Paul David (métallurgiste)

Amélioration du procédé

L'invention du procédé Bessemer, en 1855, suscite un intérêt extraordinaire de la part des métallurgistes. Mais quelques années après, les limitations du procédés sont avérées, et il faut attendre 1877 pour que Sidney Gilchrist Thomas l'amène à sa pleine maturité. Sa généralisation au traitement du cuivre est très rapidement envisagée :

« Les analogies entre ces deux fabrications sont en effet très grandes. De même qu'au haut fourneau, le minerai est réduit à l'état de fonte, combinaison de fer et de carbone, de même le minerai de cuivre est transformé par une simple fusion, la fonte crue, en un composé sulfuré, formé de cuivre, de fer et de soufre. Dans ces deux opérations, on sépare les métaux des gangues, et l'on obtient des produits principaux analogues ; d'un côté, c'est un carbure et un siliciure de fer et de manganèse; de l'autre, un sulfure de fer et de cuivre. Par la simple action du vent, on élimine pendant l'opération Bessemer le silicium, le manganèse et le carbone ; de la même manière, on enlève à la matte son soufre et son fer, qui sont tous deux plus oxydables que le cuivre. Mais les difficultés rencontrées dans le traitement des mattes sont bien plus grandes que celles du traitement de la fonte, où les éléments à oxyder ne dépassent pas 9 à 10 pour 100 du poids du métal ; la matte, au contraire, ne contient en général que 20 pour 100 de cuivre. Il faut donc enlever par oxydation 80 pour 100 des matières traitées. Les éléments étrangers de la fonte, silicium et carbone, développent en brûlant une quantité considérable de chaleur […] Le soufre et le fer au contraire ne produisent que 2 200 et 1 500 calories [par kilogramme]^[4]. »

— Paul Weiss, Le Cuivre

En effet, s'il est théoriquement possible, le soufflage du cuivre dans un convertisseur Bessemer rencontre de grosses difficultés lors de sa mise en œuvre. Les essais de l'anglais John M. Hollway en 1878 échouent : le soufflage se fait de manière très intermittente, le réfractaire s'use énormément, les tuyères se colmatent, le métal se fige avant la fin de l'opération, beaucoup plus longue que les procédés sidérurgiques, etc.^[5]. Finalement, si Hollway parvient à transformer la « matte bronze » en « matte blanche »^{[note 2]}, il ne peut aller plus loin^[6].

Lorsque Pierre Manhès commence ses essais l'usine qu'il possède à Vedène (Vaucluse), il butte rapidement sur le même problème, en particulier par le bouchage des tuyères par le cuivre affiné. Celui-ci, très dense, rejoint le fond du convertisseur où, refroidi par l'air soufflé, il se solidifie, bouchant ainsi les tuyères. Pierre Manhès brevète alors l'utilisation d'additifs dont l'oxydation dégagerait suffisamment de chaleur pour éviter tout figeage. Finalement c'est Paul David, alors ingénieur dans cette usine, qui, en 1880, suggère la solution. Il propose des tuyères horizontales, placées un peu au-dessus du fond du convertisseur, de telle sorte que le cuivre puisse se réunir au-dessous d'elles et que le vent souffle constamment dans la matte^[6]. Les essais, réalisés en 1880-1881, montrent que cette nouvelle disposition résout enfin le problème du bouchage^[5].

Un tel procédé impose encore, pour les mattes pauvres en cuivre, de vidanger la cornue après l'oxydation du fer, et d'affiner la matte intermédiaire (dite « matte blanche ») dans une deuxième étape. En 1883-1884, une deuxième amélioration est proposée par Manhès et David : le convertisseur cylindrique, qui permet de faire varier l'immersion des tuyères à volonté. En effet, en alignant les tuyères sur une génératrice du cylindre, elles se situent toutes à la même immersion. Cette innovation s'avère, elle aussi, décisive^[6].

Le procédé mis au point doit ainsi autant au patron qu'à son employé :

« Au point de vue de l'invention des appareils permettant d'appliquer le procédé pneumatique aux mattes cuivreuses, on voit, par ce qui précède, qu'il y a lieu d'associer au nom de M. Manhès le nom de M. Paul David^[6]. »

— Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale, Métallurgie : bessemérisation du cuivre

Invention du sélecteur

Tel que mis au point, le procédé Manhès-David ne retire de la matte que les éléments plus oxydables que le cuivre lui-même. Or « on sait que, pour des minerais complexes, la méthode galloise^{[note 3]} présente une variante : le selecting process, qui consiste dans la formation d'un fond cuivreux ou bottom où, avec le cuivre produit au commencement de l'opération, viennent se rassembler les métaux étrangers en partie, et l'or en totalité. On obtient donc, d'un côté une petite masse de cuivre très impure et aurifère, et de l'autre côté une grande masse de cuivre débarrassée de tout l'or et d'une partie des impuretés primitivement contenues^[6]. »

Paul David, qui a pris la direction des usines de la Société des cuivres de France à Éguilles (près d'Avignon) met alors au point, seul, un nouveau modèle de convertisseur^{[note 4]}. Celui-ci est sphérique, ses tuyères sont inclinées en hyperboloïde de manière à provoquer une rotation du bain^{[note 5]} L'axe du pivot du convertisseur est incliné sur l'horizontale (environ 30°^[7]) pour que le bec du convertisseur reste hors du bâti et ne déverse jamais de matière fondue dessus. Enfin, une petite poche latérale est aménagée sur la sphère, dans laquelle on peut, par un mouvement de rotation convenable, rassembler le bottom produit^[6].

Le sélecteur, s'il est utilisé avec succès à l'usine d'Éguilles, arrive cependant trop tard, après la mise au point de l'affinage par électrolyse^{[note 6]}. Bien que le sélecteur permet de faciliter cette opération en isolant le cuivre pur (qui contient quand même un peu d'argent) du cuivre allié, les usines américaines restent fidèles aux gros convertisseurs horizontaux revêtus de réfractaire basique, tels que mis au point par Peirce et Smith, et produisant un blister intégralement affiné par électrolyse^[9],[6],[10].

Pour autant, on peut voir dans le sélecteur une ébauche du trou de coulée latéral, qui s'est systématisé dans tous les convertisseurs sidérurgiques modernes.