vignette|Métallurgiste travaillant près des hauts fourneaux. vignette|Ouvriers de la métallurgie dans les années 1920.
La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements.
Par extension, on désigne ainsi l'industrie qui repose sur la maîtrise de cette science : de la fabrication des métaux et de leurs alliages, jusqu'à celle des biens qui en découlent.
Définitions Le mot métallurgie est formé à partir du mot grec , « mineur, ouvrier dont le travail s'exerce dans une mine ».
Une discipline qui se développe avec l'industrie La définition de la métallurgie a largement évolué au cours du . À partir des forgerons et leur accumulation de connaissances empiriques, la métallurgie est devenue au une science et dans le contexte de la révolution industrielle (et dans l'inconscient collectif), devenue synonyme d'acier, de hauts fourneaux, de laminoirs, de tréfileries, pour devenir ensuite une activité industrielle intenseActivité industrielle intense qui en France, par exemple, représentait encore directs ou indirects, dont 21 % de cadres, dans environ. Dans Statistiques industrielles, SESSI, ministère de l'Économie. Cité dans André Pineau et Yves Quéré, La Métallurgie : Science et ingénierie, EDP Sciences, 2011, lire en ligne. qui se préoccupe aussi de solutions de pointe, d'alliages spéciaux pour l'aéronautique, l'électronique, le bâtiment, l'automobile, le nucléaire et d'innombrables autres usages.
Ainsi, la métallurgie, en 1840, se définit comme G. A. Lampadius et G. A. Arrault, Manuel de métallurgie générale, vol. 1, Carilian-Goeury, 1840, lire en ligne..
Acception moderne Début , dans une définition qui le distingue d'un pur physicien ou d'un pur chimiste et qui correspond à la réalité des laboratoires publics et industriels, André Pineau et Yves Quéré, La Métallurgie : Science et ingénierie, EDP Sciences, 2011, lire en ligne.. En raison de son passé plusieurs fois millénaire et de l'ampleur de ses applications, la métallurgie est parfois considérée comme une activité plus proche des que d'une activité scientifique rigoureuse. Empruntant à la physique, à la mécanique, à la chimie, et aux mathématiques, elle a contribué à créer la science des matériaux et elle continue à la nourrir d'exemples, de concepts, et de méthodes expérimentales et théoriques. Le succès de la métallurgie tient en cinq mots : .
Actuellement, le terme de « métallurgie » peut donc désigner : l'industrie d'élaboration et de transformation des métaux. : métallurgie primaire, ou extractive : transformation des matériaux naturels (minerai) en métal, métallurgie secondaire : élaboration de matériaux utilisables par l'industrie, comprenant la réalisation d'alliages, les traitements thermomécaniques (laminage, trempe, revenu), la mise en forme en semi-produits (tôles, profilés) et les réalisations et réparations de biens qui en découlent. En langue française, le terme métallurgie extractive englobe les métallurgies primaires et secondaires. Pour les anglo-saxons, la métallurgie extractive ne concerne que la métallurgie primaire. ; la science étudiant les métaux (leurs propriétés, leur transformation) : métallurgie physique, métallurgie mécanique.
Histoire L'histoire de la métallurgie est liée à la mise au point des traitements techniques nécessaires pour transformer les métaux en matériau utilisable : le chauffage à une température suffisante et le forgeage.
Avant la métallurgie Parmi les arts du feu (domestiqué vers avant le présent, selon les régions), l'archéométallurgie ou paléo-métallurgie consiste dans le travail des éléments natifs, métaux natifs : or natif, cuivre natif, argent natif, électrum, étain natif, zinc natif, fer météorique, sans doute au début du néolithique.
Les humains préhistoriques ont exploré leurs territoires et leurs capacités d'habiter et de dominer leur environnement en utilisant les matériaux (minéral, animal, végétal) à leur portée, presque partout sur au moins : outils de la préhistoire, armement préhistorique, art préhistorique.
Pour la chasse, la pêche, la guerre, la cueillette, les outils, armes, instruments ou ustensiles (souvent composites) relèvent alors de :
l'industrie lithique (âge de la pierre, à partir de 3,3 millions d'années) : biface, lame, grattoir, racloir, raclette, feuille de laurier, pointe à cran, burin, polissoir, lissoir, microlithe, fléchette, poignard, couteau, faucille, hachereau, hache polie, herminette, mortier et pilon, meule... monnaie de pierre,
l'industrie osseuse, de matières dures animales (os, ivoire, corne, bois de cervidé, etc.) : retouchoir, pointe en os (sur os long) épingle, crochet, aiguille, , alène, stylet, fléchette, hameçon, harpon, crochet, gouge (outil), ciseau, peigne, propulseur, spatule, cuillère bâton de comptage, bâton percé (pour fabriquer ficelles ou cordes), houe (pioche en bois de cerf), Matériaux assimilés : coquillage, nacre, conque, monnaie de coquillages, paléo-monnaie, carapace de tortue... Autres matériaux d'origine animale : tendon (pour coudre), cuir, lanière, babiche, raquette à neige, fronde, courroie, sangle (portage en balance sur l'épaule, portage, bandoulière, traînage), embarcation : bouée en peau, kuffa, bull boat, coracle, oumiak, kayak, fourrure...
l'artisanat des matières végétales : arme contondante (écraser, broyer) : bâton, gourdin, épieu, massue, matraque, bokken, jô, arme de jet : sagaie, lance, arc, flèche, boomerang, bolas, manche, hampe, propulseur, pagaie, perche, pieu, pilotis, levier, matériau de construction, bois d'œuvre, mortier et pilon récipient (coupe, bol, assiette, saloir, seau), épingle (épine longue), aiguille à chas, broche, brochette, fourche, stylet, écorce de bouleau : récipient, toit, chapeau, mocassin, radeau (dont radeau de bambou), embarcation (balsa, bateau panier, almadía, barque, rabaska, canoë, currach, pirogue...), pont de liane, pont de singe, pont de corde inca, passerelle himalayenne, bâton percé (prestige), bâton fouisseur, houe, araire, chalumeau (tuyau de roseau ou de paille), tressage, vannerie (natte, panier, van), sparterie (en alfa), ficelle, corde, toron, liane (plante), nœud (lien), filet de pêche, aiguille à tricoter, crochet (tissage au doigt, ancêtre (avec le tricot aux doigts) de tous les arts textiles).
