconvénients, le procédé direct permet de répondre aux demandes en fer qui sont générées par un regain d’activité (Tomsin, 2011) – (CIEMRA, 2017). Survient alors ce que l’historien français Jean Gimpel nomme la « Révolution industrielle du Moyen Âge » (Tomsin, 2011).
En raison d’une importante croissance démographique (en particulier durant les 12ème et 13ème siècles), les besoins en fer augmentent considérablement. Parmi d’autres applications, ce métal s’avère nécessaire pour le ferrage des chevaux, la consolidation des outils agricoles, les constructions civiles et religieuses, la construction navale et le charronnage (Olivier, 2006) – (Tomsin, 2011) – (CIEMRA, 2017). C’est au point qu’en 1260, le frère franciscain Barthélemy l’Anglais écrit que «le fer est plus utile à l’homme que l’or… Sans fer, le peuple ne pourrait se défendre contre ses ennemis…. Tout métier manuel demande l’emploi du fer sans lequel nul ne pourrait cultiver la terre, ni construire une maison » (Tomsin, 2011). Dans le but d’accroître la production de fer et agrandir la capacité du fourneau. Les bas fourneaux qui sont utilisés jusqu’au 14ème siècle se dressent de plus en plus haut au-dessus du sol (Olivier, 2006) – (CIEMRA, 2017). Celui-ci à ce point volumineux qu’il est désormais dénommé « haut-fourneau » (Tomsin, 2011). Cependant, le haut fourneau ne fonctionne pas de la même manière que le bas fourneau, car le maniement des soufflets devient pénible et la loupe de fer étant plus volumineuse c’est à grand-peine que les forgerons parviennent à la marteler sur l’enclume avec la seule force de leurs bras (Gillard, 2012). Ces difficultés provoquent une transformation capitale dans la métallurgie : l’utilisation de l’énergie hydraulique dans la manœuvre des lourds marteaux de forge et des appareils de souffleries (Sarreste, 2008) – (Leroy, 2010) – (Gillard, 2012) – (CIEMRA, 2017). Les usines, d’itinérantes qu’elles étaient, s’installent sur les rivières et deviennent fixes. L’industrie du fer se localise sur les ruisseaux dont le courant d’eau est rapide et le débit suffisant pour actionner plusieurs roues à aubes (Gillard, 2012). Comme le bas fourneau, le haut-fourneau se charge par l’ouverture se trouvant à son sommet « la gueule ». Il est cette fois complètement en pierres maçonnées, quadrangulaire à sa base et ses murs présentent un léger fruit (Tomsin, 2011). Le minerai broyé et lavé, et le charbon de bois sont versés en couches alternées dans la cuve du fourneau « le ventre » (Tomsin, 2011). À l’aide de l’air insufflé par la roue hydraulique, le mélange est porté à une température supérieure à celle obtenue dans le bas fourneau (1300° C environ). Et on obtient ici un nouveau métal appelé « la fonte » (Olivier, 2006) – (Tomsin, 2011) – (CIEMRA, 2017), cette fonte descends vers le fond du fourneau. Après avoir percé le bouchon d’argile placé dans l’ouverture aménagée à la base de l’édifice, la fonte s’écoule dans une rigole creusée à même le sol. Ensuite, elle est récupérée par les fondeurs à l’aide d’une sorte de louche enrobée d’argile et équipée d’un long manche. La fonte obtenue est plus résistante en compression avec le fer, mais en raison de sa forte teneur en carbone elle est particulièrement fragile aux chocs. Pour la décarburer, il faut procéder à son affinage (Tomsin, 2011). La décarburation de la fonte s’effectue dans un foyer d’affinage ; un feu vif y est entretenu par l’air qu’insufflent les soufflets hydrauliques. Une extrémité de la gueuse est introduite dans le foyer et est portée à température de fusion. L’air s’associe au carbone de la fonte et s’échappe sous la forme de gaz carbonique. Goutte à goute, le fer coule au fond du foyer. La gueuse est poussée dans le foyer jusqu’à décarburation complète. Le fer est récupéré en loupe et est façonné en une sorte de lingot au martinet hydraulique. Cette fois le procédé mis en œuvre est dit « indirect » (Tomsin, 2011).
