Fer, Carbone, Acier

l'alliage des mots

07 janvier 2002

L'Office Technique pour l'Utilisation de l'Acier lui-même, dans ses documents [1], introduit le terme fer sous les vocables fers plats, petits fers, fer à béton, fer pour étirage, etc. On constate l'évidence d'une confusion des appellations entre le métal technique, l'acier, et pour une part, le métal du commerce, le fer. Dans le texte qui suit, nous nous proposons de montrer que, pour des raisons diverses et sous des aspects variés divers, cette confusion a souvent régné dans le passé.

Rappelons d'abord que fer, pris absolument, désigne un élément chimique, c'est-à-dire un corps composé d'atomes ayant des propriétés identiques. Cet élément peut s'allier à d'autres, et l'élément dont l'alliage avec le fer est le plus important est le carbone; tous les produits ferreux d'usage courant sont plus ou moins des alliages de fer et de carbone. Avant d'entrer dans le vif du sujet, il est bon d'examiner le diagramme(*) fer-carbone [2] où est exposé l'état du métal en fonction de la teneur en carbone (axe horizontal ou abcisse) et de la température (axe vertical ou ordonnée).

Chez les Grecs anciens, le fer s'appelle sideros, et ce terme apparaît comme un terme générique désignant le métal, sans référence à des qualités définies ou à un usage particulier. En effet, comme on peut le trouver chez A. BAILLY [3], les mots et expressions dérivés de sideros concernent aussi bien la production (mine de fer; qui produit du fer), que l'usage (fabriqué en fer; tressé en fer), l'emploi (couper avec du fer), et la symbolique (dur comme fer -inflexible-; au coeur de fer). En un mot, nous retrouvons chez les Grecs, l'acception générale du mot fer, telle que nous la connaissons. Le terme khalybs (ou chalybs), que nous traduisons par acier, vient de Khalybes (ou Chalybes), nom d'un peuple d'Asie mineure, généralement connu pour être le premier groupement humain qui a su produire du fer, et dont A. BAILLY dit : "Peuple du Pont renommé pour son habileté à travailler le fer et inventeur de l'acier." Ce peuple aurait à la fois créé la sidérurgie et su produire deux métaux ferreux, le fer et l'acier; cela semble possible si l'on considère qu'environ un millénaire s'écoule entre la naissance de la sidérurgie (1500/1700 ans avant J.-C.) et le moment où l'on parle d'acier en Grèce. Il reste qu'on peut se demander quelle était, pour les Grecs, la véritable différence entre sideros et khalybs.

Les Latins conservent le terme chalybs, probablement venu de Grèce, encore que l'Encyclopédie donne une autre origine : "Les Latins l'appelloient chalybs, parce que le premier acier qui ait été en réputation parmi eux venoit, dit-on d'Espagne où il y avoit un fleuve nommé chalybs, dont l'eau étoit la plus propre que l'on connût pour la bonne trempe de l'acier." [4]. Nous traduisons le chalybs latin par acier, car les exemples d'utilisation [5] montrent que c'est bien de ce matériau qu'il s'agit ; la légende citée par l'Encyclopédie ne peut que nous conforter dans cette façon de voir. A Rome, sideros ne sera employé que marginalement (l'aimant pour [5]) et on utilisera ferrum pour nommer le métal, d'une façon générale ou de façon métaphorique. Les dérivés de ferrum sont d'ailleurs nombreux, et montrent ainsi l'usage habituel de ce terme.

Le français conservera ferrum, devenu fer, dans des emplois analogues à ceux du latin : les usages généraux et métaphoriques. D'après GREIMAS [6] le terme fer est avéré au 10ème s.; il est également d'usage en espagnol (hierro, avec la transformation classique du f en h) et en italien (ferro). Le vocable chalybs est abandonné, sauf dans l'adjectif chalybé/ée, employé en pharmacie pour désigner un médicament contenant du fer. Cependant la nécessité persiste de faire la différence entre le métal courant, ordinaire, le fer, et un autre métal de nature plus spécifique. A travers le latin populaire aciarum, dérivé du latin acies (la pointe, le tranchant) (*), se forme le mot acier ; pour L'Encyclopédie et GREIMAS, il apparaît au 12ème s., mais LITTRé donne une citation du 11ème s. : "[Ils] ceignent espées de l'acer (**) vianes (de Vienne ?)." [7]. L'espagnol (avec acero) et l'italien (avec acciao) ont adopté le même mot.

