office technique pour l'utilisation de l'acier Pour tout savoir sur l’acier et ses utilisations

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  • Une vieille dame de fer
    Choisie parmi 107 projets, la construction de la Tour Eiffel a couronné l'Exposition Universelle de Paris en 1889. Point d'orgue d'une époque, la construction de ce grand ouvrage, hymne au monde moderne, mais aussi symbole du fer et des expositions universelles, a nécessité l'emploi de 2.500.000 rivet s qui ont permis de relier 18.038 pièces en fer puddlé, pré-assemblées.

  • Le puddlage : innovation sidérurgique
    Inventé par Henry Cort en 1784, le puddlage  marque l'essor de la sidérurgie dans la première moitié du 19° siècle. Cette innovation anglo-saxonne portait sur l'affinage , à grande échelle, de la fonte élaborée dans les hauts-fourneaux. Convenablement exécuté, un tel affinage  permettait d'aboutir aux aciers, voire au fer si l'on poursuivait à l'extrême la décarburation ..

  • Le fer puddlé / propriétés
    Pratiquement exempt de carbone, le fer puddlé, matériau notamment décrit par Wurtz dans son dictionnaire de chimie, était plus rigide et de meilleure tenue à la corrosion atmosphérique que l'acier puddlé, autre innovation de l'époque. Mais il fut choisi par Eiffel, également en raison de ses propriétés mécaniques, car on pouvait le façonner, le former et en atelier, surtout, l'assembler par rivet age .

  • Principes du puddlage
    Également décrit par Wurtz, le principe du puddlage  de la fonte consistait à opérer dans des fours oscillants, tel que le four Pernot qui permettaient le brassage  manuel du bain de fonte au "ringard " et d'où l'on extrayait des "loupe s" pâteuses que l'on portait au rouge, puis que l'on "cinglait", martelait, voire pilonnait longuement, afin de décarburer le métal par des oxydes et de le débarrasser de ses scorie s.

  • Le fer puddlé du monument
    Le fer puddlé ayant servi à ériger le Monument a été laminé en Lorraine, dans les Ateliers de Dupont et Fould de Pompey. Les principales caractéristiques du matériau ont notamment fait l'objet d'une étude, réalisée par l'UTAC en 1953, dans le cadre du remplacement d'un assemblage du premier étage, constitué d'un gousset  de fixation et de deux cornière s rivet ées.

  • Les tôles
    La composition moyenne des tôles, d'épaisseur initiale de l'ordre de 7 mm, révèle une forte teneur en soufre et en phosphore, associée à une très faible teneur en carbone. La structure, fortement érodée, est apparue comme entièrement ferritique et dénuée de toute présence de perlite. Tandis que les propriétés mécaniques de ces tôles se sont effectivement révélées comme étant très proches de ce que souhaitait Eiffel.

  • Les rivets
    Les rivet s, quant à eux, présentent une teneur en soufre et en carbone comparable à celle des tôles, mais 5 fois moins élevée en phosphore. Les micrographies présentées ici révèlent la qualité mécanique de la jonction du col et de la tête ; l'absence d'amorce de fissure et de corrosion inter granulaire dans les parties superficielles ; mais l'existence de nombreuses scorie s et d'inclusions multiples au sein du rivet , à l'origine d'une structure en bande, caractéristique du fer puddlé.

  • L'œuvre de Gustave Eiffel
    Les acteurs de cet exploit sont : Gustave Eiffel, Maurice Koechlin, et Émile Nouguier, tous trois ingénieurs ainsi que celui d'un architecte : Stéphen Sauvestre. Gustave Eiffel a construit la Tour alors qu'il était au sommet d'une gloire, consacrée par de nombreux ouvrages métalliques tels que le viaduc de Garabit dans le Massif Central ou encore l'ossature  de la statue de la Liberté à New York.

