3.

Élaboration

On distingue quatre grandes classes de métaux en fonction de leur mode de préparation. Les alliages ferreux, issus de la sidérurgie, constituent de loin le secteur industriel le plus important, tant historiquement qu'en volume produit. Viennent ensuite les métallurgies de l'aluminium, du zinc, du cuivre ainsi que de leurs alliages. Les autres métaux ont une utilisation plus limitée, et sont souvent obtenus comme sous-produits lors de la préparation des précédents. Voir aussi Métallurgie.

Trois sources alimentent l'industrie métallurgique : les mines, la récupération et les nodules polymétalliques sous-marins déposés à plusieurs milliers de mètres de profondeur, et dont l'exploitation est donc très coûteuse. Composés de métaux à l'état natif, ils ne nécessitent pas de traitement complexe et sont de plus très riches en métaux rares, d'un grand intérêt économique. Les métaux de récupération présentent aussi l'avantage d'un traitement simplifié, une simple refonte étant parfois suffisante, mais les frais de collecte et de tri restent encore élevés. La principale source d'approvisionnement reste donc le traitement des minerais naturels. Les métaux se trouvent dans les sols, généralement sous forme de mélanges d'oxydes plus ou moins dispersés dans une gangue rocheuse principalement constituée de silicates. On trouve certains métaux en faible pourcentage sous forme native. Il faut tout d'abord extraire ces minerais et les purifier pour ne garder que la fraction la plus riche en métal à produire. Cela s'effectue en plusieurs étapes, spécifiques à chaque mode de production et souvent liées au type de minerai. Ainsi, on peut soumettre les minerais à des transformations physiques (concassage, criblage, homogénéisation) ou chimiques. Ces dernières permettent d'obtenir les différents composés sous une forme plus réactive. En général, on dissout ou on fait fondre préférentiellement l'une des fractions (fraction métallique ou impuretés) pour la séparer de l'autre. À ce stade, le métal se trouve encore sous une forme oxydée ; il faut donc le réduire pour l'obtenir sous forme métallique. Cette étape, également très complexe et dépendant du minerai considéré, peut être soit thermique — réduction des oxydes de fer par le carbone dans les hauts-fourneaux — soit chimique — réduction électrolytique de l'alumine (Al₂O₃) pour préparer l'aluminium.

Les métaux obtenus doivent être affinés, c'est-à-dire débarrassés des autres impuretés métalliques. De nombreuses techniques de purification existent : séries d'oxydoréductions (aciers), affinage électrolytique (aluminium, cuivre, zinc), distillations, liquations (mercure, plomb, zinc), etc.

On prépare ensuite les alliages dont la composition extrêmement précise dépend des propriétés recherchées : tenue mécanique, résistance thermique, conduction électrique, résistance à la corrosion, densité, etc. Enfin, les dernières étapes sont en général des étapes de mise en forme : coulées, moulages, forgeage, laminage, tréfilage, emboutissages, pliages poinçonnage, etc.