| Formule | Masse molaire | Structure cristalline |
| Na2B4O7,10H2O | 381,37 g.mol-1 | monoclinique |
| Masse volumique | Dureté | Température de fusion | Température d’ébullition | Solubilité dans l’eau |
| 1,73 g.cm-3 | 2 à 2,5 | 75°C | 320°C |
|
Voir borates
Les différentes qualités commerciales se distinguent par leurs teneurs résiduelles en oxygène et phosphore.
La teneur en éléments d’addition est, en général, inférieure à 2 %.
Les propriétés mécaniques sont supérieures à celles du cuivre, les caractéristiques électriques restent élevées. Éléments d’addition :
Avec de 5 à 45 % en masse de zinc. Ce sont les alliages de cuivre les plus utilisés.
Ils remplacent économiquement le cuivre dans de nombreux emplois en raison du moindre prix du zinc. Ils ont une couleur variant avec la teneur en zinc (du rose au jaune), une bonne résistance à la corrosion et peuvent recevoir de nombreux traitements de surface. Ils peuvent être soit moulés, soit travaillés à chaud ou à froid. Ils supportent des déformations importantes et peuvent donc être mis en forme par emboutissage.
Laitons simples :
Principaux laitons simples : CuZn5 (médailles), CuZn10 (quincaillerie, cartoucherie), CuZn15 (bijouterie, douilles de lampes), CuZn20 (instruments de musique), CuZn30 (visserie), CuZn33 (cartouches, douilles, instruments de musique, lustrerie), CuZn40 (serrurerie, appareils sanitaires).
Laitons au plomb (ou laitons de décolletage) : de 1 à 3,7 % de plomb, avec de 35 à 40 % de zinc.
Le plomb est très peu soluble dans les laitons et conserve ses caractéristiques propres en s’isolant sous forme d’inclusions et donne aux laitons une très bonne aptitude à l’usinage. Utilisés pour la fabrication de pièces décolletées et matricées (par déformation à chaud, sans fusion).
Laitons spéciaux : à équivalence de composition en zinc et cuivre, ils peuvent présenter des caractéristiques supérieures à celles des laitons simples mais aussi des propriétés particulières (résistance à la corrosion dans certains milieux). Exemples : Cu-Zn29-Sn1, Cu-Zn22-Al2 : échangeurs thermiques pour eaux de rivière, d’estuaire ou de mine.
Avec de 3 à 20 % en masse d’étain.
A des teneurs plus élevées en étain, les bronzes deviennent de plus en plus fragiles. C’est le cas des cloches dont la teneur en étain est comprise entre 20 et 25 %. Les bronzes ont une excellente aptitude au moulage et sont en général mis en œuvre par fonderie.
Bronzes binaires :
Bronzes complexes : ajouts de phosphore (0,1 à 0,5 %), zinc (4 à 10 %), plomb (jusqu’à 30 %).
Cupro-aluminium : avec de 4 à 14 % d’aluminium. Ils possèdent une résistance élevée à la corrosion chimique et marine. Utilisation en génie maritime. Exemples : CuAl6, CuAl8. Des alliages à mémoire de forme ont les compositions suivantes : CuZnAl, CuZnAlNi, CuAlNi avec 4-12 % Al, 4 % Ni.
Cupro-nickel : le cuivre et le nickel sont miscibles en toutes proportions. Pour des teneurs supérieures à 50 % de nickel, les alliages sont appelés nickel-cuivre. Ils possèdent une excellente résistance à la corrosion par l’eau de mer. Les teneurs les plus utilisées sont de 5, 10, 20, 30, 40 et 45 % de nickel avec souvent des additions de fer (0,5 à 6 %), manganèse (0,3 à 1,2 %). Les propriétés mécaniques et chimiques sont d’autant meilleures que la teneur en nickel est plus élevée. Les cupronickels à 40-45 % de nickel (constantan) ont leur résistivité qui ne varie pas en fonction de la température (utilisation dans les thermocouples). Ces alliages sont également utilisés comme anti-biofouling permettant ainsi de réduire le dépôt d’organismes marins sur les coques des navires.
Maillechorts : de 9 à 26 % de nickel et de 17 à 28 % de zinc. Leurs propriétés sont intermédiaires entre celles des laitons et des cupronickels. Utilisés en orfèvrerie.
Cupro-silicium : de 2 à 4 % de silicium avec souvent addition de Mn, Al, Fe. Ils possèdent d’excellentes qualités de frottement. Utilisés en mécanique et chaudronnerie. Exemples : CuSi3Mn (3 % Si, 1 % Mn), CuSi2Al (2 % Si, 2,5 % Al).
Cupro-plomb : de 8 à 35 % de plomb. Ils possèdent d’excellentes propriétés antifriction. Utilisation pour la fabrication de coussinets.
Ils sont constitués par :
A base de fer-nickel-chrome, à base de nickel (les plus utilisés), à base de cobalt.
Exemples de compositions : % en masse.
| Type | Fe | Cr | Ni | Co | Mo | W | Nb | Ti | Al | Ta | |
| Base fer | A 286 | 55 | 15 | 26 | <1,2 | 1,9 | 0,3 | ||||
| Base nickel | N 18 | 11,5 | 57 | 11,5 | 6,5 | 4,7 | 4,3 | 4,3 | |||
| Base nickel | CMS X2 | 8 | 66 | 4,6 | 0,6 | 7,9 | 0,9 | 5,6 | 5,8 | ||
| Base cobalt | S 816 | 4 | 20 | 20 | 44 | 4 | 4 | 4 |
Par métallurgie sous vide par fusion au four à induction (VIM) suivie souvent par une fusion au four à arc à électrode consommable (VAR).
Solidification orientée : les superalliages utilisés pour élaborer les aubes de turbines (tournant à 15 000 tours/min) subissent des contraintes importantes dans une direction privilégiée (force centrifuge) qui entraînent des ruptures aux joints de grains. Afin de remédier à cette fragilité intergranulaire, les aubes peuvent être obtenues sous forme monocristalline par solidification orientée. Les vitesses de tirage sont de l’ordre de 25 cm/heure.
Métallurgie des poudres : les températures actuellement atteintes dans la chambre de combustion des réacteurs (1800°C dans le réacteur M88 du Rafale) entraînent des températures de 600-700°C sur les disques de turbine. Ces températures nécessitent l’utilisation de superalliages à base de Ni contenant des quantités de plus en plus importantes de métaux réfractaires (Ta, Mo, W) qui ne peuvent être obtenus que par métallurgie des poudres, par exemple pour l’alliage N 18 développé par la SNECMA pour le réacteur du Rafale.
L’amélioration du rendement des turbines aéronautiques est liée à l’accroissement de la température d’entrée de la turbine (TET). L’accroissement moyen de la TET depuis 1970 a été d’environ 15°C/an, la contribution relative aux matériaux étant d’environ 7°C/an.
Les superalliages constituent plus de 50 % de la masse des moteurs aéronautiques. Ils sont présents dans :
Avec une teneur, en masse, de 5 %, le fer est, après l’aluminium, le 2ème élément métallique le plus répandu dans l’écorce terrestre.
Minerais :
Le fer est présent sous forme oxydée, Fe2O3 (hématite) ou parfois Fe3O4 (magnétite), avec des teneurs en fer comprises entre 30 %, pour les minerais pauvres, et 66 %, pour les minerais riches. La teneur en fer d’un minerai constitué d’hématite pure serait de 69,94 %.
Une partie de la production brésilienne est sous forme d’itabirite qui est un minerai de fer (hématite, magnétite), métamorphisé, en présence de quantités importantes de quartz, avec des teneurs en fer comprises entre 37 et 52 %.
Principaux complexes miniers : en 2024 (2023-24 pour BHP Billiton et FMG).
| Complexe minier | Exploitant | Production | Complexe minier | Exploitant | Production | |
| Hamersley, Australie | Rio Tinto | 225 | Serra Sul, Brésil | Vale | 83 | |
| Area C, Australie | BHP Billiton | 106 | Jimblebar, Australie | BHP Billiton | 73 | |
| Chichester Hub, Australie | FMG | 100 | Newman, Australie | BHP Billiton | 58 | |
| Carajás-Serra Norte, Brésil | Vale | 88 | Vargem Grande, Brésil | Vale | 37 | |
| Solomon Hub, Australie | FMG | 75 | Yandi, Australie | BHP Billiton | 18 |
Sources : rapports des sociétés
Environ 98 % de la production minière de fer est destinée à l’élaboration de l’acier.
Ferrailles :
Leur part dans la production d’acier est importante. Voir plus loin.
En 2024, en millions de t de fer contenu sur un total mondial de 1 600 millions de t. Source : USGS
Production minière de fer : en 2024, en fer contenu, sur un total mondial de 1 600 millions de t.
| Australie | 580 | Afrique du Sud | 42 | |
| Brésil | 280 | Canada | 32 | |
| Chine | 170 | États-Unis | 30 | |
| Inde | 170 | Ukraine | 26 | |
| Iran | 59 | Suède | 20 | |
| Russie | 53 | Pérou | 14 |
Source : USGS
Les teneurs des minerais varient en moyenne de 30 % pour la Chine à 66 % pour le Brésil.
Les principaux gisements australiens, à ciel ouvert, sont situés dans la région de Pilbara au nord-ouest de l’Australie occidentale. Ils sont exploités, en particulier, par Rio Tinto, BHP-Billiton et FMG.
En Russie, les principales mines exploitent l’Anomalie Magnétique de Koursk (KMA), située en Russie centrale. Le gisement actuellement exploité, à ciel ouvert, à 220-270 m de profondeur, est constitué de quartzites ferrugineuses contenant de 34 à 39 % de fer. Ce gisement constitue la deuxième plus grande ressource de fer, dans le monde.
En 2025, devrait commencer l’exploitation à ciel ouvert du gisement guinéen de Simandou. Le gisement est concédé d’une part à Simfer, coentreprise entre Rio Tinto avec 53 % et Chalco Iron Ore Holdings (CIOH) avec 47 %, détenant 85 % d’une partie du gisement, les 15 % restant étant détenus par l’État guinéen et d’autre part à Winning Consortium Simandou (WCS), groupe de Singapour associé à des intérêts chinois et à l’État guinéen.
Le gisement de Simandou, situé au sud-est de la Guinée s’étend sur 8 km de long et 1 km de large. La partie concédée à Simfer possède des réserves prouvées et probables de 1,5 milliard de t contenant 65,3 % de fer. La production prévue à compter de 2027 est de 60 millions de t/an de minerai et la durée d’exploitation de 26 ans. Le minerai est évacué par une ligne de chemin de fer, le Transguinéen détenu à 42,5 % par Simfer, 42,5 % par WCS et 15 % l’État guinéen, de 650 km jusqu’au port en eau profonde de Morebaya au sud de Conakry.
Principaux producteurs :
| Vale (Brésil), en 2024 | 332 | ArcelorMittal (Luxembourg), en 2024 | 42 | |
| Rio Tinto (Australie), en 2024 | 288 | Metalloinvest (Russie), en 2021 | 41 | |
| BHP-Billiton (Australie), en 2023-24 | 260 | LKAB (Suède), en 2024 | 23 | |
| FMG (Australie), en 2023-24 | 190 | US Steel (États-Unis), en 2024 | 22 | |
| Anglo American (Afrique du Sud), en 2024 | 61 |
Sources : rapports des sociétés
En 2023, la production de Vale a été destinée à 77 % à l’Asie dont 62 % à la Chine, 12 % au Brésil, 5 % à l’Europe.
Commerce international : en 2023.
Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 1 593 millions de t de minerais et concentrés, en 2022.
| Australie | 901 | Chine | 21 | |
| Brésil | 379 | Malaisie | 20 | |
| Canada | 58 | Pays Bas | 19 | |
| Afrique du Sud | 55 | Pérou | 19 | |
| Suède | 33 | Ukraine | 18 |
Source : International Trade Center
En 2017, les gisements de l’Australie de l’Ouest représentent 94 % des exportations australiennes et 57 % du commerce maritime mondial de minerai de fer. Ces exportations sont destinées, en 2023, à 85 % à la Chine, 6 % au Japon, 5 % à la Corée du Sud. Par ailleurs les gisements de la région de Pilbara représentent 61 % des importations de la Chine. Les exportations depuis Port Hedland ont été de 472 millions de t, celles depuis Cape Lambert de 177 millions de t, celles depuis Dampier de 127 millions de t.
Le Brésil exporte 87 % de sa production et ses exportations représentent, en 2017, 24 % du commerce maritime mondial de minerai de fer.
Principaux pays importateurs.
| Chine | 1 180 | Malaisie | 21 | |
| Japon | 102 | Taipei chinois | 19 | |
| Corée du Sud | 68 | Vietnam, en 2022 | 15 | |
| Allemagne | 35 | Bahreïn, en 2022 | 13 | |
| Pays Bas | 25 | Oman, en 2022 | 11 |
Source : International Trade Center
Les importations chinoises proviennent à 62 % d’Australie, 21 % du Brésil, 3 % d’Inde.
En 2024, en milliards de t de fer contenu sur un total mondial de 88 milliards de t. Source : USGS
| Australie | 27 | Canada | 2,3 | |
| Brésil | 15 | Ukraine | 2,3 | |
| Russie | 14 | États-Unis | 2,3 | |
| Chine | 6,9 | Iran | 1,5 | |
| Inde | 3,4 | Pérou | 1,5 |
Source : USGS
En 2021, le groupe russe Metalloinvest possède des réserves de minerai de 15,4 milliards de t devant le groupe Vale (Brésil) avec13,8 milliards de t et BHP Billiton (Australie) avec 4,45 milliards de t.
Situation française : en 2024.
Le minerai exploité jusqu’en 1997 était pauvre et phosphoreux (la minette de Lorraine). Il contient de 30 à 34 % de fer et 0,7 % de phosphore. La production, située en Lorraine, était effectuée souterrainement, par exemple, en 1980, à l’aide de 23 puits. Depuis août 1993, la sidérurgie française s’approvisionne exclusivement en minerai importé, le minerai produit ensuite, de 1993 à 1997, étant exporté au Luxembourg.