  • La Tour Eiffel en quelques chiffres
    Les mensurations de la tour les plus caractéristiques sont sa hauteur actuelle, sa surface au sol et sa masse totale, dont les 3/4 environ pour la charpente métallique. Quatre niveaux essentiels sont repérables sur le monument : les plat es formes du 1°, du deuxième et du 3° étage, ouvertes au public, ainsi que la plat e forme technique, intermédiaire entre le 2° et le 3° étage, qui ne l'est pas.

  • Les fondations (28 janvier 1887)
    Les fondations, qui commencèrent le 28 janvier 1887 et durèrent 5 mois, furent faites manuellement et s'appuyaient sur les remblais recouvrant la couche d'argile du bassin parisien. Les plus profondes ne dépassent pas 15 m et dans chacune sont coulés 4 massifs de maçonneries qui supportent les 4 arbalétrier s.

  • Le premier étage
    Au cours du montage du premier étage, la difficulté résidait dans l'inclinaison initiale des arbalétrier s, qu'il fallait diriger dans une direction précise, "en porte à faux ", pour rencontrer les poutre s horizontales du premier étage. L'assemblage parfait fût réalisé grâce à des vérins hydrauliques assurant le mouvement de chaque pied et surtout par un dispositif original d'échafaudage, surmonté de boîtes à sable que l'on vidait pour régler l'inclinaison des arbalétrier s.

  • Le deuxième étage
    Le deuxième étage, d'une hauteur proche de 116 mètres, a été édifié à l'aide de grues qui empruntaient le chemin des ascenseurs. Les pièces, élaborées en acier puddlé avaient été préalablement usinées et rivet ées, dans l'atelier d'Eiffel à Levallois. Ainsi, avec les moyens de l'époque, la Tour fût-elle montée comme un mécano géant, avec une remarquable précision.

  • Le troisième étage
    Du deuxième au troisième étage, les charpentiers du ciel firent des prodiges, en dépit de conditions techniques bien souvent contraignantes. Au total, les travaux durèrent 2 ans, 2 mois et 5 jours. Le premier étage fût achevé le 1° avril 1888 et le 3° le 31 mars 1889. Sur cette photo d'époque, on remarquera les pavillons disposés tout autour du premier étage à l'occasion de l'exposition universelle de 1889.

  • La protection d'origine
    Pendant sa construction, la Tour Eiffel reçut sa première couche de peinture à l'huile chargée en oxyde de fer rouge, puis 2 autres couches de peinture à l'huile de lin. En mai 1889, une 4° couche "vernissée" de ton brun-rouge, fut appliquée. Le premier entretien eût lieu en 1892, sous forme d'un lessivage complété par l'application d'une couche de peinture à l'huile, pigmentée à l'ocre jaune. Garanti 5 ans, il coûta 57 000 F.

  • Les cycles d'entretien
    À partir de 1899 le cycle de 7 ans fût retenu pour le renouvellement de la peinture. Dès lors, à chaque cycle, quelque 25 peintres escaladent la tour durant près d'une année, pour y appliquer 60 tonnes de peinture. Depuis 1988, des alpinistes équipés de caméras vidéo surveillent périodiquement l'état de l'ouvrage. En 1995, la campagne a coûté 20 millions de francs, environ 3 millions d'euros.

  • Agressions atmosphériques
    Aujourd'hui, la peinture de la Tour Eiffel est agressée par les différentes formes de pollution affectant Paris et ses environs. Et les enregistrements vidéographiques du monument, collectés dans une photothèque, ont permis de cartographier l'origine et la nature de ces pollutions afin de mieux adapter les modalités des futures campagnes. Ainsi, à partir de 2002 la peinture ne sera refaite que tous les 10 ans entre le sol et le premier étage, et tous les 5 ans entre le premier étage et le sommet.

  • Difficutés d'entretien
    La complexité et la difficile accessibilité des pièces à la périphérie de la Tour justifient tant les qualités requises de la main d'œuvre d'entretien, que la rigueur des procédures imposées. Et cela d'autant plus, que les travaux d'entretien se font sans la moindre interruption de la fréquentation touristique du monument.