Toutes ces techniques artisanales, parfois pré-industrielles, ont perduré, certaines jusqu'au présent, accompagnant l'émergence et la diffusion des techniques de la métallurgie, longtemps réalisée par et pour une minorité puissante, et donc presque réservée à telle élite sociale, avant l'époque moderne.
Préhistoire et Antiquité Dans toute la suite de l'Antiquité seuls quelques métaux furent utilisés et pour certains, seulement travaillés. N'étaient connus que sept métaux : l'or (utilisé depuis -6000), le cuivre (-4200), l'argent (-4000), le plomb (-3500), l'étain (-1750), le fer (-1500) et le mercure (-750).
L'expression « âge des métaux » () est encore parfois utilisée pour caractériser la période 6000-1000 , donc 8000-3000 avant le présent : protohistoire.
La datation des différents âges des métaux dépend de la diffusion des métaux dans les différentes zones géographiques partagés entre : âge du cuivre, âge du bronze, âge du fer.
Comme l'indique Bertrand Gille dans l'Histoire des Techniques, si l'utilisation des métaux natifs est relativement simple à expliquer, il en est autrement pour la réduction des minerais car elle suppose la mise en œuvre de plusieurs savoirs : savoir qu'on peut tirer un métal d'un minerai, savoir traiter le minerai en mettant en place différentes méthodes : concassage, grillage préalable du minerai, et parfois l'additionner de fondant, inventer le charbon de bois, savoir que la température est le vecteur essentiel pour extraire le métal du minerai, donc maîtriser la construction des fours.
L'ensemble de ces techniques nécessaires rend l'histoire des techniques à ses origines impossible. L'hypothèse qu'émet Bertrand Gille est le hasard d'une découverte dans un four de potier construit avec des pierres comprenant des minerais riches en métaux et de la chaux ou du plâtre intervenant comme réducteurs permettant d'obtenir une température suffisante.
La mise en place de la métallurgie suppose une organisation sociale particulière. Si la céramique ne suppose qu'une activité familiale, la métallurgie suppose la mise en place d'une industrie avec de nombreuses personnes, des spécialistes et un marché ouvert. On peut aussi constater que, dans les premiers temps, les pays producteurs de minerais ne sont pas les pays consommateurs de métaux. On s'empare alors du métal par échange ou par la guerre.
L'usage du feu comme agent de transformation pour obtenir un métal des minerais fait que la métallurgie apparaît peu après la céramique. Dans la Méditerranée orientale on connaît le charbon de bois et le four permettant d'obtenir une température élevée.
Âge du cuivre (chalcolithique / énéolithique)
Le métal a été dans un premier temps travaillé comme de la pierre. Les premiers métaux reconnus par l’homme comme différents de la pierre, le cuivre et l’or, ont été trouvés dans la nature à l’état de métal et non de minerai. Parmi ces métaux natifs, le plus anciennement utilisé et travaillé (en Anatolie notamment à Çatal Höyük, au .) est le cuivre natif.
Le nom du cuivre dérive peut-être du grec ancien , « de Chypre », île célèbre dans l'Antiquité classique (gréco-romaine) pour ses gisements de cuivre. L'adjectif pouvait s'appliquer à tous types de productions de cuivre martelée ou de bronze, originaires de Chypre. Pour certains étymologistes, le mot « cuivre » signifierait d'abord un alliage, un « bronze de Chypre », île des mines de cuivre dans l'Antiquité, avant de s'appliquer à la matière métallique pure. Néanmoins les Romains, qui avaient hérité de la connaissance étrusque de la métallurgie, et qui connaissaient les ressources anciennes en cuivre natif de l'île ont ainsi qualifié le pur métal rouge du nom de l'île, dédié à la déesse Vénus/Aphrodite.
Les hommes commencèrent donc probablement par travailler le cuivre natif (c'est-à-dire, présent naturellement sous forme métallique) par martelage, et on peut supposer qu'ils s'aperçurent qu'il était plus facile de le travailler lorsqu'il était chauffé (phénomène de recuit : élimination des dislocations par la restauration et éventuellement recristallisation). Puis, en chauffant de plus en plus, ils s'aperçurent qu'il fondait et que l'on pouvait donc le mouler. Ceci constitua l'Âge du cuivre, vers -4000.
Une riche collection d’objets en or datant du a été découverte à Varna (Bulgarie) et, par ailleurs, quelques rares objets du également, en fer natif probablement météoritique, ont été mis au jour en Iran.
Âge du bronze
Le premier alliage fut le bronze (alliage de cuivre et d'étain). L'âge du bronze s'étend d'environ -2500 à -1000. Le cuivre natif étant rare, les hommes travaillèrent alors des minerais de plus en plus pauvres en cuivre natif, et ils s'aperçurent probablement que les faire chauffer, permettait non seulement d'extraire des minerais le cuivre par fusion, mais aussi de « transformer » le minerai en métal (réduction) ; c'est sans doute ainsi que sont nés les bas fourneaux, vers -1200.
Âge du fer