Évolution de la production française : le maximum a été atteint en 1960 avec 67 millions de t de minerai (c’était la 3ème production mondiale après celles de l’URSS et des États-Unis), en 1974 la production était de 54 millions de t et, en 1991, de 7,5 millions de t. En plus de 200 ans, 3 milliards de t de minette ont été extraites.
Après la fin de l’extraction lorraine, deux petites exploitations minières ont fonctionné pour alimenter des clients tels que les cimenteries. La mine de Batère (66) avec 3 à 4 personnes et 6 000 t/an qui a fermé en 2001 et celle de Rougé (44) avec une douzaine de personnes qui extrayait quelques dizaines de milliers de t/an a fermé en 2003.
Les réserves sont estimées à 800 millions de t de fer contenu.
Commerce extérieur :
Les exportations étaient de 95 222 t de minerai avec comme principaux marchés à :
Les importations s’élevaient à 9 865 589 t de minerai en provenance principalement à :
L’acier, après le bois et le béton est le matériau le plus utilisé dans le monde devant les matières plastiques.
L’acier est constitué principalement de fer, avec des teneurs en carbone inférieures à 1 % (formellement inférieures à 2 %, des teneurs supérieures donnent la fonte) et contient des ajouts, en quantités variables, de divers éléments. Sa composition, mais aussi les traitements thermiques subis, son revêtement de surface… font de l’acier un matériau comprenant de très nombreuses nuances (plus de 3 500) chacune adaptée à un emploi particulier. De plus, c’est un matériau en perpétuelle évolution.
Remarque : les aciers inoxydables, l’acier zingué, le fer chromé et le fer blanc, sont traités dans des chapitres particuliers.
La fabrication de l’acier est réalisée soit à partir de minerai pour 72 % de la production mondiale soit à partir de ferrailles pour 28 % de la production mondiale, voir la partie recyclage.
La réduction de l’oxyde de fer contenu dans le minerai est réalisée par le monoxyde de carbone formé à partir de coke dans un haut fourneau qui donne de la fonte. La température de fonctionnement du haut-fourneau permet d’obtenir de la fonte liquide surmontée d’un laitier également liquide renfermant une grande partie des impuretés. L’élaboration de la fonte est suivie par son affinage, par oxydation partielle du carbone, dans un convertisseur qui donne de l’acier, puis par un laminage à chaud et/ou à froid qui donne des produits longs (rails…) ou plats (tôles…).
Hauts fourneaux : développement de l’injection de charbon aux tuyères (de 130 à 200 kg/t de fonte) et de l’automatisation du fonctionnement (5 800 capteurs pour le haut fourneau n°4 de Dunkerque). L’injection de charbon permet de réduire la consommation de coke qui est ainsi d’environ 300 kg/t de fonte.
La durée de vie d’un haut fourneau est de l’ordre de 25 ans, la durée de fonctionnement en continu, entre deux réparations, de 12 ans, en moyenne.
Convertisseurs : un ajout de ferrailles peut être effectué à ce niveau.
Le développement de ces procédés a été lié à celui de la production massive de O2 transporté par oxyducs (voir le chapitre consacré au dioxygène).
En France, il n’y a plus de convertisseurs Bessemer-Thomas depuis 1980 et de fours Siemens-Martin depuis 1982. En France, fonctionnent 2 aciéries de conversion avec 2 LD à Dunkerque et Fos-sur-Mer.
Métallurgie en poche effectuée entre le convertisseur et la coulée. Elle permet les ajouts nécessaires à la qualité requise de l’acier, son homogénéisation, la désoxydation ou le dégazage (par le vide), la mise en température.
La coulée continue : actuellement concerne près de 97 % de l’acier produit en France. Elle remplace 3 opérations par une seule : coulée en lingots, réchauffage, laminage en demi-produit. L’acier est coulé dans un moule sans fond et donne directement un demi-produit.
Réception des matières premières :
Préparation des minerais, cokéfaction et agglomération :
Hauts fourneaux : 2 de 2,5 millions de t/an chacun, soit 7 000 t/jour. Pour chaque haut-fourneau :
Aciérie : 2 convertisseurs de 335 t.
Coulée continue : 2 installations. Caractéristiques de l’installation la plus récente :
Laminage : par un train à bande de 4,5 millions de t/an de capacité. Caractéristiques :
Bilan énergétique : pour produire 1 t de bobines laminées à chaud.
| Hauts fourneaux | 12 828 | Cokerie | 2 109 | |
| Laminage à chaud | 3 106 | Coulée continue | 232 | |
| Agglomération | 2 876 | Convertisseurs | 176 |
Dénommés DRI : Direct Reduced Iron ou HBI : Hot Briquetted Iron.
Élaboration :
Les fours électriques d’élaboration de l’acier utilisent principalement de la ferraille. Toutefois, pour des pays producteurs de gaz naturel, il peut être intéressant de réduire du minerai, à l’aide de gaz de synthèse obtenu à partir de gaz naturel ayant subi un reformage, et d’utiliser ce minerai pré-réduit pour alimenter des fours électriques. Le gaz de synthèse peut aussi être produit à l’aide de charbon, c’est le cas pour les 2/3 de la production indienne. Le procédé Midrex, utilisé pour environ 80 % de la production de minerais pré-réduits consiste à traiter, dans un four à cuve, à une température inférieure à 1100°C, le minerai par du gaz naturel reformé qui donne du monoxyde de carbone et du dihydrogène (voir le chapitre dihydrogène). Les réactions mises en jeu sont les suivantes :
Fe2O3 + 3 H2 = 2 Fe + 3 H2O
Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2
La température atteinte ne permet pas la fusion du fer, on obtient une « éponge » de fer. La teneur en fer atteint 92 à 93 % avec 1,4 à 2 % de carbone. Les capacités de production, par installation, peuvent atteindre 1 million de t/an.
D’autres procédés sont employés : four rotatif à l’aide de charbon, HyL, le plus ancien (1957), Fior, en lit fluidisé…
Production : la production mondiale est, en 2023, de 136,5 millions de t dont 0,3 million de t dans l’Union européenne (Allemagne et Suède).
| Inde | 49,6 | Mexique | 5,9 | |
| Iran | 33,4 | États-Unis | 5,2 | |
| Russie | 7,8 | Algérie | 4,0 | |
| Égypte | 7,2 | Émirats Arabes Unis | 3,6 | |
| Arabie Saoudite | 6,8 | Oman | 1,8 |
Source : World steel in figures
Les ferrailles sont principalement utilisées dans des fours électriques à arc. Elles peuvent également être ajoutées, jusqu’à 30 %, à la fonte liquide dans les convertisseurs à oxygène (voir plus haut). Depuis les origines de la fabrication de l’acier, le recyclage a porté, dans le monde, sur 25 milliards de t.
Les ferrailles sont récupérées, broyées (par des broyeurs à marteaux) puis triées magnétiquement.
Le broyeur le plus puissant exploité par la société SIMS Metal Management (Australie, n°1 mondial du recyclage des métaux avec, en 2018, le recyclage de 7,7 millions de t de ferrailles) fonctionnant à Newport (Royaume-Uni) traite à l’heure, 450 véhicules pour donner 350 t de métal.
Elles proviennent des véhicules hors d’usage, des biens de consommation en fin de vie (électroménager, emballages…), de la démolition de bâtiments… mais aussi, pour 1/3, des chutes neuves de fabrication. Au total, la sidérurgie mondiale recycle, en moyenne, 600 millions de t/an d’acier. En 2017, les taux de recyclage sont de 85 % pour l’acier utilisé dans les constructions, avec une durée de vie de 40 à 70 ans, 90 % pour l’acier utilisé dans les automobiles avec une durée de vie de 7 à 15 ans, 90 % pour l’acier utilisé dans la construction de machines, avec une durée de vie de 10 à 20 ans, 50 % pour l’acier utilisé dans les équipements électriques et les appareil ménagers, avec une durée de vie de 4 à 10 ans. En moyenne, en 2013, le taux de recyclage est de 83 %.
On estime que dans le monde, sont utilisés 200 milliards d’emballages en acier, recyclés à 68 %, soit 7,2 millions de t/an d’acier.
En France, en 2014, en millions de t.
Commerce international : en 2023.
Principaux pays exportateurs sur un total de 99,1 millions de t, dont 44,7 millions de t par l’Union européenne.
| États-Unis | 16,3 | France | 6,3 | |
| Allemagne | 7,5 | Canada | 4,8 | |
| Royaume Uni | 7,2 | Belgique | 3,8 | |
| Pays Bas | 7,1 | Pologne | 2,6 | |
| Japon | 6,9 | République tchèque | 2,5 |
Source : World steel in figures et ITC
Les exportations des États-Unis sont destinées à 25 % à la Turquie, 20 % au Mexique, 10 % à l’Inde.
Principaux pays importateurs sur un total de 97,0 millions de t, dont 30,0 millions de t dans l’Union européenne.
| Turquie | 18,8 | Bangladesh, en 2022 | 4,5 | |
| Italie | 5,8 | Vietnam, en 2022 | 4,2 | |
| États-Unis | 5,1 | Pays Bas | 3,5 | |
| Belgique | 4,0 | Allemagne | 3,2 | |
| Corée du Sud | 3,8 | Taipei chinois | 3,4 |
Source : World steel in figures et ITC
Les importations turques proviennent à 24 % des États-Unis, 12 % des Pays Bas, 8 % d’Allemagne, 7 % du Royaume Uni.
Consommations de ferrailles, en 2023. Monde, en 2022 : 630 millions de t, Union européenne, en 2023 : 74,8 millions de t.
| Chine | 213,7 | Corée du Sud | 26,1 | |
| États-Unis | 56,8 | Italie, en 2017 | 21,6 | |
| Japon | 31,8 | Allemagne, en 2017 | 19,0 | |
| Turquie | 29,1 | Espagne, en 2017 | 11,1 | |
| Russie, en 2022 | 29,4 | France, en 2017 | 7,2 |
Source : BIR
Ils utilisent directement de la ferraille ou des minerais pré-réduits, ces derniers représentant 15 % de la production mondiale d’aciers au four électrique.
Les fours à arc comportent 1 ou 3 électrodes. Les capacités vont de 10 à 220 t. Chaque coulée est effectuée, en moyenne, toutes les 50 à 60 minutes. Les fours les plus performants permettent 30 coulées/jour, le record étant de 7 850 coulées/an. La puissance des fours atteint 0,9 MVA/t, avec une consommation électrique de 320 kWh/t. La consommation de dioxygène est de 30 m3/t.
Les fours électriques à arc à courant continu, plus économiques que ceux à courant alternatif, sont de plus en plus employés.
Consommations moyennes selon la voie utilisée : en 2018, pour une tonne d’acier brut.
| Voie haut fourneau – convertisseur | Voie four électrique | ||
| Minerai de fer | 1 370 kg | 586 kg | |
| Charbon | 780 kg | 150 kg | |
| Calcaire | 270 kg | 88 kg | |
| Acier recyclé | 125 kg | 710 kg | |
| Énergie | 19,8 à 31,2 GJ | 9,1 à 12,5 GJ |
Source : World Steel Association
Principaux coproduits de la sidérurgie :
Émissions : par t d’acier, dans des installations modernes : 2 kg de poussières, 2,45 kg de SO2. Les émissions de CO2 sont, en 2017, de 1,83 t/t d’acier, elles représentent 7 à 9 % du total des émissions mondiales par les énergies fossiles.
Par ailleurs, les hauts fourneaux sont susceptibles de détruire, par incinération, des déchets de matières plastiques non recyclables. Par exemple, en Allemagne, ces déchets sont introduits, en remplacement de pétrole, dans des hauts-fourneaux.
En 2024, en millions de t sur un total de 1 883 millions de t. Source Worldsteel
En 2024. Monde : 1 883 millions de t, Union européenne : 129,5 millions de t.
| Chine | 1 005,1 | Iran | 31,0 | |
| Inde | 149,6 | Vietnam | 22,1 | |
| Japon | 84,0 | Italie | 20,0 | |
| États-Unis | 79,5 | Taipei chinois | 19,1 | |
| Russie | 70,7 | Indonésie | 17,0 | |
| Corée du Sud | 63,5 | Mexique | 13,7 | |
| Allemagne | 37,2 | Canada | 12,2 | |
| Turquie | 36,9 | Espagne | 11,8 | |
| Brésil | 33,7 | France | 10,8 |
Source : Worldsteel
Évolution de la production mondiale d’acier : source : Worldsteel Association
Principaux pays exportateurs : en 2023, sur un total de 434 millions de t, dont 39,2 millions de t pour l’Union européenne.
| Chine | 94,3 | Belgique | 14,6 | |
| Japon | 32,2 | Russie | 13,9 | |
| Corée du Sud | 27,0 | Turquie | 12,7 | |
| Allemagne | 22,5 | Brésil | 12,3 | |
| Italie | 16,1 | Iran | 11,9 |
Source : Worldsteel in figures
Principaux pays importateurs : en 2023, sur un total de 434 millions de t, dont 39,2 millions de t pour l’Union européenne.
| États-Unis | 26,4 | Corée du Sud | 15,0 | |
| Allemagne | 18,7 | Vietnam | 14,0 | |
| Italie | 18,7 | Thaïlande | 13,7 | |
| Turquie | 18,0 | Indonésie | 12,4 | |
| Mexique | 17,5 | France | 11,8 |
Source : Worldsteel in figures
Évolution de la répartition de la production mondiale :
| Europe de l’Ouest | Amérique du Nord | ex URSS | Japon | Chine | Autres pays | |
| 1930 | 44,9 % | 43,8 % | 6,1 % | 2,4 % | 2,8 % | |
| 1950 | 31,2 % | 46,7 % | 14,0 % | 2,5 % | 5,6 % | |
| 1970 | 33,9 % | 21,9 % | 19,5 % | 15,7 % | 9,0 % | |
| 1980 | 31,1 % | 16,4 % | 20,6 % | 15,5 % | 20,2 % | |
| 1990 | 21,8 % | 13,1 % | 20,0 % | 14,3 % | 9 % | 21,8 % |
| 1995 | 22,8 % | 14,4 % | 10,5 % | 13,6 % | 12,7 % | 26,0 % |
| 2010 | 9,7 % | 6,7 % | 8,0 % | 7,1 % | 46,4 % | 22,0 % |
| 2015 | 8,8 % | 5,6 % | 6,2 % | 6,5 % | 49,6 % | 23,3 % |
| 2020 | 7 % | 4 % | 5 % | 4 % | 57 % | 23 % |
Source : IISI, Steel Statistical Yearbook
Importance de la Chine : devenue n°1 mondial, la progression importante de la production mondiale de ces dernières années est principalement due à la Chine et dans une moindre mesure à l’Inde. Importatrice d’acier jusqu’en 2004, en 2005, la Chine a équilibré importations et exportations (27,3 millions de t d’acier importées pour 27,4 millions de t exportées). En 2023 elle est exportatrice nette avec 83,2 millions de t. Ses besoins en matières premières (minerai de fer, nickel…) sont considérables et font de la Chine un acteur important sur les marchés de matières premières.