  • Zones affectées
    Les zones les plus affectées de la Tour se trouvent principalement localisées entre le 2° étage et le sommet. Pour l'essentiel, elles concernent les poutre s horizontales, les gousset s et les rivet s d'arbalétrier s, ainsi que les raidisseur s tels que cornière s et plat s. En revanche, et parce qu'ils sont convenablement ventilés et abrités des pluies, les intérieurs d'arbalétrier s n'ont jamais révélé de forme sérieuse d'enrouillement apparent..

  • Gamme d'entretien
    La gamme des traitements de surface dédiés à l'entretien de la Tour Eiffel comporte deux séquences : une préparation mécanique, puis un revêtement de peinture. La préparation mécanique débute par un piquage au marteau , dans les zones préalablement repérées, afin d'éliminer les écailles, récupérées dans des filets spéciaux. À la suite de quoi, on procède à un "discage", qui parachève la mise à nu du métal à l'aide d'un abrasif spécialement mis au point pour le monument..

  • Cent ans de cumul
    Les peintures successivement appliquées depuis plus de cent ans, présentent, en certains endroits, une épaisseur cumulée pouvant dépasser le millimètre. Dans les zones affectées, la préparation mécanique peut alors révéler l'existence de résidus sous jacents pérennes, comme ici, un ancien minium au plomb, ou ailleurs, du chromate de zinc. Dans les zones saines, encore en bon état, un lavage à la vapeur d'eau sans détergent et sous pression maximale de 30 bars, suffit comme préparation.

  • Une campagne de peinture en quelques chiffres
    Actuellement, quelques 200.000 m2 de surfaces métalliques sont repeintes à l'issue de chaque campagne, qui nécessitent 60 tonnes de peinture, dont 10 tonnes de primaire. 25 peintres rigoureusement sélectionnés forment l'équipe d'entretien dont il convient d'assurer : - d'une part, la sécurité comme celle du public, par des lignes de vie et des filets de protection - et, d'autre part, l'équipement nécessaire en brosses, gants protecteurs en cuir, combinaisons et disques de meulage .

  • Peinture actuelle
    La gamme de peinture actuellement en place est composée de deux couches de primaire complétées par une finition, dont la couleur présente trois teintes, allant en dégradés du sol vers le sommet. Ces peintures, de formules proches, sont très riches en huile siccative, ce qui simplifie le travail des peintres et facilite les recouvrements au pinceau.

  • Etat actuel des multicouches
    Les multicouches résiduelles demeurent remarquablement adhérentes et souples. À base d'huiles grasses naturelles, elles ont été appliquées sur des primaires généralement dilués dans de l'essence de térébenthine, un hydrocarbure aliphatique naturel, extrait du pin. Les formulations ont été faites par mélange intime d'huile de lin, de charges siccatives et de poudres pigmentaires minérales, parmi lesquelles l'ocre jaune, le blanc de céruse, le jaune de plomb ou bien le minium de fer rouge.

  • L'huile de lin : un mélange complexe
    L'huile de lin, la plus commune de ces huiles naturelles, est un mélange de triglycérides, résultant de l'estérification du glycérol par des acides gras, principalement insaturés. Ces triglycérides se dégradent spontanément par hydrolyse, avec libération d'acides gras et formation de sous-produits. La réaction est lente et les sous-produits de dégradation de l'huile sont très nombreux et souvent instables.

  • L'huile de lin : principaux composés
    L'huile de lin renferme des chaînes insaturées, comme les acides linolénique, linoléique et oléique à 18 atomes de carbone, ainsi que des chaînes saturées : les acides stéarique et palmitique, respectivement à 18 et 16 atomes de carbone. La longueur et la forme des chaînes dépendent du nombre d'atomes de carbone de chaque molécule et surtout du nombre et de l'emplacement des doubles liaisons par rapport à l'extrémité hydrophile des fonctions carboxyles.

  • L'huile de lin : caractérisation
    La forme, les dimensions et les propriétés des molécules dans une huile crue dépendent des acides gras et du degré de dégradation des triglycérols, qui est déterminée par deux grandeurs expérimentales : -le taux d'insaturation, caractérisant le nombre de doubles liaisons carbonées contenues dans un gramme d'huile -l'indice d'acide, exprimant la quantité de potasse nécessaire pour neutraliser l'acidité libre.