Nous avons déjà compris que l'acier moyenâgeux est réservé à la fabrication de ce qui coupe, alors que le fer est le métal ordinaire, mais l'ambiguité est bien là ; LA CURNE nous cite le fer pour la garniture du sabot du cheval, mais cite aussi, (la) "glaive courte et grosse a fer pointevinal (en fer du Poitou)" [9] : le fer peut donc lui aussi trancher ou couper. Cela ne s'arrange pas chez FURETIèRE qui donne au fer des qualités particulières à l'acier (trempe, tranchant) : il nous dit que le fer est un "metail [métal...] dont on fait presque tous les outils des artisans pour couper et pour battre... La plus forte trempe du fer se fait dans le jus de refort [raifort]." [10]. L'Académie confirme en 1762 qu'avec le fer, "on fait toutes sortes d'armes, et la plus grande partie des instrumens qui servent aux artisans." [11]. A l'époque classique et au siècle des Lumières, le fer est donc bien le terme général, employé pour désigner toutes sortes d'alliages ferreux; la fonte de fer s'appelle d'ailleurs alors fer fondu. Quant à l'acier, FURETIèRE le décrit comme "un fer bien purifié par l'art... (ce qui) le rend plus blanc et plus solide avec un grain plus petit et plus fin." [10]. Il décrit ensuite quelques aciers particuliers; le meilleur est l'acier de Carmes (Allemagne) (*), avec lequel on fait des fusils, des burins, des outils dont la pointe ne casse pas, mais aussi des ressorts et des lames d'épée. Pour ce produit de qualité, nous trouvons donc chez FURETIèRE les caractéristiques propres à notre acier : dureté, possibilité de trancher, élasticité. Il n'en n'est pas de même pour l'acier commun qui termine l'énumération : il ne sert qu'à "acerer les enclumes et autres ouvrages". Au 18ème s., la description de l'acier se fait plus savante; l'Académie dit que c'est le "nom que l'on donne au fer, lorsqu'il est parfaitement pur, et très chargé de ce que les chimistes appelle le principe inflammable ou phlogistique (**), ce qui le rend beaucoup plus dur et plus élastique que le fer ordinaire." [11]. L'Encyclopédie fait écho : "L'acier n'est autre chose qu'un fer très-pur, et dans lequel (...) on a fait entrer le plus de phlogistique (**) qu'il est possible." [4]. Chez les praticiens, la distinction semble moins nette ; pour la fabrication d'un briquet, GRIGNON hésite entre le "fer trempé en paquet, ou (l)'acier trempé dur." [25] p.566 : si le fer et l'acier peuvent être trempés, où est la différence ?