Importance du Japon : 2ème producteur mondial jusqu’en 2016, doublé depuis par l’Inde. Le développement de la sidérurgie japonaise est récent : après la 2ème guerre mondiale. La production a été multipliée par 12 de 1955 à 1973. Le Japon n’a ni charbon ni minerai de fer. Cette situation est caractéristique de la modification de l’implantation géographique de la sidérurgie. En France, déclin de la Lorraine au profit du littoral : Dunkerque en 1962, Fos en 1975. La sidérurgie de la Corée du Sud a suivi la même voie que celle du Japon. En 2023, les exportations nettes du Japon sont de 26,3 millions de t.
La sidérurgie américaine est moins performante que la sidérurgie européenne : les produits japonais mais aussi européens sont compétitifs sur le marché américain. Les États-Unis sont importateurs nets avec, en 2023, 17,6 millions de t.
Le commerce international de l’acier est important : 434 millions de t en 2023. Bien que les pays en voie de développement construisent des sidérurgies nationales (c’est un critère de développement) ils restent globalement importateurs.
Union européenne : en 2023, les exportations de l’Union Européenne ont porté sur 10,660 millions de t de produits plats et 5,614 millions de t de produits longs et les importations sur 20,116 millions de t de produits plats et 5,466 millions de t de produits longs.
Les exportations de produits plats sont destinés à 17 % à la Turquie, 15 % aux États-Unis, 7 % au Mexique, 6 % à la Suisse, 4 % à l’Égypte, celles de produits longs, à 12 % à la Suisse, 11 % aux États-Unis, 9 % à la Turquie, 7 % au Canada, 6 % au Mexique.
Les importations de produits plats proviennent à 13 % de Corée du Sud, 13 % d’Inde, 11 % de Taipei chinois, 10 % du Vietnam, 9 % du Japon, celles de produits longs, à 20 % de Turquie, à 8 % de Chine, 7 % d’Égypte, 7 % de Suisse, 5 % de Malaisie, 5 % d’Algérie.
Les principales sociétés sidérurgiques européennes sont regroupées dans Eurofer.
Évolution de la sidérurgie européenne entre 1978 et 1998 : nombre de hauts fourneaux : de 281 à 89, nombre de convertisseurs à oxygène : de 193 à 95, nombre de fours électriques : de 539 à 195.
Nombre d’employés dans l’Union européenne, en 2024 : 303 520 dont 79 500 en Allemagne.
Carte de la sidérurgie de l’Union européenne, en 2021 (document d’Eurofer) : 
Utilisation mondiale des procédés de production : en 2023, en % de la production.
| Pays | Coulée continue | Oxygène | Électrique | Martin |
| Monde | 96,7 | 71,1 | 28,6 | 0,3 |
| Union européenne | 97,3 | 55,2 | 44,8 | 0 |
| France | 97,0 | 59,2 | 40,8 | 0 |
| Allemagne | 97,4 | 72,3 | 27,7 | 0 |
| Italie | 95,0 | 14,2 | 85,8 | 0 |
| Japon | 99,1 | 73,8 | 26,2 | 0 |
| États-Unis | 99,7 | 31,7 | 68,3 | 0 |
| Russie | 64,4 | 65,1 | 32,0 | 2,9 |
| Chine | 98,4 | 90,1 | 9,9 | 0 |
Source : Worldsteel, World steel in figures
Schéma simplifié de l’approvisionnement de la sidérurgie mondiale en millions de t de fer contenu, en 2019.
Principaux producteurs : en productions de 2023.
| China Baowu (Chine) | 130,8 | Tata Group (Inde) | 29,5 | |
| ArcelorMittal (Luxembourg) | 68,5 | Delong Steel (Chine) | 28,3 | |
| Ansteel Group (Chine) | 55,9 | JSW Steel (Inde) | 26,2 | |
| Nippon Steel (Japon) | 43,7 | JFE Steel Corporation (Japon) | 25,1 | |
| HBIS (Chine) | 41,3 | Hunan Steel (Chine) | 24,8 | |
| Shagang Group (Chine) | 40,5 | Nucor Corporation (États-Unis) | 21,2 | |
| Posco (Corée du Sud) | 38,4 | Fangda Steel (Chine) | 19,6 | |
| Jianlong Group (Chine) | 37,0 | Shandong Steel Group (Chine) | 19,5 | |
| Shougang Group (Chine) | 33,6 | Hyundai Steel (Corée du Sud) | 19,2 |
Source : Worldsteel in figures
En 2022, en milliers de t d’acier.
Production : 12 100 d’acier brut (19 200 en 2007, 12 800 en 2008).
Consommation apparente : 13 800.
Commerce extérieur : en 2020, en milliers de t d’acier, hors aciers inoxydables, ferrailles et ferroalliages.
Exportations : 9 617 avec la répartition suivante :
| Espagne | 29 % | Belgique | 15 % | |
| Allemagne | 19 % | Turquie | 7 % | |
| Italie | 15 % | Royaume Uni | 7 % |
Source : ITC
Importations : 9 867 avec la répartition suivante :
| Allemagne | 26 % | Italie | 11 % | |
| Belgique | 23 % | Pays Bas | 6 % | |
| Espagne | 14 % | Luxembourg | 3 % |
Source : ITC
Effectifs : 25 317 personnes (150 000 en 1978).
Hauts fourneaux :
Destinés à élaborer de l’acier :
Destiné à élaborer de la fonte ductile :
Aciéries électriques : en France fonctionnent 20 aciéries électriques.
En 2023. Monde : 1 763,0 millions de t et 219,3 kg/habitant/an, Union européenne, en 2023 : 127,6 millions de t et 284,3 kg/habitant/an.
| Chine | 896 (628) | Russie | 45 (309) | |
| Inde | 133 (93) | Turquie | 38 (444) | |
| États-Unis | 91 (266) | Mexique | 29 (222) | |
| Corée du Sud | 55 (1057) | Allemagne | 28 (337) | |
| Japon | 53 (432) | Brésil | 24 (110) |
Source : Worldsteel, World steel in figures
La consommation par habitant la plus importante, en 2018, est celle des Émirats Arabes Unis avec 941 kg/habitant/an, suivie de la Corée du Sud avec 807 kg/habitant/an, de Chypre avec 665 kg/habitant/an, de Taipei chinois avec 613 kg/habitant/an, du Canada avec 549 kg/habitant/an. Celle de la République Démocratique du Congo est de 1,4 kg/habitant/an.
En 2023, dans le monde. Source : Worldsteel Association
Secteurs d’utilisation de l’acier : en 2023, dans le monde.
| Construction et infrastructures | 52 % | Autres transports | 5 % | |
| Équipements mécaniques | 16 % | Équipements électriques | 3 % | |
| Automobiles | 12 % | Appareils ménagers | 2 % | |
| Fabrication d’objets métalliques | 10 % |
Source : Worldsteel Association
Dans l’Union européenne, en 2023, la construction représente 35,5 % des utilisations, l’automobile 19,1 %, les équipements mécaniques et électriques 14,7 %, la fabrication d’objets métalliques 14,4 %, les tubes 9,3 %, les appareils ménagers 2,3 %, les autres transports 2,8 %.
Le bâtiment et les travaux publics utilisent principalement des produits longs (poutrelles, ronds à béton…), l’automobile, par contre, utilise plutôt des produits plats (tôles…).
Parmi les très nombreuses variétés d’aciers, on peut citer :
Les tôles sandwich : elles sont constituées par 2 tôles minces (0,3 à 0,7 mm) séparées par un film polymère de 45 micromètres. La résine est appliquée sur l’une des tôles puis l’ensemble est colaminé. Plus légères et résistantes que l’acier d’épaisseur équivalente, elles sont utilisées pour leurs propriétés d’insonorisation : les vibrations sont absorbées par le polymère (choisi pour que la température d’utilisation soit dans son domaine viscoélastique), par frottement des chaînes polymères, qui dissipe cette énergie sous forme de chaleur. Ces tôles, mises au point initialement au Japon, commencent à être utilisées dans les tabliers (pièce séparant le moteur de l’habitacle) des automobiles (gain de poids : 20 %), les tambours de sèche linge… Le dallage du sol de la Très Grande Bibliothèque a été réalisé en sandwich d’acier inoxydable.
Bâtiment, travaux publics : en France, la consommation dans ce secteur est de 4 millions de t/an dont 44 % de ronds à béton. Les constructions métalliques utilisent 700 000 t/an, dont 40 000 t/an pour les ponts métalliques. La construction du viaduc de Millau a consommé 62 550 t d’aciers. Le pont le plus long au monde (4 km), celui de Akashi-Kaikyo, au Japon, a utilisé 193 000 t d’acier.
Dans ce secteur, les consommations annuelles par habitant sont de 268 kg au Japon, 151 kg en Italie, 118 kg en Allemagne, 108 kg aux États-Unis, 108 kg en Espagne, 83 kg en France. Les normes antisismiques conduisent à employer plus d’acier dans les constructions, au Japon et en Italie (de 46 à 48 % des utilisation de l’acier dans ces pays). On assiste au développement de la construction de maisons individuelles à ossature en acier.
Automobiles : elles renferment, en moyenne, 960 kg d’acier contenu à 34 % dans la structure du véhicule, 23 % dans le moteur, 12 % dans les suspensions. De nouvelles nuances d’aciers, à hautes limites élastiques (la limite d’élasticité est passée de 200 à 1000 et jusqu’à 1400 MPa), AHSS (Advanced High Strentgh Steel ou dual phase), UHSS (Ultra High Strength Steel ou martensitique) sont de plus en plus utilisées.
Tubes : le producteur français Vallourec est le n°1 mondial des tubes sans soudure, laminés à chaud ou à froid. Ses capacités de production sont de 3 millions de t/an.
Rails : 400 km de ligne de TGV à 2 voies nécessitent 100 000 t de rail (60 kg/m). En France, une seule usine de production de rails à partir d’acier importé du Royaume-Uni, à Hayange (57). Depuis 2021, l’usine est contrôlée par le groupe Saarstahl. Les rails produits d’une longueur de 80 m (en 2017, les rails atteignent jusqu’à 150 m) étaient, pour la construction de la ligne TGV Est, soudés par la SNCF pour atteindre 400 m. La première phase de la construction de cette ligne, qui a débuté en 2002, a consommé 86 000 t de rails. Actuellement les rails produits ont une longueur de 108 m et la capacité de production est de 350 000 t/an. Dans le monde, la longueur du réseau ferré est de 1,052 million de km.
Signalisation routière : 200 000 t d’acier/an en Europe de l’Ouest.
Boules de pétanque : la société française Obut, à Saint-Bonnet-le-Château (42), en produit 300 t/mois, soit les 2/3 du marché mondial. Les boules sont fabriquées à partir de barres cylindriques cisaillées, forgées à plus de 1000°C pour donner des flans qui sont emboutis en coquilles soudées 2 à 2 qui subissent diverses finitions et traitements thermiques.
La protection de l’acier par un revêtement de zinc peut être réalisée selon divers procédés, ceux-ci étant dans l’ordre décroissant d’importance :
D’autres techniques, moins utilisées, emploient la projection thermique de zinc fondu au pistolet, la matoplastie (recouvrement par écrasement de particules de zinc à l’aide d’impacts de billes de verre), la shérardisation (diffusion superficielle de zinc par chauffage). Toutes ces techniques relèvent du zingage. Par contre, l’application de peintures riches en zinc (80 à 88 % minimum de poudre ou de poussière de zinc dans l’extrait sec) est exclue de cette dénomination.
Le terme galvanisation est lié à « l’effet galvanique » et au nom du savant italien Galvani qui a, en particulier, étudié la production d’électricité par le contact de deux métaux de natures différentes. C’est Davy qui lors de l’étude de la pile Zn-Cu de Volta semble avoir proposé pour la première fois l’utilisation du zinc pour « la conservation du fer ».
Le procédé de galvanisation à chaud a été inventé par le Français J. Malouin en 1742 puis développé, en France, par Stanislas Sorel, en 1837-42. La première usine a été construite à Solingen, en Allemagne, en 1847.
Actuellement, la galvanisation à chaud est pratiquée selon deux voies :
Dans le cas de la galvanisation au trempé de produits finis :
Lorsque de l’acier est plongé dans un bain de zinc fondu (à une température supérieure à 419°C), après refroidissement, on observe, à la surface de l’acier, une série d’alliages (composés intermétalliques) à teneur décroissante en fer lorsqu’on s’éloigne de l’acier de base. En général, la formation des couches d’alliages est rapide (quelques minutes) et l’épaisseur du revêtement (50 à 70 μm) n’augmente plus, même si le temps d’immersion se prolonge, sauf dans le cas particulier des aciers dits réactifs.
| Phase | Composé | % de fer en masse | Dureté (MPa) | Épaisseur approximative (% de celle du dépôt) |
| Êta (Zn) | Zn | < 0,03 | 300-500 | 20-30 |
| Zêta | FeZn13 | 6 à 6,2 | 1800-2700 | 50 |
| Delta | FeZn7 | 7 à 11,5 | 2500-4500 | 20-30 |
| Gamma | FeZn3, Fe5Zn21 | 21 à 28 | 4500-5500 | 1-2 |
| Acier | Acier | 99 à 100 | 1200-1500 |
On remarque la grande dureté des alliages interfaciaux par rapport aux deux métaux purs. Cette dureté élevée confère à l’acier galvanisé au trempé une bonne résistance au frottement et à l’abrasion, ce qui convient bien à la galvanisation de produits finis.