La révolution industrielle
Le 18ème siècle et le 19ème siècle
Dans l’histoire de l’Europe occidentale, ce que l’on nomme la « Révolution industrielle » consiste en une profonde mutation structurelle de la société, qui se caractérise par un déplacement de prédominance, depuis la société rurale, vers la société urbaine (Tomsin, 2011) – (Lekane, 2017). Au sens plus large, la révolution industrielle désigne l’ensemble des transformations techniques, économiques, sociales et culturelles qui ont permis le passage d’une économie agraire et artisanale à une économie industrielle. Elle intègre plusieurs révolutions liées les unes aux autre, on trouve par exemple lorsqu’on reviens aux commencements de la révolution industrielle, qu’elle a débuté par des transformations agricoles caractérisées par un développement aux niveaux des méthodes de production agricole, une amélioration des systèmes d’irrigation et de drainage, un amendement des terres et développement des engrais, c’est « la révolution agricole », qui a permis de libérer des commandes (machines agricoles, outillages et engrais), de la main d’œuvre pour les autres secteurs d’activité et surtout de la nourriture qui a conduit elle-même à l’émergence d’une « révolution démographique » due à une augmentation durable du taux de natalité et un abaissement significatif du taux de mortalités. Ainsi, cette explosion démographique a entraîné une augmentation de la demande sur les matières premières «la révolution des matières premières », spécifiquement dans les domaines de textile et de travail du fer. Où, le coton importé remplace la laine, et le charbon remplace le bois ce qui a augmenté l’exploitation du minerai de fer (Olivier, 2006) et a permis l’essor de la production de la fonte et donc de la sidérurgie par la filière fonte. Ceci a ouvert la voie devant une véritable révolution industrielle.
La révolution industrielle a commencé en Angleterre dans le secteur du textile. Le système traditionnel de la production artisanale à domicile est progressivement remplacé par le système des manufactures. Il s’agit de concentrer en un même lieu sur le capital technique (machines) et la main d’œuvre. À cette époque, un certain nombre d’inventions importantes ont contribué au développement de l’industrie, parmi eux on trouve ; l’invention de la machine à vapeur par James Watt 1736-1819 (Lekane, 2017), qui a donné lieu à des diverses applications dans le domaine du textile. Mais, leur importance a été plus marquée dans l’extraction des métaux, la transformation des métaux et la sidérurgie en particulier. Elle a joué un rôle important dans l’évolution de l’industrie du fer et a augmenté la rentabilité de leur production. Cette machine a été considérée comme un moteur à double effet permettant de pomper et exhaurer les eaux souterraines. Elle a pu alimenter des dizaines de machines, grâce à une puissance importante résultant de la conversion de l’énergie thermique provenant du chauffage des eaux souterraines en énergie mécanique qui alimente toutes sortes de machines. Brièvement, la machine de Watt est équipée par une chaudière qui chauffe l’eau pour la transformer en vapeur. La pression générée est ensuite utilisée pour pousser un piston à l’intérieur d’un cylindre. Le piston est accroché à une bielle qui permet de transformer le mouvement de translation en mouvement de rotation.
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Table des matières
Introduction générale
Problématique
CHAPITRE І : LA SIDÉRURGIE
1. Histoire de la sidérurgie (De l’âge du fer à l’ère d’acier)
1.1. L’Antiquité
1.2. Le Moyen Âge
1.3. La révolution industrielle
1.3.1. Le 18ème
siècle et le 19ème
siècle
1.3.2. Le 20ème siècle et aujourd’hui
2. Définition de la sidérurgie
3. Le fer métal et ses alliages
3.1. Le fer
3.2. La fonte
3.3. L’acier
4. Les matières premières utilisées dans la sidérurgie
4.1. Les minerais de fer
4.2. Les ferrailles
4.3. Le coke métallurgique
4.4. Fondants
4.5. Oxygène
5. Les opérations sidérurgiques (les procédés industriels d’élaboration des métaux et alliages)
5.1. La première opération « Élaboration »
5.1.1. La métallurgie primaire
5.1.1.1. La métallurgie primaire de la filière fonte
5.1.1.2. La métallurgie primaire de la filière ferrailles
5.1.2. La métallurgie secondaire
5.2. La deuxième opération « Coulée »
5.2.1. La coulée en lingotière