On aborde maintenant le 19ème s., ou grâce à la nouvelle chimie mise en route par LAVOISIER, les idées sur le fer et l'acier vont évoluer; en particulier, dans les dernières années du 18ème s., le rôle du carbone est mis en avant : on apprend que les alliages ferreux diffèrent selon leur teneur en carbone. Mais la question de la fabrication trouble les esprits. Les méthodes sont très différentes; le métal peut être obtenu directement à partir du minerai (dans des bas foyers comme le foyer catalan), ou par décarburation plus ou moins poussée de la fonte (dans le foyer d'affinerie au charbon de bois, et bientôt dans le four à puddler); on peut passer du fer à l'acier par carburation (c'est la cémentation). Les matières premières ne sont pas moins diverses : on connaît des "mines (minerais) d'acier" qui donnent facilement de l'acier par le procédé direct, et d'autres, les plus nombreuses, avec lesquelles c'est impossible ; en Grande-Bretagne, on exige du fer de Suède pour fabriquer l'acier par cémentation ; jusqu'à la fin du siècle on opposera le fer au bois (affiné au charbon de bois), au fer à la houille (affiné dans le four à puddler). Il n'est pas possible de classer les produits obtenus selon leur seule teneur en carbone; d'ailleurs qui peut obtenir régulièrement une analyse de son fer ou de son acier ? Pratiquement personne au début du siècle; seulement les grandes entreprises vers la fin du 19ème s. La confusion des termes reste donc, et, par exemple vers 1850 on verra apparaître l'acier puddlé, qui, dans certains cas, et contre notre logique actuelle, contiendra moins de carbone que certains fers puddlés. Seul l'acier de cémentation, dont l'appellation n'a jamais été ambiguë et que l'on fondait pour l'homogénéiser, passait par une phase liquide ; l'affinage au charbon de bois et le puddlage donnaient, au sortir du four des produits pâteux. A partir de 1860, dans les procédés BESSEMER, THOMAS, MARTIN, la règle sera que le produit est toujours liquide, et cela ajoutera à la confusion : contemporain de l'acier puddlé, apparaîtra ainsi le fer BESSEMER.

A l'occasion de l'Exposition Universelle de Philadelphie en 1876, un comité international cherche alors à mettre de l'ordre dans les appellations :

- Le fer soudé est un composé ferreux malléable obtenu par tout procédé n'impliquant pas la fusion (par ex. l'affinage au charbon de bois), et qui ne durcit pas "sensiblement" par la trempe.

- L'acier soudé est un composé ferreux obtenu de la même façon que le précédent et qui durcit à la trempe.

- Le fer fondu est un composé ferreux malléable obtenu à l'état fondu, et qui ne durcit pas "sensiblement" par la trempe.

- L'acier fondu est un composé ferreux obtenu de la même façon que le précédent et qui durcit à la trempe. D'après [12] p.98.

Ces recommandations laissent quand même planer des doutes : en 1885, à Fourchambault, on écrit : " On construit en ce moment deux batteries de fours SIEMENS (ou fours MARTIN)(...) on obtiendrait à volonté de l'acier ou du fer fondu (...) Il est probable que ce serait plutôt de l'acier très peu carburé." [26] p.8. Au moment de la construction de la tour EIFFEL (1887-1889), on aurait pu, au sens de l'Exposition de Philadelphie, utiliser le fer ou l'acier ; de fait, "les Aciéries de Pompey (Meurthe-et-Moselle), fournissent le métal -7300 t-, du fer puddlé, employé de préférence à l'acier car il se montrait plus économique." [27] p.142. C'est donc le coût qui a orienté le choix; nul doute que la qualité d'usage du fer ne devait pas être très différente de celle de l'acier fabriqué alors.

La situation ne se clarifiera qu'au début du 20ème s. avec la disparition du puddlage : les anciens procédés de fabrication du fer ayant alors disparus, il ne restera que la fabrication de l'acier.

Le méli-mélo des appellations fer et acier né au 19ème s. de la production conjointe du fer puddlé et de l'acier liquide, n'a pas troublé que les Français. En 1955, en Italie, un livre de technologie [31] expose encore la division entre fers et aciers établie par le Congrès de Philadelphie ! La logique de la classification de Philadelphie, conduit à appeler fer tout ce qui se fabrique avec moins de 0,30 % de carbone ; on parle donc non seulement du fer BESSEMER, que nous avons déjà rencontré, mais également du fer MARTIN, et lorsqu'on arrive au classement en fonction de la teneur en carbone, les aciers très doux et extra doux deviennent du fer homogène, expression d'ailleurs parfois utilisée en France [8].

Nous allons maintenant chercher à classer, dans le temps, les appellations fer et acier en fonction de la teneur en carbone; c'est l'objet du tableau ci-joint.