Par contre, ces alliages sont fragiles et non déformables, ce qui serait néfaste pour la galvanisation en continu de tôles destinées à être déformées par pliage ou emboutissage. Dans ce cas, pour éviter la formation de ces couches d’alliages, on ajoute au bain de zinc de 0,16 à 0,20 % en masse d’aluminium qui inhibe la formation des alliages Fe-Zn et donne, après refroidissement, une très fine couche (< 0,2 µm) d’alliage Fe2Al5 contenant, en solution solide, de 10 à 15 % de zinc.
On ajoute également, dans le bain de zinc, des éléments d’alliages (nickel, bismuth, plomb…) qui améliorent la mouillabilité de l’acier par le zinc fondu et permettent, dans certaines conditions, une cristallisation du zinc en gros grains, observables à l’œil, appelée « fleurage ». Lorsque la tôle galvanisée en continu est destinée à recevoir un revêtement de finition, par exemple – pour les automobiles – de la peinture, il faut éviter le fleurage qui apparaîtrait à travers cette dernière.
Pour chaque étape de l’élaboration industrielle, parmi toutes les variantes utilisées, nous ne décrirons que la plus courante.
La nature de l’acier utilisé a un rôle sur l’épaisseur du dépôt de zinc, en particulier pour certaines teneurs en silicium et phosphore (norme NF A 35 503). En dehors des catégories A, B et C définies par cette norme, on a un acier appelé réactif et l’épaisseur de zinc peut atteindre des valeurs importantes, jusqu’à 500 μm. Le revêtement a un aspect gris mat au lieu de l’aspect brillant obtenu habituellement et il est moins résistant aux chocs.
Préparation de la surface de l’acier :
La surface est en général dégraissée dans une solution de carbonate de sodium et de soude, en présence de détergents et de tensioactifs, vers 60-80°C. Après rinçage, un décapage à l’acide chlorhydrique (3 à 6 mol.L-1), à la température ambiante, permet d’éliminer l’oxyde présent en surface. L’ajout d’inhibiteurs permet de limiter l’attaque du métal de base. Un rinçage soigné suit cette opération.
Avant galvanisation, la surface doit être revêtue par un flux qui permet d’éliminer les oxydes qui se reforment instantanément après décapage. Les pièces sont plongées dans une solution concentrée de chlorure double de zinc et d’ammonium (ZnCl2,2NH4Cl), à environ 60°C, puis séchées vers 120°C dans une étuve. Après fluxage, la surface de l’acier est ainsi recouverte d’une fine couche de chlorure de zinc et d’ammonium.
Lors de la galvanisation, vers 450°C, les sels du flux se décomposent selon la réaction :
ZnCl2,2NH4Cl = ZnCl2,NH3 + NH3 + 2 HCl
NH3 et HCl dissolvant les oxydes selon les réactions :
FeO + 2 HCl + NH3 = FeCl2,NH3 + H2O
ZnO + 2 HCl + NH3 = ZnCl2,NH3 + H2O
Les ammoniacates (chimiquement ce sont des complexes) FeCl2,NH3 et ZnCl2,NH3, appelés sels brûlés, donnent des « cendres » qui surnagent à la surface du zinc.
Galvanisation au trempé :
Le bain de zinc pur ou contenant divers ajouts (Al, Pb…) est maintenu à la température de 440-450°C. La masse de zinc mis en œuvre dans un bain peut atteindre jusqu’à 800 t. La durée d’immersion qui dépend du volume de la pièce varie de 3 à 10 minutes. Avant retrait des pièces, les cendres sont éliminées par spatulage de la surface. Afin d’obtenir une épaisseur de dépôt constante, la sortie du bain se réalise à faible vitesse (0,5 à 1 m.min-1). Pour de petites pièces (boulons, vis…), une centrifugation à environ 700 tours.min-1 permet d’éliminer le zinc en excès dans les parties filetées. Le refroidissement est effectué, en général, à l’air ambiant.
La norme française NF EN ISO 1461 indique les masses et épaisseurs minimales des revêtements. Quelques exemples sont regroupés dans le tableau suivant.
| Acier | Masse de zinc déposé par face | Épaisseur moyenne minimale du dépôt |
| épaisseur < 1,5 mm | 325 g.m-2 | 45 µm |
| épaisseur > 6 mm | 610 g.m-2 | 85 µm |
En Europe, il y a 800 usines de galvanisation au trempé protégeant 7,5 millions de t d’acier.
Ce procédé concerne les tôles, tubes et fils. Nous ne traiterons que le cas des tôles et décrirons l’une des chaînes de fabrication d’ArcelorMittal, à Florange, en Moselle. Ce procédé industriel a été mis au point par un ingénieur polonais, Sendzimir, en 1933, et développé en France puis aux États-Unis à partir de 1936.
Les tôles provenant de bobines (1,2 à 2,1 m de diamètre, 31 t) sont déroulées en continu, dégraissées, préchauffées (600-650°C) sous atmosphère réductrice (diazote avec environ 12 % de CO2, 2 % de CO, 3 % de H2) afin de parfaire le nettoyage et la désoxydation de la surface, chauffées (750-850°C) sous atmosphère de diazote avec 5 à 20 % de dihydrogène, opération de recuit qui permet à l’acier, fortement écroui lors des opérations de laminage et devenu cassant, de retrouver sa ductilité. Lors du recuit, la microstructure du métal se réorganise avec diminution ou suppression des obstacles les plus importants aux mouvements des dislocations. Les tôles sont ensuite refroidies sous atmosphère protectrice (N2, H2) pour atteindre la température du bain de zinc (450-500°C). La durée d’immersion est très courte : environ 3 secondes. Le bain de zinc contient de 0,16 à 0,20 % d’aluminium afin d’inhiber la formation des alliages Fe-Zn. A la sortie du bain de galvanisation, un essorage par des lames d’air ou de diazote sous pression permet de régler l’épaisseur du dépôt de zinc (10 à 13 μm pour les tôles destinées aux automobiles).
Des traitements complémentaires peuvent être effectués, toujours en continu.
Lorsque les tôles sont destinées aux automobiles ou à l’électroménager, le fleurage est minimisé en éliminant le plomb dans le bain de zinc ou en projetant de la poudre de zinc très fine (< 5 μm) sur la surface du zinc liquide et ainsi, en créant un grand nombre de germes de cristallisation, d’obtenir des grains de taille réduite (< 100 μm), invisibles à l’œil.
A la sortie du bain de galvanisation un chauffage rapide, 10 secondes à 500°C, permet, si cela est souhaité, la diffusion du fer dans le zinc liquide et la formation d’un alliage Fe-Zn à 8 à 10 % de fer.
Après refroidissement à la température ambiante, un laminage à faible taux de réduction (environ 1 %), appelé skin-pass, améliore les propriétés mécaniques de la tôle et son aspect de surface.
Enfin, avant d’être réenroulée en bobine, la bande d’acier galvanisé peut être passivée par aspersion d’une solution d’acide chromique afin de retarder, lors du stockage la formation de rouille blanche (oxyde et hydroxyde de zinc), ou seulement huilée, par exemple dans le cas des tôles destinées aux automobiles.
La masse de zinc déposé, par face, est comprise entre 50 et 300 g.m-2, avec des épaisseurs de 7 à 42 μm.
La ligne de galvanisation d’ArcelorMittal à Florange, d’une longueur de 326 m, traite 250 000 t d’acier par an. La vitesse de défilement de la bande d’acier varie de 40 à 180 m.min-1. La largeur de la bande varie de 0,75 m à 1,85 m, son épaisseur de 0,3 à 1,6 mm, pour une longueur de bande, présente dans la ligne, de 1 800 m.
L’électrozingage en continu concerne principalement les tôles destinées à l’automobile, cette industrie utilisant également des tôles galvanisées. Dans ce marché, le contrôle précis de l’épaisseur, de la composition et de l’aspect, font que ce procédé est parfois préféré à la galvanisation à chaud. Il s’est, en particulier, considérablement développé depuis 1980. Le procédé d’électrozingage est également employé pour revêtir divers produits finis : de la vis jusqu’au caddy de supermarché ou des demi-produits tels que les tôles destinées à l’électroménager.
L’épaisseur de zinc déposé est, en moyenne, de 10 μm et il est aisé de recouvrir seulement une face ou de revêtir les deux faces d’une tôle par des épaisseurs différentes. Contrairement à la galvanisation à chaud, il ne se forme pas d’alliages à l’interface acier-zinc. Si la propreté de la bande d’acier avant électrodéposition est satisfaisante et si la formation du dépôt s’est effectuée dans de bonnes conditions, les dépôts obtenus sont adhérents.
Procédé industriel d’électrozingage de demi-produits :
De très nombreux procédés existent que ce soit au niveau des bains utilisés ou de la technologie employée. Nous nous limiterons à la description du procédé acide aux chlorures de la ligne ELSA d’ArcelorMittal, à Florange, en Moselle, qui a cessé de fonctionner en 2017.
Après les opérations de dégraissage et décapage d’une bande d’acier préalablement recuite, celle-ci passe dans une série de 8 ou 16 cuves d’électrolyse. Dans le procédé Carosel utilisé par ArcelorMittal à Florange, la bande d’acier est appliquée sur un rouleau conducteur constituant la cathode, les anodes solubles en zinc pur (99,99 %) épousent la forme du cylindre conducteur, l’électrolyte circule à contre courant par rapport à la bande d’acier. L’absence d’électrolyte au contact de la face appliquée sur le cylindre empêche son zingage. Si un zingage des deux faces est souhaité, un retournement de la bande est effectué avant une nouvelle électrolyse. La vitesse de la bande est d’environ 150 m.min-1. Après dépôt, la bande est rincée à l’eau, séchée puis huilée.
L’électrolyte peut être à base de chlorure de zinc (teneur en Zn2+ de 30 à 40 g.L-1), à pH 5,2, à 25-45°C, en présence de divers ajouts qui améliorent la qualité du dépôt (nivelants, brillanteurs…). La densité de courant est d’environ 5 A.dm-2 et la vitesse de dépôt d’environ 1 μm.min-1. Le zinc consommé à la cathode lors du dépôt (par réduction des ions Zn2+) est régénéré à l’anode par dissolution (oxydation du zinc en ions Zn2+). Le zinc peut se déposer sur l’acier car la surtension du dihydrogène sur l’acier est importante. En début d’électrolyse le zinc se dépose simultanément avec un dégagement de dihydrogène, ce dernier cessant dès que le zinc recouvre totalement l’acier, la surtension du dihydrogène sur le zinc étant encore plus élevée que sur l’acier.
D’acier galvanisé et électrozingué en continu, en 2017. Monde : 120 millions de t, Union européenne, en 2018 : 26,3 millions de t.
| Chine, en 2015 | 51 000 | Allemagne, en 2009 | 5 871 | |
| États-Unis | 16 473 | Italie | 5 157 | |
| Corée du Sud | 11 461 | France | 4 168 | |
| Japon | 11 031 | Vietnam | 3 501 | |
| Inde, en 2016 | 7 390 | Belgique, en 2016 | 3 326 |
Sources : Worldsteel, Steel Statistical Yearbook et statistics Japan
En 2020, dans le monde, avec une capacité de production de 200 millions de t/an, il y a 450 lignes de galvanisation.
Au Canada et aux États-Unis, en 2016, il y a 74 lignes de galvanisation avec une capacité de production de 27,1 millions de t/an et 10 lignes d’électrozingage avec une capacité de production de 2,5 millions de t/an. En 2014, la production a été de 16,848 millions de t d’acier galvanisé et de 1,351 million de t d’acier électrozingué.
Au Japon, en 2020, la production est de 6,95 millions de t d’acier galvanisé.
Dans l’Union européenne, en 2018, la production d’acier galvanisé est de 23,6 millions de t, dont 4,8 millions de t en Italie, 3,9 millions de t en France, 1,2 million de t en Pologne, celle d’acier électrozingué de 2,6 millions de t, dont 1 million de t en Allemagne. En 2015, la consommation de zinc est destinée à 35 % pour la galvanisation en continu et l’électrozingage et à 16 % à la galvanisation au trempé, avec une consommation totale dans ces secteurs de 1,236 million de t de zinc.
Producteurs :
Galvanisation de produits finis : en 2019, galvanisation de 529 000 t d’acier, dans 54 usines possédant 72 bains de galvanisation.
La liste des usines de galvanisation de produits finis, adhérentes à Galvazinc Association, réparties sur le territoire, sont accessibles avec le lien suivant :
Liste de usines françaises de galvanisation de produits finis
Galvanisation en continu :
Électrozingage : en 2016 puis en 2017, fermeture des deux dernières usines françaises.
Dans les pays industrialisés, le coût annuel de la corrosion de l’acier est estimé à une valeur comprise entre 2,5 à 4 % du produit national brut (PNB) soit, pour la France, 450 euros par habitant. La présence d’un revêtement de zinc qui, en présence d’air humide, se recouvre de carbonate-hydroxyde de zinc (2ZnCO3,3Zn(OH)2), freine la progression de la corrosion.
La protection de l’acier par galvanisation ou électrozingage est la principale utilisation du zinc avec, en 2015, la moitié des utilisations dans le monde et 60 % en Chine (voir le chapitre zinc).