  • Propriétés des multicouches
    Dans ces multicouches, le primaire, à base d'huile de lin crue, est chargé en poudres pigmentaires jouant, vis-à-vis du fer, le rôle d'inhibiteur anodique de corrosion. Le liant de recouvrement est à base d'huile de lin cuite, plus siccative et aussi plus visqueuse qu'une huile crue, car elle se polymérise à chaud en une pâte facilitant l'enrobage des charges et des pigments. En séchant, cette huile ne s'évapore pas. Elle s'oxyde, durcit, se dégrade et prend du poids.

  • Propriétés des pigments
    Les pigments naturels utilisés dans les multicouches du monument sont des poudres minérales dont la teinte, la couleur et les propriétés de surface sont induites tant par la stœchiométrie que par la structure cristalline lacunaire de ces matériaux. Dans les pigments synthétiques, ces caractéristiques dépendent aussi du choix du procédé d'élaboration. C'est ce que l'on peut constater, ici, sur trois variétés pigmentaires différentes d'un oxyde fer.

  • La liaison pigment-liant
    Les poudres pigmentaires d'une peinture à l'huile de lin présentent un excès de charge superficiel de caractère cationique prononcé, induit par des lacunes d'oxygène dans leur réseau cristallin. Dans une telle peinture, la liaison pigment-liant résulte de l'inter action d'absorption entre un excès de charge négatives imputable aux atomes d'oxygène des triglycérols de l'huile et l'excès de charge superficiel positif des poudres pigmentaires.

  • Comportement des peintures
    L'hydrolyse des triglérols libère des acides gras qui attaquent lentement les pigments ainsi que les charges minérales de la peinture pour former des savons hydrophiles. Ces savons adsorbent l'eau, et l'eau peut diffuser dans le revêtement. L'adsorption s'accompagne d'un gonflement qui engendre des contraintes dans le revêtement et explique l'origine du "faïençage" et du vieillissement progressif des peintures.

  • Comportement des multicouches
    Les propriétés siccatives de l'huile de lin expriment son durcissement sous l'effet d'une oxydation autocatalytique par l'oxygène de l'air. L'oxydation, au mécanisme radicalaire, modifie profondément la structure des molécules "siccatives", car elle engendre des liaisons tridimensionnelles qui provoquent inéluctablement des amorces de fissures. La propagation de ces fissures explique alors la fragilité superficielle du revêtement ainsi que les corrosions sous-jacentes lorsqu'elles aboutissent au substrat.

  • Auto-entretien des multicouches
    Au contact de l'oxygène de l'air, les parties superficielles du revêtement se dégradent et la peinture s'écaille progressivement. Loin d'être rédhibitoire, le phénomène contribue, au contraire, à limiter l'accrochage des salissures, qui peuvent ainsi s'éliminer spontanément. Et l'on comprend pourquoi il suffit d'un simple décapage à la vapeur d'eau pour obtenir une bonne base d'accrochage avant l'application d'une nouvelle couche sur une ancienne.

  • Les peintures du futur
    En certaines zones de la Tour, l'adhérence limite du revêtement est aujourd'hui atteinte, sous l'effet conjugué : -de la sévérité des contraintes climatiques -des déformations mécaniques -des préparations sommaires -et des revêtements successivement appliqués. C'est pourquoi, de nouvelles formules sont testées en vraie grandeur sur le monument, parmi lesquels seront choisis les préparations, les primaires d'adhérence, les liants et la pigmentation du futur.

  • Remerciements
    Ce document, produit par l'OTUA, a été réalisé grâce à l'aimable concours de la Société Nouvelle d'Exploitation de la Tour Eiffel. Nous remercions messieurs Yvon Bourse, chef des Services Techniques ; Stéphane Dieu, responsable de la documentation et des expositions et monsieur Jean-Louis Rabaté, consultant auprès de la SNTE, pour les documents confiés et leurs conseils avisés..