Pour conclure, revenons aux temps modernes. Personne ne conteste aujourd'hui que le métal utilisé pour ce qui coupe ou perce (bistouri, foret) pour ce qui est flexible (ressort), pour ce qui est dur (marteau) pour ce qui résiste à l'usure (engrenages) est de l'ACIER; par contre, comme nous l'avons vu dans l'introduction, le FER du commerce repousse parfois l'ACIER; et si, en considérant les produits spéciaux (tel le fer ARMCO) qui sont presque du fer pur, il est logique de les appeller FERS, que dire de ces ACIERS pour produits plats très minces qui contiennent moins de carbone que ces mêmes produits spéciaux ? A la fin de notre propos, le débat est loin d'être épuisé, mais nous pensons avoir ouvert une fenêtre sur un aspect particulier de l'évolution, parfois illogique, de la langue technique.

bibliographie

[1] Produits sidérurgiques français. Caractéristiques dimensionnelles. O.T.U.A. 1980.
[2] E. M. H. LIPS. Métallurgie et construction. Bibliothèque Technique Philips. 1957.
[3] A. BAILLY. Dictionnaire grec-français. Hachette. 1950.
[4] L'Encyclopédie de DIDEROT et d'ALEMBERT. CD-ROM. éd. REDON à Marsannes. 2000.
[5] F. GAFFIOT. Dictionnaire illustré latin-français. Hachette. 1934.
[6] A. J. GREIMAS. Dictionnaire de l'ancien français. Le Moyen Age. Larousse. 1994.
[7] E. LITTR�. Dictionnaire éd.1872. Atelier de la langue française. CD-ROM. éd. REDON à Marsannes. 2000.
[8] J. CORBION. Glossaire du haut fourneau. Le Savoir Fer. 7 rue du Parc. Serémange-Erzange. Préparation de la 4ème édition. 2001.
[9] LA CURNE de SAINTE-PALAYE. Dictionnaire historique. Atelier de la langue française. CD-ROM. éd. REDON à Marsannes. 2000.
[10] FURETIèRE. Dictionnaire. Atelier de la langue française. CD-ROM. éd. REDON à Marsannes. 2000.
[11] Dictionnaire de l'Académie Française. éd. 1762. Atelier de la langue française. CD-ROM. éd. REDON à Marsannes. 2000.
[12] E. AUCAMUS. Bois et métaux. Dunod et Pinat. 1901.
[13] K. HORIKAWA. The ancient nails of Horyuji temple and the restoration of the Tatara ironmaking process (1981/1982).
[14] A. LEDEBUR. Manuel de la métallurgie du fer. Baudry et Cie. 1895.
[15] M.V. REGNAULT. Cours élémentaire de chimie. Garnier et Masson. 1869.
[16] LODIN. Cours de métallurgie. �cole Supérieure des Mines. 1886/1887.
[17] A. KRAUSS. Eisen-Hütten-Kunde. Sammlung Göschen. 1905.
[18] M. ASTRUC. La métallurgie à la portée de tous. Albin Michel. 1919
[19] A. McWILLIAM et P. LANGMUIR. General foundry practice. Griffin. 1935.
[20] MONTAGNE. Le chaudronnier. Eyrolles. 1949.
[21] O. BADER et M. THERET. Dictionnaire de métallurgie. Eyrolles. 1962.
[22] P. PASCAL. Nouveau traité de chimie minérale. TXVII Fer. Masson. 1967.
[23] Steel Technologie International, revue annuelle. Sterling Publications Limited.
[24] G. BéRANGER et alii. Le livre de l'acier. Technique et documentation Lavoisier. 1994.
[25] GRIGNON. Mémoires de physique sur l'art de fabriquer le fer... Table analytique. Paris. 1775.
[26] F. DUFFAUT. Le rail dans la sidérurgie nivernaise. Années 1990.
[27] Histoire du fer. Guide illustré du Musée du Fer (à Jarville, Meurthe-et-Moselle). 1977.
[28] Aciers de construction. Compagnie des Ateliers et Forges de la Loire. 1961.
[29] Y. MATSUSHITA. Restoration of the Tatara ironmaking process. Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. Vol. II. 1971.
[30] H. P�CHEUX. Précis de métallurgie. Baillère. 1903.
[31] C. CERCONE de LUCIA. Elementi Tecnologia Meccanica. Vol. II. Societa Editice Dante Alighieri. 1955.