Secteurs d’utilisation :
Les produits galvanisés après fabrication sont extrêmement variés : charpentes, pylônes électriques, candélabres d’éclairage public, serres, structures de véhicules automobiles, réservoirs, boulons, écrous… Le tableau suivant donne l’importance relative des divers secteurs d’utilisation, en France, en 2019.
| Bâtiment Construction |
Agriculture | Mobilier urbain | Équipements | Infrastructures | Transport | Visserie |
| 49,3 % | 15,9 % | 12,3 % | 8,5 % | 6,9 % | 6,4 % | 0,7 % |
Source : Galvazinc Association
Automobiles : par exemple, exprimé en masse des tôles prérevêtues, la Renault Twingo est protégée à 52 %, la Safrane à 52 %, la Peugeot 405 à 67 % (tôles galvanisées et électrozinguées), la XM Citroën à 76 % (galvanisées : 27 %, électrozinguées : 49 %). En France, en 1982, 12 % des tôles automobiles étaient revêtues, 60 % en 1995 (80 % pour les modèles les plus récents). En France, en moyenne, par véhicule, il y a 5 kg de Zn dans la carrosserie. Renault utilise, dans ses usines européennes, entre 350 000 et 400 000 t/an de tôles revêtues de Zn. Le châssis de la Renault Espace est galvanisé après assemblage (25 kg de Zn).
La construction du tunnel sous la Manche a consommé 2 500 t de Zn utilisé pour galvaniser 30 000 t d’acier.
Peintures riches en zinc (traitées ici bien que par définition elles ne concernent pas les aciers zingués) : le zinc représente de 80 à 88 % minimum de la masse de l’extrait sec. Utilisées comme couches primaires d’atelier (par exemple, 15 μm de revêtement pour la coque du paquebot Sovereign of the Seas). Pour des utilisations finales, la couche atteint 80 à 100 μm.
Ce sont des aciers alliés présentant une résistance élevée à la corrosion à chaud ou à froid dans de nombreux milieux. Cette résistance chimique est due à la présence de chrome (à des teneurs supérieures à 10,5 %), qui protège par passivation grâce à la formation d’oxyde Cr2O3 à la surface de l’alliage. La résistance à la corrosion atmosphérique est multipliée par cent par rapport aux aciers courants.
Contenant de 12 à 27 % de Cr. Ils possèdent l’une ou l’autre des structures suivantes :
Martensitique : avec 12 à 18 % de Cr. Cette structure correspond à une sursaturation en carbone dans la structure fer alpha obtenue par trempe à partir de l’austénite (fer gamma). Ils allient une bonne résistance à la corrosion à des caractéristiques mécaniques élevées. Ils sont utilisés pour les instruments chirurgicaux, en coutellerie, etc…
Ferritique (de structure fer alpha) : avec une teneur élevée en chrome ou la présence d’éléments alphagènes (Zr, Ti, Nb), qui ne permettent pas la transformation, à chaud, en austénite et donc ne donnent pas de trempe martensitique. Les plus utilisés, en architecture, dans les ustensiles de cuisine, contiennent 17 % de Cr. Ils sont plus économiques que les aciers Cr-Ni de type 18-10 car le nickel compte pour plus de 40 % dans le coût de production des aciers inoxydables. Les aciers Cr-Ni contiennent aussi du molybdène dont les cours sont élevés.
Ils représentent 20,8 % de la production mondiale d’aciers inoxydables, en 2021.
La nuance de base contient 18 % de Cr et 10 % de Ni (nuance 18-10). Ils renferment peu de carbone : de 0,02 à 0,15 %. Les éléments le plus souvent ajoutés sont Mo et Mn. Ils possèdent une structure :
Austénitique : la structure fer gamma est conservée à la température ambiante. Ils ne prennent pas la trempe et sont amagnétiques. Ils allient une grande résistance à la corrosion à une bonne aptitude à la déformation facilitant la mise en forme. Ce sont les aciers inoxydables les plus utilisés, dans les industries chimiques, alimentaires, les couverts de table de qualité (car les couverts courants, dans les collectivités par exemple, sont en acier inoxydable ferritique).
Ils représentent 56,7 % de la production mondiale d’aciers inoxydables en 2021.
Pour faire face au coût élevé du nickel, dans des pays asiatiques tels que l’Inde et la Chine, des nuances d’acier ont été développées en remplaçant, en partie, le nickel par le manganèse, avec présence d’azote et parfois de cuivre. Les teneurs en chrome sont comprises entre 15 et 19 %, en manganèse de 4 à 16 %, en nickel de 1 à 7 %, en cuivre de 0 à 4 %, en azote jusqu’à 0,5 %.
Ils représentent 21,1 % de la production mondiale d’aciers inoxydables, en 2021.
Appelés Duplex, ils sont biphasés, 50 % alpha, 50 % gamma pour la nuance la plus répandue. Ils contiennent de 22 à 25 % de Cr et de 4 à 7 % de Ni. Ils sont surtout utilisés pour élaborer des aciers moulés.
Ni : pour des teneurs allant jusqu’à 9 %, il augmente le domaine de stabilité de la phase austénitique (c’est un élément gammagène) et améliore la résistance à la corrosion en milieu acide.
Mo : de 1 à 3 %, il renforce l’action de Cr.
C : forme, aux joints de grains, des carbures de chrome (Cr23C6), ce qui entraîne une déchromisation dans les zones proches des joints de grains et ainsi facilite la corrosion intergranulaire. On utilise soit de très basses teneurs en carbone (< 0,03 %), soit des ajouts de Ti et/ou Nb qui piègent le carbone.
La difficulté réside dans la nécessité d’atteindre une décarburation importante tout en évitant des pertes élevées de chrome par oxydation. Les équilibres d’oxydation de Cr et C sont déplacés dans le sens d’une oxydation préférentielle du carbone, en faisant le vide (procédé V.O.D : Vacuum Oxygen Decarburization), ou plus couramment, en diluant le CO formé par un gaz neutre (argon ou diazote dans le procédé A.O.D. : Argon-Oxygène-Décarburation).
Procédé A.O.D. : utilisé par 70 % des capacités mondiales de production.
Un mélange de ferrailles, de chutes d’acier inoxydable recyclées, de ferrochrome, de ferronickel et de divers éléments d’alliage est fondu vers 1700°C dans un four à arc électrique (plus rarement à induction), la teneur en carbone est alors de 1,5 à 2,5 %, puis coulé dans un convertisseur dans lequel est injecté du dioxygène dilué par de l’argon.
Le rapport initial oxygène-argon est de 3 parts de dioxygène pour 1 part d’argon. Au cours de la décarburation, la proportion d’oxygène diminue fortement. La réaction de décarburation étant fortement exothermique, l’ajout de ferrailles froides permet de maintenir la température vers 1700°C. Après la décarburation, l’ajout de ferrosilicium permet de réduire l’oxyde de chrome formé. Les fours utilisés ont des capacités qui peuvent atteindre 160 t. La fusion dure environ 1 h 30 et la décarburation de 1 h à 1 h 30.
Procédé V.O.D. : l’association entre convertisseur et affinage V.O.D. (Vacuum Oxygen Decarburization) qui permet d’atteindre de très faibles taux de carbone représente 18 % des capacités mondiales de production alors que le procédé V.O.D. employé seul en représente 7 %.
On estime que 60 % de la production provient d’acier recyclé (25 % d’aciers en fin de vie, soit un cycle long après usage, 35 % de chutes neuves de production, cycle très court correspondant à une refonte des chutes d’usines).
Lettre : X indique que l’acier est allié avec au moins 1 élément d’addition dépassant la teneur de 5 % en masse.
Nombre : indique la valeur multipliée par cent de la concentration en carbone exprimée en % en masse.
Lettres : précisent, par leur symbole chimique, les éléments d’addition majoritaires, rangés en teneur décroissante.
Nombres séparés par des traits d’union : donnent les concentrations des éléments d’alliages, classés dans l’ordre des symboles préalablement décrits, exprimées en % en masse s’ils sont supérieurs à 5 %.
Exemples avec, entre parenthèse, la norme américaine AISI (American Iron & Steel Institute) :
En 2021. Monde : 58,289 millions de t, Union européenne : 7,181 millions de t.
| Chine | 32 632 | Corée du Sud, en 2020 | 2 199 | |
| Inde | 3 965 | Italie | 1 501 | |
| Japon | 2 865 | Taipei chinois | 962 | |
| Indonésie, en 2020 | 2 829 | Espagne | 928 | |
| États-Unis | 2 368 | Allemagne | 429 |
Source : ISSF
En 2021, les productions regroupées de Finlande, Suède, Royaume Uni, Pologne, Slovaquie et République tchèque sont de 2,419 millions de t, celles de Belgique et d’Autriche de 1,632 million de t.
A la fin du XXème siècle, la Chine ne produisait pratiquement pas d’aciers inoxydables, en 2005, elle produisait 12,9 % du total mondial, en 2021, 56 %. Entre 2005 et 2021, la part de l’Union européenne est passée de 34,8 % à 12,3 %.
La production d’aciers inoxydables représente environ 3 % de la production mondiale d’aciers.
Les produits plats représentent 81,7 % de la production, les produits longs, 8,3 %.
Les aciers inoxydables Cr-Ni (série 300) représentent, en 2021, 56,7 % de la production, les aciers au chrome (série 400), 20,8 %, les aciers Cr-Mn (série 200), 21,1 %.
En 2021, le commerce international a porté sur 22,630 millions de t d’aciers inoxydables et 5,469 millions de t de déchets d’aciers inoxydables.
Producteurs : capacités de production, en 2022, sur un total mondial de 59,6 millions de t/an, en 2021.
| Tsingshan (Chine) | 13,8 | Posco (Corée du Sud) | 3,3 | |
| Jiangsu Delong (Chine) | 5,9 | Outokumpu (Finlande) | 3,2 | |
| Baosteel (Chine) | 5,2 | Acerinox (Espagne) | 3,2 | |
| Tisco (Chine) | 4,5 | Aperam (Luxembourg) | 3,0 |
Sources : Outokumpu et rapports des sociétés
La production d’aciers inoxydables a été, en 2021, de 270 000 t.
Consommation : en 2020, la consommation mondiale a été de 42,8 millions de t à 45 % en Chine, 27 % en Asie hors Chine, 13 % en Europe de l’Ouest, 11 % en Amérique.
La consommation mondiale était de 2,3 millions de t, en 1960.
Secteurs d’utilisation : en 2021, dans le monde.
| Produits métalliques | 37,5 % | Véhicules à moteur | 8,5 % | |
| Ingénierie mécanique | 28,8 % | Équipements électriques | 7,8 % | |
| Construction | 12,3 % | Autres transports | 5,1 % |
Source : ISSF
En 2017, les biens de consommation et le secteur médical représentent 49 % de la consommation, la chimie, la pétrochimie et la production d’énergie, 16 %.
Utilisations diverses :
C’est la présence, à la surface de l’acier, d’une très mince couche passive d’oxyde de chrome (Cr2O3), de 2 à 5 nm d’épaisseur, qui assure la protection de l’acier inoxydable contre la corrosion.
| Formule | Masse molaire | Moment dipolaire | Minéral | Structures cristallines |
| ZrO2 | 123,22 g.mol-1 | 7,80 D | baddeleyite |
|
| Masse volumique | Dureté | Température de fusion | Température d’ébullition | Solubilité dans l’eau |
| 5,89 g.cm-3 | 8 à 8,5 | 2 715°C | 4 300°C | insoluble |
Zircone monoclinique :
|
|
Minerais : la zircone, oxyde de zirconium (ZrO2), se rencontre naturellement, c’est la baddeleyite, mais il n’existe qu’une seule exploitation industrielle, à Kovdorskiy, dans la péninsule de Kola, en Russie. La mine à ciel ouvert, exploitée par Eurochem, dans la région de Mourmansk, produit 5,8 millions de t/an de minerai de magnétite (Fe3O4), 2,8 millions de t/an d’apatite (renfermant de 37 à 38 % de P2O5) et 8 000 t/an de baddeleyite, renfermant de 98 à 99,3 % de ZrO2 et HfO2. La teneur du minerai est de 0,14 à 0,17 % de ZrO2, le concentré de baddeleyite étant récupéré par flottation. En 2021, la production de concentrés de baddeleyite est de 6 700 t, celle de concentré d’apatite de 2,34 millions de t et celle de concentrés de minerai de fer, renfermant 63,5 % de Fe, de 5,82 millions de t.
La société Australian Strategic Materials (ASM), filiale jusqu’en 2020 d’Alkane Resources, développe en joint venture avec la société sud-coréenne Zirconium Technology Corporation (Ziron Tech) un projet, en Australie, en Nouvelle Galle du Sud, d’exploitation de la mine de Dubbo, qui renferme du silicate de zirconium hydraté, du niobium, du tantale, des terres rares. La construction des infrastructures a débuté en 2017. La production prévue est de 16 374 t/an de ZrO2, 50 t/an de HfO2, 1 967 t/an de niobium contenu dans du ferronobium (à 65 % de Nb), 6 664 t/an d’oxydes de terres rares. Les réserves sont de 18,9 millions de t renfermant 1,85 % de ZrO2, 0,04 % de HfO2, 0,440 % de Nb2O5, 0,029 % de Ta2O5, 0,136 % de Y2O3, 0,735 % d’oxydes de terres rares. Le gisement présente la particularité de renfermer du zirconium et du hafnium en l’absence de titane comme pour les gisements habituels de zircon. Le traitement du minerai fera appel à des opérations hydrométallurgiques qui permettront de séparer le zirconium du hafnium et d’obtenir directement le zirconium sous forme d’oxyde ou d’oxychlorure.
La production de baddeleyite n’étant pas suffisante pour satisfaire les besoins, la zircone est principalement préparée à partir du zircon.
La zircone est élaborée selon trois voies principales :
ZrSiO4 + 4 C = ZrC + SiO(g) + 3 CO(g)
La silice du zircon est réduite en monoxyde de silicium (SiO) volatil qui, à l’air, hors du four, se réoxyde en fumée de silice.
Le carbure de zirconium est ensuite grillé à l’air, vers 700°C, pour donner de la zircone d’une pureté de 98 à 99 % en ZrO2 + HfO2.
