Etudes des procédés anciens de réduction du fer au charbon de bois

La fabrication de fer ou de fonte par les procédés traditionnels de réduction fait intervenir des échanges thermiques et des réactions chimiques au sein d'un milieu poreux réactif constitué par le chargement du four en charbon de bois et minerai de fer. Ce processus se traduit globalement par une circulation à contre-courant des oxydes de carbone, de bas en haut, et des oxydes de fer, de haut en bas, avec succession des états solide, pâteux, liquide. La modélisation thermodynamique de ces procédés est abordée en trois étapes de difficulté croissante : collecte de données expérimentales puis modélisation mono-dimensionnelle prenant en compte les entrées et sorties du four (débit d'air de combustion, apports en charbon et minerai, fumées) et enfin modélisation tri-dimensionnelle rendant compte des phénomènes à l'échelle locale. Ces deux types de modèles existent déjà pour la conduite des hauts fourneaux contemporains, mais ils ne sont pas adaptés aux procédés anciens avec débit d'air froid et pulsé (au lieu de chaud et continu), charbon de bois (au lieu de coke), et géométrie des cuves (hauteur réduite par rapport aux hauts-fourneaux actuels). La construction d’un haut fourneau expérimental sur le site de la plateforme archéologique expérimentale Pyrotechnia a pour objectif de réaliser les mesures nécessaires à l’élaboration de ces modèles.

Etude particulière des souffleries

Cette étude constitue une sous-partie de celle des procédés anciens de réduction du fer dont il vient d'être question. Son caractère original mérite cependant de lui réserver un traitement particulier. Depuis le Moyen Age, l'alimentation des fourneaux en air comburant est discontinue, à débit pulsé, et ceci jusqu'au début du XX° siècle où la technique permet de passer au débit continu. La question qui se pose alors est d'analyser les répercussions des conditions de soufflerie sur le processus de réduction lui-même et sur la nature des fontes et des fers produits. Une approche expérimentale novatrice est actuellement menée où intervient une soufflerie pilotée et instrumentée qui permet de simuler tous types de soufflets ou pistons, dès l'instant où ceux-ci ont été caractérisés d'après reconstitutions (constitution d'une banque de données sur les souffleries anciennes).