5.2.2. La coulée continue
5.3. La troisième opération « Mise en forme »
6. Les produits finis de la sidérurgie
6.1. Les produits plats
6.1.1. Les tôles
6.1.2. Les feuillards
6.1.3. Les larges plats
6.2. Les produits longs
6.2.1. Fils machine et les ronds à béton
6.2.2. Les poutrelles et les rails
6.2.3. Les palplanches
6.2.4. Les gros ronds pour tubes sans soudure
6.2.5. Les laminés marchands
6.2.5.1. Les profilés angulaires
6.2.5.2. Les profils pleins
6.2.5.3. Les fers plats
7. La production mondiale de la sidérurgie
7.1. La production mondiale du minerai de fer
7.1.1. Les pays producteurs du minerai de fer
7.1.2. Les principales compagnies minières internationales
7.2. La production mondiale de l’acier
7.3. L’industrie sidérurgique dans le Monde Arabe
7.4. Répartition de la production et de la consommation sidérurgique par région
CHAPITRE II : LES RISQUES LIÉS A LA PRODUCTION SIDÉRURGIQUE
1. Définition de risque
2. La typologie des risques
3. Les risques industriels
3.1. Risques industriels majeurs ou hauts risques
3.2. Risques professionnels
4. Risques liés à la production sidérurgique
4.1. Accidents sidérurgiques majeurs
4.1.1. Les incendies
4.1.2. Les explosions
4.1.3. Les intoxications au monoxyde de carbone
4.1.4. La pollution atmosphérique (les poussières et les fumées)
4.1.4.1. Le dioxyde de soufre
4.1.4.2. Les oxydes d’azote
4.1.4.3. Les matières particulaires
4.1.4.4. Les métaux lourds
4.1.4.5. Les émissions organiques
4.1.4.6. La radioactivité
4.1.4.7. Le dioxyde de carbone
4.1.4.8. L’ozone
4.1.5. La pollution des eaux
4.1.5.1. Les matières en suspension
4.1.5.2. Les métaux lourds
4.1.5.3. Les huiles et les graisses
4.1.6. La pollution des sols
4.2. Risques sidérurgiques professionnels
4.2.1. Les risques professionnels dans les cokeries
4.2.1.1. Les risques physiques
4.2.1.2. Les risques chimiques
4.2.1.3. Les risques mécaniques
4.2.1.4. Les risques thermiques
4.2.1.5. Les risques sonores
4.2.1.6. Les mesures de sécurité et de santé
4.2.2. Les risques professionnels dans les aciéries
4.2.2.1. Les risques thermiques
4.2.2.2. Les risques chimiques
4.2.2.3. Les risques physiques
4.2.2.4. Les risques sonores
4.2.2.5. Les risques d’incendie et d’explosion
4.2.2.6. Les mesures de sécurité et de santé
4.2.3. Les risques professionnels dans les laminoirs
4.2.3.1. Les risques thermiques dans les laminoirs
4.2.3.2. Les risques chimiques
4.2.3.3. Les risques physiques
4.2.3.4. Les risques sonores
4.2.3.5. Risques d’incendie et d’explosion
4.2.3.6. Les mesures de sécurité et de santé
CHAPITRE III : Évaluation de l’exposition aux bruit des travailleurs dans un laminoir de rond à béton du complexe sidérurgique d’El Hadjar (Annaba – Algérie) selon la norme européenne NF EN ISO 9612 (2009)
Notions fondamentales
1. Le son
2. Les caractéristiques physiques du son
3. Le bruit
4. Le bruit de l’environnement et les différentes sources de bruit
5. Le bruit en milieu de travail (Le bruit industriel)
6. Les niveaux de bruit et réglementation
6.1. Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A : 𝐿𝑝𝐴𝑒𝑞𝑇
6.2. Niveau de pression acoustique de crête: 𝐿𝑝, 𝐶𝑝𝑒𝑎𝑘
6.3. De 𝐿𝑝𝐴𝑒𝑞𝑇𝑒 à 𝐿𝐸𝑋, 8ℎ
6.4. Réglementations et Seuils d’exposition
7. Évaluation de l’exposition aux bruit des travailleurs dans un laminoir de rond à béton du complexe sidérurgique d’el-hadjar (annaba – algérie) selon la norme européenne nf en iso 9612 (2009)
7.1. Présentation générale du complexe sidérurgique
7.1.1. Historique
7.1.2. Localisation du complexe sidérurgique
7.2. Présentation du laminoir de rond à béton LRB
7.2.1. Historique de l’unité LRB
7.2.2. Les différentes zones de l’unité LRB
7.2.3. Procédé de fabrication du rond à béton
7.3. Méthodologie de mesurage des niveaux d’exposition au bruit
7.3.1. Analyse du travail : Identification des postes à évaluer et définition des groupes d’exposition homogène au bruit selon la norme NF EN ISO 9612 (2009)
7.3.2. Sélection de la stratégie de mesurage
7.3.2.1. Stratégie de mesurage
7.3.2.2. Equipements utilisés pour les mesurages
7.3.3. Mesurages
7.3.3.1. Les mesures du 02/03/2014
7.3.3.2. Les mesures du 03/03/2014
7.3.3.3. Les mesures du 04/03/2014
7.4. Présentation des résultats
7.4.1. Les résultats du 02/03/2014
7.4.2. Les résultats du 03/03/2014
7.4.3. Les résultats du 04/03/2014
7.5. Analyse et interprétation des résultats
7.6. Cartographie de bruit de l’unité LRB
Conclusion générale