ZrSiO4 + 4 NaOH = Na2ZrO3 + Na2SiO3+ 2 H2O(g)
Après refroidissement, le mélange de zirconate de sodium et de métasilicate de sodium est broyé puis en présence d’eau, le métasilicate passe en solution et le zirconate de sodium s’hydrolyse pour donner un précipité de zircone hydratée selon la réaction :
Na2ZrO3 + x H2O = ZrO2,(x-1)H2O + 2 (Na+ + OH–)
La zircone hydratée est ensuite calcinée pour donner la zircone. La pureté obtenue est de 99,9 % en ZrO2 + HfO2.
ZrSiO4 + 4 Cl2(g) + 4 C = ZrCl4(g) + SiCl4(g) + 4 CO(g)
Par refroidissement en dessous de 200°C, le tétrachlorure de zirconium cristallise et est ainsi séparé du tétrachlorure de silicium qui reste gazeux.
En présence d’eau, le tétrachlorure de zirconium donne de l’oxychlorure ZrOCl2 qui par calcination à l’air donne la zircone.
ZrCl4 + H2O = ZrOCl2 + 2 HCl
Transformations de phases de la zircone et stabilisation de la forme cubique ou quadratique :
A la température ambiante, la zircone se présente normalement sous une forme monoclinique. Elle se transforme en phase quadratique à 1170°C puis en phase cubique 2370°C avant de fondre à 2715°C. La mise en forme des matériaux céramiques en zircone s’effectuant, en général, par frittage vers 1500°C, dans le domaine de stabilité de la phase quadratique, lors du refroidissement, la transformation quadratique-monoclinique aura lieu, vers 1070°C, avec une augmentation de volume de 3 à 4 %, se traduisant par l’apparition de fissures et d’un possible éclatement du matériau. En conséquence, il est nécessaire de stabiliser, à la température ambiante une forme haute température, cubique ou quadratique. Pour cela, on ajoute à la zircone de l’oxyde d’yttrium (Y2O3), de magnésium (MgO), de calcium (CaO) ou de cérium (CeO2). Les teneurs ajoutées sont, par exemple, de 3 % en mole pour stabiliser la phase quadratique avec Y2O3 et de 14 % en mole pour stabiliser la forme cubique.
Les ajouts stabilisant les formes hautes températures sont introduits lors de l’élaboration de la zircone, par voie fondue avec le zircon, dans le four à arc ou après la fusion alcaline par coprécipitation avec la zircone hydratée.
En 2019, elle est estimée à 75 000 t de zircone fondue non stabilisée, 25 000 t de zircone fondue stabilisée et 40 000 t de qualité chimique.
Imerys produit de la zircone électrofondue en Allemagne à Lanfenburg, aux États-Unis à Greeneville dans le Tennessee, ainsi qu’en Chine à Gaoxin, dans la province de Shandong et à Zhongguan, dans la province de Zhejiang.
Saint-Gobain avec sa filiale ZirPro produit de la zircone en France, au Pontet (84), en Chine, à Handan dans la province du Hebei, en Australie, à Brisbane et aux États-Unis, à Bow, dans le New Hampshire.
Cumi (Carborundum Universal Limited), filiale du groupe indien Murugappa, possède une capacité de production de zircone fondue de 10 000 t/an en Inde à Kochi dans l’État du Kerala et en Afrique du Sud à Phalaborwa au travers de sa filiale Foskor Zirconia qui produit 5 000 t/an.
Doral, filiale du groupe japonais Iwatani, produit de la zircone fondue, en Australie occidentale à Rockingham, près de Perth. Par ailleurs exploite une mine près de Bunbury avec une production de 110 000 t/an d’ilménite, 25 000 t/an de leucoxène et concentré de rutile et 15 000 t/an de zircon et a acquis, en juillet 2019, la mine de Keysbrook en Australie de l’Ouest avec des réserves prouvées et probables de 57,6 millions de t renfermant 2,2 % de minéraux denses composés de 11,7 % de zircon et 81,6 % de leucoxène.
Tosoh produit de la zircone au Japon dans ses complexes de Nanyo et de Yokkaichi.
Consommation : 175 000 t en 2017.
Secteurs d’utilisation :
Les principales utilisations de la zircone sont comme produits réfractaires, supports de catalyseurs et abrasifs.
Des applications plus spécifiques sont les suivantes :
| Formule | Masse molaire | Structure cristalline |
| ZrSiO4 | 183,30 g.mol-1 | quadratique de paramètres a = 0,6607 nm et c = 0,5982 nm |
| Masse volumique | Dureté | Température de fusion | Solubilité dans l’eau |
| 4,56 g.cm-3 | 7,5 | 2 550°C | insoluble |
Minerais : de formule ZrSiO4, le zircon renferme du hafnium, généralement avec un rapport massique entre Zr et Hf de 50 pour 1. Le zircon peut renfermer également du thorium et de l’uranium radioactifs. Leur teneur (U + Th) dans le zircon commercialisé doit être inférieure à 500 ppm. La présence de ces éléments radioactifs permet par ailleurs de dater la formation des roches renfermant des cristaux de zircon, ceux-ci résistant bien à l’érosion.
Il se rencontre, associé au dioxyde de titane et à des oxydes de fer, dans des sables, en général, dans l’hémisphère sud.
Le zircon, ainsi que les oxydes de titane fait partie de la famille des minéraux denses, ceux-ci possédant une densité supérieure à 2,87. Provenant de l’érosion de roches, ils se rassemblent souvent dans des placers, comme l’or également dense, sous forme de sables, présents en bordure de côtes (Australie, Afrique du Sud, Inde, Mozambique, Madagascar, Sénégal, Ukraine), avec une épaisseur d’une dizaine de mètres. Sous l’action du vent ces sables peuvent avoir formé des dunes, d’une centaine de mètres de hauteur, par exemple dans la province de KwaZulu-Natal, en Afrique du Sud.
L’oxyde de titane est associé aux oxydes de fer dans l’ilménite, oxyde mixte de formule (TiO2,FeO,Fe2O3) et se présente aussi sous forme de rutile (TiO2) ou de leucoxène (ilménite altérée).
Les teneurs de ces sables en minéraux denses (zircon, ilménite, rutile…) varient de 0,5 à plus de 20 % et celle des minéraux denses en zircon de 1 à 50 %. En général, le rapport massique entre le dioxyde de titane et le zircon est compris entre 4 et 5 pour 1, sauf pour la mine de Jacinth-Ambrosia, en Australie, dans laquelle les teneurs sont sensiblement égales.
Minéralurgie :
Lorsque le minerai se présente sous forme de sables, en bord de mer, l’extraction a lieu à l’aide de dragues flottantes. Dans le cas de dunes fossiles, de puissants jets d’eau permettent d’entraîner le minerai.
La première étape de traitement, après l’extraction, consiste à éliminer les impuretés organiques, les argiles, le quartz et les autres minéraux légers. Cette opération est réalisée, en voie humide, par tamisage, séparation par un hydrocyclone puis par gravité, à l’aide de séries de spirales qui permettent d’éliminer, en particulier, le quartz. Ce triage gravimétrique utilise les différences de densité entre les minéraux denses (4,5 à 5,0 pour l’ilménite, 4,2 à 4,3 pour le rutile, 4,7 pour le zircon) et les autres minéraux présents, principalement le quartz de densité 2,65.
Le produit obtenu est un concentré de minéraux denses qui contient jusqu’à 98 % de minéraux denses. Cette étape est réalisée sur le lieu d’extraction minière. Les conditions d’exploitation permettent des arrêts momentanés de la production et sa reprise rapide en fonction des besoins.
Une deuxième étape permet, à partir du concentré de minéraux denses, de séparer, à sec, les divers minéraux contenus : ilménite, rutile, leucoxène, zircon. Cette opération est effectuée à l’aide de procédés physiques utilisant les différences de propriétés magnétiques et électriques des divers minéraux. Sous champ magnétique, le rutile et le zircon qui ont une faible susceptibilité magnétique sont séparés de l’ilménite et du leucoxène, à forte susceptibilité magnétique. Ensuite, le zircon et le rutile sont séparés par voie électrostatique, le zircon n’étant pas conducteur, contrairement au rutile.
Le zircon commercialisé a une teneur de 65 à 66,9 % exprimée en ZrO2 + HfO2, avec de 0,5 à 2 % de HfO2. La teneur théorique du zircon pur, exprimée en ZrO2, est de 67,22 % en masse.
Différentes qualités. On distingue :
En 2019, les ventes de la société Iluka qui ont porté sur 274 000 t concernaient à 42 % la qualité premium, 28 % la qualité standard et à 30 % les concentrés de zircon.
En milliers de t, en 2024, sur un total de 1,5 million de t de concentés. Source : USGS
| Australie | 500 | Indonésie | 95 | |
| Afrique du Sud | 300 | Sénégal | 60 | |
| Mozambique | 160 | Madagascar | 30 | |
| Chine | 100 | Kenya | 20 | |
| États-Unis | 100 | Sierra Leone | 20 |
Source : USGS
En Australie, les gisement sont principalement exploités par Iluka et Tronox (voir ci-dessous). Par ailleurs, en 2015 a débuté l’exploitation par MZI Resources de la mine de Keysbrook, en Australie de l’Ouest à 70 km au sud de Perth, les minéraux étant séparés à Picton. En 2017-18, la production a été de 20 621 t de zircon et 54 060 t de leucoxène. Les réserves prouvées et probables sont de 57,6 millions de t renfermant 2,2 % de minéraux denses composés de 11,7 % de zircon et 81,6 % de leucoxène. En juillet 2019, la mine a été acquise par Doral Mineral Sands, filiale du groupe japonais Iwatani.
En Afrique du Sud, les gisements sont principalement exploités par Tronox et Rio Tinto (voir ci-dessous). Par ailleurs, début 2014 a débuté la production de la mine de Tormin, sur la côte ouest de l’Afrique du Sud, à 400 km au nord du Cap. Exploitée par la société australienne Mineral Commodities (MRC), en 2023, la production a été de 11 202 t de concentrés de zircon et rutile renfermant 71,3 % de zircon et 16,5 % de rutile, 67 785 t de concentrés d’ilménite et 96 485 t de concentrés de grenats.
Pour les autres pays, voir ci-dessous le paragraphe producteurs.
Pour plus de précisions voir également le chapitre dioxyde de titane.
Commerce international : de minerais de zirconium et de leurs concentrés, en 2023.
Principaux pays exportateurs sur un total de 1,131 million de t :
| Afrique du Sud | 470 455 | Sierra Leone | 61 132 | |
| Indonésie | 95 320 | Australie | 38 592 | |
| Mozambique | 78 444 | Madagascar | 34 376 | |
| Kazakhstan | 77 751 | Sri Lanka | 30 358 | |
| Sénégal | 74 529 | Chine | 23 802 |
Source : ITC
Les exportations d’Afrique du Sud sont destinées à 76 % à la Chine, 5 % aux Pays Bas, 4 % aux Êtats-Unis.
Principaux pays importateurs sur un total de 2,227 millions de t.
| Chine | 1 556 287 | Italie | 32 615 | |
| Malaisie | 152 613 | États-Unis | 25 922 | |
| Espagne | 84 398 | Pays Bas | 21 502 | |
| Inde | 78 525 | Japon | 20 161 | |
| Russie | 35 511 | Brésil | 16 689 |
Source : ITC
Les importations chinoises proviennent à 38 % d’Australie, 21 % d’Afrique du Sud, 15 % du Mozambique.
En milliers de t de ZrO2 contenu, en 2024, sur un total de plus de 70 millions de t (source : USGS)
| Australie | 55 000 | Madagascar | 2 100 | |
| Afrique du Sud | 5 300 | Mozambique | 1 500 | |
| Sénégal | 2 600 | États-Unis | 500 |
Source : USGS
En 2024, répartition de la production mondiale de zircon sur un total d’environ 1,2 million de t.
| Tronox (Afrique du Sud, Australie) | 17 % | Eramet (Sénégal) | 6 % | |
| Iluka (Australie, Sierra Leone) | 13 % | Kenmare (Mozambique) | 4 % | |
| Rio Tinto (Afrique du Sud, Madagascar) | 12 % | Chemours (États-Unis) | 4 % |
Source : Eramet
Les principaux producteurs de zircon sont également producteurs de minerais de dioxyde de titane : ilménite, rutile et leucoxène.
En 2024.
Pas de production.
Commerce extérieur :
Les exportations étaient de 2 627 t avec comme principaux marchés à :
Les importations s’élevaient à 13 125 t en provenance principalement à :
Consommations : en 2024, elles sont, dans le monde, de 1,1 million de t de zircon.
En 2020, dans le monde (source : Tronox)
Secteurs d’utilisation : en 2020, dans le monde.
| Céramiques | 46 % | Fonderie | 11 % | |
| Produits chimiques et zircone | 22 % | Zr métal | 1 % | |
| Réfractaires | 19 % | Divers | 1 % |
Source : Tronox
Le zircon, dans l’industrie céramique est utilisé à 85 % dans la fabrication de carreaux, 14 % de produits sanitaires, 1 % de vaisselle. Broyé finement entre 5 et 9 µm, il entre dans la composition des émaux, à des teneurs comprises entre 6 et 15 % en masse, où il apporte un fort pouvoir opacifiant, une bonne résistance à l’abrasion et une bonne résistance aux agents chimiques.
Le zircon est la matière première de départ pour l’élaboration du zirconium, de la zircone et des divers autres composés du zirconium. L’élaboration de la zircone représente environ la moitié de la consommation, les autres produits chimiques l’autre moitié, le principal étant l’oxychlorure ZrOCl2,8H2O, utilisé par exemple comme anti-transpirant et comme précurseur des différents composés du zirconium. En 2017, la production mondiale d’oxychlorure est principalement effectuée en Chine avec 346 000 t/an.
Élaboré sous forme de briques, le zircon est employé dans des revêtements réfractaires de la sidérurgie et de l’industrie verrière. Il possède en particulier une grande résistance à la corrosion par le verre fondu.
En fonderie, le zircon, en poudre fine, est utilisé pour élaborer des moules pour le coulage de métaux fondus. Ses principales qualités dans ce domaine sont une grande stabilité thermique, un faible coefficient de dilatation thermique, une grande conductivité thermique et il n’est pas mouillé par les métaux fondus ce qui permet d’obtenir un bon état de surface des métaux moulés et un recyclage facilité pour le zircon.
Le zircon est également employé dans le moulage à la cire perdue.
| Formule | Masse molaire | Structures cristallines | ||
| Rutile | Anatase | Brookite | ||
| TiO2 | 79,866 g.mol-1 | quadratique, de paramètres : a = 0,459 nm et c = 0,296 nm | quadratique, de paramètres : a = 0,3785 nm et c = 0,9514 nm Donne du rutile à 700°C |
orthorhombique, de paramètres : a = 0,546 nm, b = 0,919 nm et c = 0,514 nm |
| Masse volumique | Température de fusion | Température d’ébullition | Solubilité dans l’eau |
|
1 855°C | 2 500 à 3 000°C | insoluble |
Dioxyde de titane rutile :
Dioxyde de titane gazeux :
|
Dioxyde de titane anatase :
|
La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,44 % en Ti.
Dans les minerais, le titane, oxydé, peut se présenter sous forme de dioxyde TiO2 « libre » appelé rutile mais le plus souvent il est associé au fer, également oxydé, sous forme d’oxydes mixtes dans des ilménites, ce qui exclut la séparation purement physique des deux éléments. Les minerais se présentent plutôt sous forme de roches dans l’hémisphère nord et de sables dans l’hémisphère sud.
Du zircon, silicate de zirconium, ZrSiO4, est souvent présent dans les minerais, dans un rapport de 1 pour 4 ou 5 de dioxyde de titane, et est récupéré. En 2014, la coproduction de zircon provenant des mines de dioxyde de titane a été de 1,1 million de t sur un total de 1,4 million de t.
Les minerais de titane, ainsi que le zircon, sont des minéraux lourds, de densité supérieure à 2,87. Provenant de l’érosion de roches, ils se rassemblent souvent dans des placers, comme l’or également dense, sous forme de sables, présents en bordure de côtes (Australie, Afrique du Sud, Inde, Kenya, Mozambique, Madagascar, Sénégal), sous une épaisseur d’une dizaine de mètres. Sous l’action du vent ces sables peuvent avoir formé des dunes, d’une centaine de mètres de hauteur, par exemple dans la province de KwaZulu-Natal, en Afrique du Sud.
On distingue :
Lorsque le minerai se présente sous forme de sables, en bord de mer, l’extraction a lieu à l’aide de dragues flottantes. Dans le cas de dunes fossiles, de puissants jets d’eau permettent d’entraîner le minerai.
Le rutile et le leucoxène sont utilisés par le procédé au chlore d’élaboration du dioxyde de titane.
L’ilménite contenant de 58 à 62 % de TiO2 et du fer (III) peut être employée directement par le procédé au chlore, la société Chemours étant la seule à maîtriser cette utilisation.
L’ilménite pauvre (35 à 45 % de TiO2), peut être utilisée directement par le procédé sulfurique. Elle peut aussi subir des traitements thermiques et chimiques consistant à augmenter sa teneur en TiO2 ce qui peut permettre de l’utiliser dans le procédé au chlore mais aussi de limiter les consommations d’acide et le volume des rejets dans le procédé sulfurique.
Deux types de traitements de l’ilménite sont effectués.
Élaboration du slag : le minerai, additionné de charbon et de chaux, est traité dans un four électrique à arc, à 1600-1700°C, permettant d’atteindre la fusion. De la fonte est récupérée et valorisée en sidérurgie ainsi qu’un laitier, slag, riche en TiO2 (75 à 85 %).
Élaboration du rutile synthétique selon le procédé Becher : un premier traitement pyrométallurgique, à l’état solide, dans un four tournant, vers 1100°C, en présence de charbon, donnant du monoxyde de carbone, qui réduit l’oxyde de fer, permet de former du fer métallique. On obtient de l’ilménite réduite dans laquelle les particules de TiO2 d’environ 100 micromètres se recouvrent de particules de fer de quelques micromètres. Un second traitement, hydrométallurgique, consiste à mettre en suspension l’ilménite réduite dans de l’eau, en présence de chlorure d’ammonium, jouant un rôle de catalyseur, à une concentration d’environ 1 %, et à injecter de l’air qui oxyde les particules de fer, en fines particules d’oxyde de fer (III) de 0,1 à 10 micromètres de diamètre. Les deux types de particules, fines particules d’oxyde de fer (III) et particules plus grosses de TiO2, d’environ 100 micromètres, sont ainsi individualisées et peuvent être séparées dans un hydrocyclone. Enfin un dernier traitement par de l’acide sulfurique à 0,5 mol/L permet d’éliminer les particules d’oxyde de fer restantes. Le rutile synthétique obtenu a une teneur de 85 à 95 % de TiO2.
En 2024, en milliers de t de TiO2 contenu, sur un total mondial de 9,35 millions de t (source : USGS)
Sur un total de 9,35 millions de t de TiO2 contenu, 8,9 millions de t sont extraites de l’ilménite et 450 000 t du rutile.
| Chine | 3 300 | Canada | 350 | |
| Mozambique | 1 910 dont 8 de rutile | Sénégal | 300 dont 8 de rutile | |
| Afrique du Sud | 1 400 dont 100 de rutile | Madagascar | 240 | |
| Australie | 600 dont 200 de rutile | Inde | 220 dont 12 de rutile | |
| Norvège | 360 | Ukraine | 130 dont 10 de rutile |
Source : USGS
Par ailleurs, la Sierra Leone a produit, en 2024, 60 000 t de rutile et le Kenya 40 t.
En Australie, 3 régions sont productrices : dans l’ouest (région de Perth), dans le sud (Bassin d’Eucla) et dans le sud-est (Bassin de Murray).
En Afrique du Sud, 2 régions sont productrices, à l’ouest de la province du Cap et au sud-est, dans la province de KwaZulu-Natal.
Au Groenland, la société 80 Mile PLC ex-Bluejay Mining développe le projet Dundas, dans le nord-ouest de l’île qui possède des ressources de 117,3 millions de t de t de minerai particulièrement riche en ilménite avec une teneur de 6,1 % soit 2,9 % de TiO2. La production prévue est de 440 000 t/an d’ilménite.
La production minière mondiale est constituée, en 2024, à 93 % d’ilménite, renfermant environ 50 % de TiO2, et à 7 % de rutile et leucoxène, renfermant environ 95 % de TiO2. Après traitements pyrométallurgiques et hydrométallurgiques destinés à accroître la teneur en TiO2 de l’ilménite, la production est constituée de 55 % d’ilménite, 29 % de slag, renfermant environ 80 % de TiO2, 7 % de rutile naturel et leucoxène et 8 % de rutile synthétique, renfermant environ 92 % de TiO2.
Producteurs : en 2024, répartition d’une production de 9,3 millions de t/an de TiO2 contenu.
| Rio Tinto | 11 % | Kenmare | 5 % | |
| Pangang Group | 9 % | Yuxiao Group | 5 % | |
| Tronox | 8 % | Eramet | 3 % | |
| LB Group | 6 % | Iluka | 3 % |
Sources : Eramet
En 2024, en millions de t de TiO2 contenu, sur un total mondial de plus de 556 millions de t (source : USGS)
Sur un total de plus de 745 millions de t de TiO2 contenu, plus de 510 millions de t sont présentes dans de l’ilménite et plus de 46 millions de t dans du rutile.
| Ilménite | Rutile | Ilménite | Rutile | |||
| Chine | 110 | – | Norvège | 37 | – | |
| Australie | 180 | 35 | Afrique du Sud | 28 | 6,1 | |
| Inde | 15 | 0,67 | Madagascar | 30 | 0,52 | |
| Canada | 51 | – | Mozambique | 22 | 0,72 | |
| Brésil | 43 | – | Ukraine | 5,9 | ? |
Source : USGS
Principaux gisements et mines australiens, en 2016, document de Geoscience Australia.
Commerce international : en 2023.
Principaux pays exportateurs : sur un total de 5,127 millions de t de minerais et concentrés.
| Mozambique |
1 301 |
Kenya | 293 | |
| Afrique du Sud | 767 |
Ukraine | 237 | |
| Madagascar | 561 | Corée du Sud | 233 | |
| Sénégal | 402 | Inde | 191 | |
| Vietnam |
295 | Belgique | 188 |
Source : ITC
Les exportations du Mozambique sont destinées à 55 % à la Chine, 18 % à l’Arabie Saoudite, 6 % aux États-Unis.
Principaux pays importateurs sur un total de 7,496 millions de t de minerais et concentrés.
| Chine | 4 252 |
Arabie Saoudite | 236 | |
| États-Unis | 586 |
Belgique | 225 | |
| Canada | 413 | Norvège | 216 | |
| Japon | 327 | Royaume Uni | 134 | |
| Allemagne | 298 | Malaisie | 97 |
Source : ITC
Les importations de la Chine proviennent du Mozambique à 51 %, de Norvège à 9 %, du Vietnam à 7 %, du Kenya à 4 %.
En 2022, la consommation mondiale a été de 8,600 millions de t de TiO2 contenu, dont 3,5 millions de t destinées au procédé au chlore, 4,2 millions de t destinées au procédé sulfurique, 530 000 t destinées à la production de titane, 340 000 t destinées destinées à d’autres applications dont l’élaboration de flux métallurgiques et celle de baguettes de soudure à l’arc. En 2024, la consommation mondiale est de 9,2 millions de t de TiO2 contenu.
En 2024, la consommation des États-Unis est de 0,7 million de t de TiO2 contenu.
Le dioxyde de titane est utilisé principalement comme pigment blanc, sa fabrication consomme, en 2024, environ 87 % de la production des minerais de titane. Les oxydes naturels, souvent fortement colorés, ne peuvent pas être utilisés directement. Environ 9 % des minerais de titane sont destinés à l’élaboration du titane et 4 % dans les emplois divers dont les soudures.
Pour le dioxyde de titane destiné à l’élaboration de pigments selon deux procédés, l’un sulfurique, l’autre au chlore.
Procédé sulfurique :
C’est le procédé le plus ancien et encore actuellement très employé en Europe et en Chine. Il met en œuvre des ilménites pauvres (moins de 60 % en TiO2) ou des laitiers sidérurgiques (le rutile, insoluble dans l’acide sulfurique, ne peut pas être utilisé). En 2013, l’ilménite représente 73 % de la matière première utilisée, le slag, 27 %.
Le minerai, broyé, est attaqué par de l’acide sulfurique concentré à 85-92 %, vers 150°C. Ti (+IV), sous forme d’ion TiO2+, Fe2+ et Fe3+, passent en solution. Un ajout de fer permet de réduire les ions Fe3+ en Fe2+. Les boues (inattaquées) sont séparées par filtration ou décantation et, dans le cas du traitement des ilménites, une partie des ions Fe2+ est éliminée de la solution, lors du refroidissement, par cristallisation de FeSO4,7H2O (sel vert). Le traitement des slags (plus pauvres en Fe2+) évite, à ce stade, l’élimination des ions Fe2+ et réduit ainsi les rejets de sulfate ferreux (l’oxydation des ions ferreux, longtemps déversés en mer, donne des ions ferriques et des boues rouges). La solution de Ti (+IV) est concentrée et hydrolysée vers 110°C pendant plusieurs heures. Le gel d’hydroxyde (TiO(OH)2) obtenu est séparé par filtration, lavé puis calciné dans des fours tournants. L’introduction de germes d’anatase ou de rutile permet d’orienter la cristallisation.
La consommation d’acide sulfurique est comprise entre 2,2 et 4 t/t de TiO2.
Les rejets d’effluents étaient une source importante de pollution : pour 1 t de TiO2 produite à partir d’ilménite (à 54 % de TiO2), les rejets pouvaient atteindre : 2 t de H2SO4 dilué (à 20 %) et 4 t de FeSO4,7H2O. Mais, ces dernières années, des progrès importants ont été réalisés :
Procédé au chlore :
C’est un procédé mis au point vers 1960, notamment par la société Du Pont de Nemours.
Ce procédé représentait 35 % des capacités mondiales de production en 1985, 55 à 60 % en 2012. Toute la production des États-Unis est effectuée selon ce procédé, 30 % de celle de l’Union européenne. En 2024, 55 % de la production provient du procédé sulfurique, avec le développement important de la production chinoise qui utilise principalement ce procédé et 45 % du procédé au chlore. Toutefois la production à l’aide du procédé au chlore se développe en Chine.
Il utilise des minerais riches en TiO2 pour limiter la production de chlorures gênants (FeCl3…) : ilménites riches (plus de 60 % de TiO2), laitiers (à plus de 85 % de TiO2) et rutile naturel ou synthétique. En 2013, le slag représente 46 % de la matière première utilisée, le rutile naturel, 21 %, l’ilménite, 18 %, le rutile synthétique, 15 %.
La chloration directe d’ilménites est maîtrisée seulement par Chemours. L’extraction du titane a lieu par carbochloration vers 800-1000°C selon la réaction :
TiO2 + 2 C + 2 Cl2 = TiCl4 + 2 CO
Le minerai est chauffé, en lit fluidisé, dans un courant d’air à environ 650°C. Le coke broyé est introduit au-dessus du minerai où il brûle en élevant la température. Quand la température de 800°C est atteinte, le dichlore est introduit à la place de l’air. La réaction est très exothermique. Le tétrachlorure de titane, TiCl4, est extrait sous forme gazeuse, sa température d’ébullition étant de 136°C, puis est condensé et purifié par distillation.
TiO2 est ensuite élaboré vers 1400°C, en présence de O2, selon la réaction :
TiCl4 + O2 = TiO2 + 2 Cl2
Le dichlore est recyclé. Ce procédé, utilisant une température élevée, ne conduit qu’à la formation de rutile (la forme stable à plus basse température étant l’anatase).
Les consommations varient selon les minerais traités : Cl2 (100 à 700 kg/t), coke (100 à 450 kg/t), O2 (450 à 500 kg/t).
Le procédé au chlore donne comme sous produit du chlorure ferrique (environ 0,5 t/t de TiO2) utilisé dans le traitement de l’eau.
Traitement de surface de TiO2 :
Les deux procédés conduisent à la production d’un pigment brut qui pour développer au mieux ses qualités pigmentaires doit subir un traitement de surface qui consiste à recouvrir chaque grain d’oxyde (d’environ 0,2 micromètres de diamètre) d’une ou plusieurs couches d’oxydes (de Si, Al, Zr…). La teneur en TiO2 du produit commercialisé est de 90 à 95 %.
En 2024, la production mondiale de TiO2 est estimée à 9,3 millions de tonnes.
Capacités annuelles de production, en 2024. Monde : 9,9 millions de t/an.
| Chine | 5 500 | Royaume Uni | 315 | |
| États-Unis | 1 360 | Australie | 260 | |
| Mexique | 350 | Arabie Saoudite | 200 | |
| Allemagne | 339 | Ukraine | 122 | |
| Japon | 322 | Canada | 108 |
Source : USGS
En 2023, la production de Union européenne est de 400 000 t dont 357 952 t, en Allemagne, en 2021, celle des États-Unis, en 2021, est de 1,1 million de t, celle de la Chine, en 2021, de 3,7 millions de t.
En 2017, il y a, en Chine, 41 producteurs, avec 2,83 millions de t/an de capacité de production dont 2,6 millions de t/an selon le procédé sulfurique. En 2018, la production de 2,954 millions de t, est constituée à 77,61 % de rutile et 17,18 % d’anatase, 5,21 % étant formé d’oxyde non pigmentaire.
Aux États-Unis, toutes les productions sont réalisées selon le procédé au chlore.
En Europe, la production est assurée dans 16 usines, dont 12 dans l’Union européenne.
Principaux producteurs :
| Lomon Billions (Chine), en 2023 | 1 510 | Venator (États-Unis), en 2022 | 602 | |
| Chemours (États Unis), en 2024 | 1 100 | Kronos (États-Unis), en 2024 | 535 | |
| Tronox (Royaume Uni), en 2024 | 1 078 |
Commerce international : en 2023.
Principaux pays exportateurs sur un total de 280 860 t, en 2022.
| Chine | 50 123 | France | 13 187 | |
| Allemagne | 19 824 | Japon | 11 135 | |
| Inde | 19 537 | Belgique | 8 813 | |
| Corée du Sud | 17 332 | Canada | 5 555 | |
| États-Unis | 15 151 | Pays Bas | 4 296 |
Source : ITC
Les exportations chinoises sont destinées à 15 % au Brésil, 15 % au Vietnam, 13 % à l’Inde, 9 % au Japon.
Principaux pays importateurs :
| États-Unis | 17 775 | Canada | 11 696 | |
| Inde | 17 220 | Japon | 11 140 | |
| Allemagne | 14 761 | Vietnam | 9 275 | |
| Brésil | 12 879 | Afrique du Sud | 9 067 | |
| Belgique | 12 420 | Égypte | 6 052 |
Source : ITC
Les importations des États-Unis proviennent à 45 % de Chine, 17 % de France, 10 % d’Allemagne, 9 % d’Inde.
Production : il n’y a pas de production française. Il existe toutefois des gisements de rutile en Bretagne.
Commerce extérieur : en 2024.
Les exportations de minerais et concentrés étaient de 196 t avec comme principal marché à :
Les importations de minerais et concentrés s’élevaient à 31 998 t en provenance principalement à :
Production, en 2023 : 7 548 t, selon le procédé sulfurique.
Producteur :
Commerce extérieur : en 2024.
Les exportations étaient de 14 676 t avec comme principaux marchés à :
Les importations s’élevaient à 3 530 t en provenance principalement à :
Propriétés :
TiO2 est le meilleur des pigments blancs. L’indice de réfraction du rutile, pour une longueur d’onde de 590 nm, est de 2,70, celui de l’anatase de 2,55. Pour comparaison : diamant (2,45), ZnS (2,38), ZnO (2,2), NaCl (1,54). TiO2 présente pour le spectre de la lumière visible un coefficient de diffusion élevé sans zone d’absorption. 96 % de la lumière incidente est réfléchie.
TiO2 est chimiquement inerte, donc très stable et non toxique chimiquement. Toutefois, du fait de son emploi parfois sous forme de nanoparticules, il a été classé par l’Union européenne comme susceptible d’être cancérigène.
Consommations : en 2024. Monde : 8,1 millions de t. Répartition, en 2017 :
| Chine | 34 % | Amérique du Nord | 15,9 % | |
| Europe | 19,5 % |
Source : European Coatings
En 2015, la consommation de la Chine était de 1,4 million de t, celle des États-Unis, en 2022, de 940 000 t.
En 2024, dans le monde. Source : Eramet
| Peintures | 49 % | Encres | 3 % | |
| Plastiques | 22 % | Textiles | 3 % | |
| Métal | 10 % | Catalyseurs | 3 % | |
| Papiers | 6 % | Autres dont émail | 4 % |
Source : Eramet
Il est utilisé à 90 % comme pigment.
En 2017, en Europe, TiO2 est utilisé à 36 % dans les peintures pour bâtiments, 17 % dans d’autres peintures, 25 % dans les matières plastiques et les caoutchoucs, 12 % dans le papier, 4 % dans des encres…
En 2021, aux États-Unis, le dioxyde de titane est utilisé à 60 % dans des peintures, 20 % dans des matières plastiques, 5 % dans des papiers.
Cette propriété photocatalytique est utilisée dans les verres autonettoyants dont la face extérieure est recouverte d’une couche très fine de TiO2 qui dégrade les particules organiques et aussi confère à la surface du verre une propriété superhydrophile qui permet à l’eau de pluie de former un film au lieu de gouttes, ce film, par gravité, glissant sur la surface et lavant le verre. La société Saint-Gobain commercialise le verre Bioclean possédant cette propriété. De même, des particules de TiO2 sont incorporées dans des ciments pour donner des façades autonettoyantes.
Les principales résines fluorocarbonées sont :
Matière première principale : le tétrafluoroéthylène.
Le tétrafluoroéthylène est préparé selon les réactions suivantes :
Le chloroforme CHCl3 est obtenu par chlorations successives du méthane à 5 bar et 320°C, ou du méthanol, voir le chapitre chloroforme.
Le fluorure d’hydrogène est préparé à partir de fluorine (CaF2) et d’acide sulfurique, voir ces chapitres.
Le chlorodifluorométhane, produit intermédiaire dans la formation du tétrafluoroéthylène, est dénommé également HCFC22, R22 ou freon®22. Utilisé également comme fluide réfrigérant dans les appareils de climatisation il est concerné par le Protocole de Montréal de protection de la couche d’ozone. C’est par ailleurs un puissant gaz à effet de serre, son potentiel de réchauffement global étant 1810 fois celui du CO2. Son emploi dans les appareils neufs est interdit dans l’Union européenne depuis le 30 juin 2004.
Le tétrafluoroéthylène est ensuite polymérisé :
Historique (pour la société Du Pont) :
Le premier polymère fluoré, le PTFE, appelé Teflon®, est découvert le 6 avril 1938 au laboratoire Jackson de Du Pont de Nemours, dans le New Jersey. Ce jour là, l’équipe du Dr Roy J. Plunkett qui travaille sur le fluide frigorigène Freon® (dichlorofluorométhane, fluorochlorométhane), découvre qu’un échantillon s’est spontanément polymérisé en un solide blanc et cireux. Ce nouveau matériau présente une résistance à pratiquement tous les produits chimiques ou solvants connus, sa surface est tellement glissante que presque aucune substance ne peut y adhérer. Il ne gonfle pas sous l’effet de l’humidité et il ne se dégrade pas ou ne se fragilise pas après une exposition prolongée à la lumière du soleil. Son point de fusion est de 327°C et contrairement aux thermoplastiques classiques (polyéthylène, polypropylène, PVC qui peuvent être injectés) son modelage nécessite d’avoir recours aux procédés de frittage.
Les PTFE sont linéaires avec ou sans chaînes latérales. Par exemple le Teflon® 62 présente des chaînes latérales -O-C3F7. Ces ramifications ont pour effet de diminuer la cristallinité et par conséquent de diminuer l’anisotropie des propriétés mécaniques.
Autres types de résines fluorocarbonées :
Propriétés principales des résines fluorocarbonées :
Points de fusion et températures maxima d’utilisation continue et de transformation des polymères fluorés :
| Type de Polymère | Point de fusion caractéristique (°C) | Température maximum de service en cas d’utilisation continue (°C) | Température de transformation (°C) |
| PTFE | 340 | 260 | 380 |
| PFA | 265-310 | 225-260 | 360-380 |
| FEP | 250-270 | 205 | 360 |
| ETFE | 210-270 | 150 | 310 |
| ETFE/ECTFE | 230 | 150 | 280 |
| PVDF | 160 | 140 | 230 |
| THV | 110-230 | 70-130 | 200-270 |
Source : PlasticsEurope
La production mondiale de polymères fluorés est d’environ 350 000 t/an, avec des capacités, en 2018, de 468 000 t/an, le PTFE représentant 53 % de la production. La Chine est le premier producteur. La production de l’Union européenne est, en 2023, de 62 181 t de polymères fluorés dont 20 578 t pour la France, 10 590 t pour l’Italie. Les productions allemandes, belges et des Pays Bas sont confidentielles.
Répartition de la consommation des polymères fluorés, en 2018.
| PTFE | 53 % | PFA/MFA | 1 % | |
| PVDF | 16 % | ETFE | <1 % | |
| FEP | 9 % | ECTFE | <1 % | |
| PVF | 2 % | Autres | 17 % |
Source : IHS Markit
Commerce international : en 2023.
PTFE :
Principaux pays exportateurs, sur un total de 89 589 t :
| Chine | 29 171 | Pays Bas | 6 537 | |
| Inde | 10 187 | États-Unis | 6 235 | |
| Allemagne | 8 400 | Russie | 5 759 | |
| Italie | 7 391 | Japon | 4 564 |
Source : ITC
Les exportations chinoises sont destinées à 19 % à l’Italie, 17 % à la Corée du Sud, 11 % au Japon, 7 % à l’Inde.
Principaux pays importateurs :
| Italie | 11 264 | Corée du Sud | 6 671 | |
| États-Unis | 10 888 | Japon | 4 980 | |
| Allemagne | 8 464 | Inde | 4 157 | |
| Chine | 8 261 | Turquie | 3 515 |
Source : ITC
Les importations italiennes proviennent à 50 % de Chine, 13 % d’Inde, 11 % d’Allemagne, 9 % de Turquie.
Autres polymères fluorés :
Principaux pays exportateurs, sur un total de 127 668 t :
| Chine | 32 124 | Italie | 7 896 | |
| États-Unis | 20 750 | Pays Bas | 7 021 | |
| Japon | 19 925 | Allemagne | 6 852 | |
| France | 17 146 | Inde | 3 351 |
Source : ITC
Les exportations chinoises sont destinées à 17 % aux États-Unis, 15 % à la Corée du Sud, 15 % au Japon, 7 % à l’Italie.
Principaux pays importateurs :
| États-Unis | 19 792 | Belgique | 6 913 | |
| Allemagne | 14 161 | Japon | 6 231 | |
| Chine | 13 818 | Italie | 6 128 | |
| Corée du Sud | 11 126 | Mexique | 4 670 |
Source : ITC
Les importations des États-Unis proviennent à 27 % de Chine, 26 % du Japon, 11 % d’Italie, 9 % de France.
Producteurs : en % de parts de capacités mondiales, en 2018 :
| Dongyue Group (Chine) | 13 % | Arkema (France) | 7 % | |
| Chemours (États-Unis) | 12 % | 3M (États-Unis) | 6 % | |
| Daikin (Japon) | 11 % | AGC Chemical (Japon) | 4 % | |
| Solvay (Belgique) | 8 % | Autres | 40 % |
Source : AGC Chemical
En Europe de l’Ouest la demande en PTFE recyclé représente 10 % de celle en PTFE vierge. Selon les applications le potentiel de recyclage va de 15 % à 40 %. Les utilisations particulières du PTFE font que celui-ci ne se retrouve qu’en faible proportion dans les déchets urbains.
Lors de l’incinération de ceux-ci la présence de produits fluorés entraîne la formation de HF. On a en moyenne 200 mg de fluor par tonne de déchets. Pendant l’incinération, qui doit être réalisée dans des incinérateurs spéciaux fonctionnant à plus de 800°C, la majeure partie de ce fluor est convertie en gaz ce qui donne, environ, une production de 10 mg de HF/m3 qui sont ramenés en dessous de la limite stricte de 2 mg/m3 par fixation sur des composés basiques (voir le chapitre oxyde de calcium).
Production : de polymères fluorés : 20 578 t, en 2023.
Producteurs :
Commerce extérieur : en 2024.
PTFE :
Autres polymères fluorés :
Consommations :
En 2020, la consommation mondiale de polymères fluorés est de 356 660 t.
En 2018, la consommation de PTFE est de 171 200 t à 40,5 % en Chine, 19,7 % en Europe de l’Ouest, 15,9 % aux États-Unis, 5,3 % au Japon.
Secteurs d’utilisation, en 2015, dans l’Union européenne :
| Transport | 36 % | Pharmacie, alimentation | 6 % | |
| Chimie, énergie | 22 % | Textiles, architecture | 6 % | |
| Ustensiles de cuisine | 7 % | Médecine | 3 % | |
| Électronique | 7 % | Énergies renouvelables | 1 % |
Source : Plastics Europe
Utilisations diverses :
Grâce à ses propriétés le PTFE trouve de nombreuses applications, aussi bien dans l’industrie que pour les emplois domestiques.
Autres utilisations :
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