Academic literature on the topic 'Scories de la métallurgie du cuivre'

Depuis la synthèse précédente, les recherches archéologiques se sont développées et diversifiées en Afrique Centrale.Pour la préhistoire, des recherches prometteuses sont effectuées sur les processus géomorphoiogiques au Congo, ce qui permettra de mieux comprendre les problèmes posés par l'interpretation des vestiges découverts dans les formations sableuses.Du Gabon à l'Angola, on assiste à un intérêt croissant pour les vestiges des populations qui exploitent la zone littorale depuis l'âge de la pierre récent et qui sont responsable de nombreux amas coquilliers.A l'intérieur du continent, au Congo et au Rwanda, une série de nouvelles dates se rapportent à l'âge de la pierre récent, sans qu'il soit possible de préciser les limites temporelles de ces industries.Dans la moitié sud du Cameroun et à l'est de la Centrafrique, divers témoignages indiquent que depuis au moins le dernier millénaire avant notre ère cette partie de la forêt etait occupee par des populations sedentaires, utilisant de la ceramique, des haches polies et pratiquant sans doute une forme d'agriculture.La fonte du fer semble débuter dans la région de Yaoundé vers le quatrième siècle avant notre ère. A l'est, au Rwanda et au Burundi, la métallurgie du fer paraît au moins aussi ancienne et l'on ne peut tout à fait exclure qu'elle soit même beaucoup plus ancienne, mais cela reste controversé. Au Congo, un fourneau pour fondre le fer a pu être daté du cinquième siècle de notre ère, tandis qu'un fourneau pour fondre le cuivre était daté du treizi`eme siècle de notre ère. Au Zaïre, dans la région du Shaba, la fonte de ces métaux remonte au quatrième siècle de notre ère.Enfin, des séries systématiques de datations permettent d'esquisser durant l'âge des métaux les bases d'évolutions régionales au nord Cameroun, en Centrafrique, dans la cuvette centrale au Zaïre, et au Rwanda.

Le travail présenté porte sur l’étude de la réactivité des scories de la métallurgie du cuivre et leur utilisation comme additions minérales actives en remplacement partiel au ciment.

Les scories étudiées appartiennent soit au système CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (Scorie A épuisée en métaux « lourds »), soit au système CaO-FeO-SiO2 (Scories B, C, D et E) avec des teneurs en MgO, Al2O3 et ZnO appréciables ainsi que des proportions en métaux « lourds », autres que le Zn, non négligeables (Cu, Co et Pb). A l’exception de la scorie A, toutes les scories étudiées peuvent être classées comme « déchets dangereux » pour l’homme et pour l’environnement, car elles sont riches en métaux « lourds ».

La R.D.Congo regorge des quantités énormes de ces scories qui occupent des grands espaces avec tous les risques de pollution qu’elles présentent. En général, pour gérer ces types des matériaux, plusieurs techniques peuvent être utilisées. Dans ce travail, nous nous sommes proposés d’utiliser ces scories comme additions minérales actives au ciment afin de stabiliser leurs métaux « lourds », de les éliminer de la nature et de leur donner une valeur économique. Une telle étude n’a jamais été réalisée en R.D. Congo. De ce fait, trois axes d’études expérimentales ont été mis en œuvre :

- une étude théorique de la réactivité des scories fondée sur leurs caractéristiques chimiques et structurales.

- une étude de la réactivité intrinsèque des scories réalisée dans différents systèmes (NaOH, Ca(OH)2 et ciment), à partir de leurs verres. La méthode qui a été utilisée consiste à suivre la disparition des exothermes de cristallisation des verres de scories, lors de l’hydratation, par analyse thermique différentielle (ATD). A l’issu de cette étude, nous avons trouvé que toutes les scories ont un potentiel hydraulique qui dépend de la nature et de la proportion en verres qui les composent ainsi que des types d’activateurs utilisés. Les verres les plus réactifs sont ceux qui contiennent une grande quantité en éléments structuraux basiques (Si2O76-, Si2O88-, etc.) et en cations modificateurs de réseaux (Ca2+, Mg2+, Al3+ et Zn2+).

Le ciment, utilisé comme activateur, constitue un des meilleurs composés qui permet une hydratation facile et rapide des différents types de verres à 25°C. Lors de cette hydratation, il s’établit des interactions entre les verres des scories et les phases anhydres et/ou hydratées du ciment qui affectent directement l’évolution de l’hydratation des phases du clinker ainsi que les propriétés mécaniques des pâtes durcies des mélanges « scories-ciments ».

Les produits issus de l’hydratation des scories et/ou du ciment (C-S-H) sont les phases qui permettent de « stabiliser» les métaux « lourds » par insertion dans leur structure.

Toutes les scories étudiées peuvent être valorisées comme ajouts au ciment. Cependant, cette valorisation sera plus rentable si la scorie est épuisée en éléments recherchés en métallurgie tels que le Cu, le Co, le Ge et le Zn, comme c’est le cas des scories A et E.

- une étude des ciments à base des scories A et E a porté sur leur cinétique d’hydratation afin de corréler leurs processus d’hydratation à l’évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques de leurs pâtes durcies. Les temps de prise de ces ciments ont aussi été déterminés.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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La péninsule d’Oman est une entité géo-culturelle qui s’organise autour des montagnes d’al-Hajjar, extrêmement riches en minerais de cuivre. Ce dernier a probablement été exploité dès la période Hafit (3000 - 2500 av.n.è.) et le métal produit deviendra une matière d’échange avec la Mésopotamie à la période Umm an-Nar (2500 - 1900 av.n.è.). À l’âge du Fer (1350 - 300 av.n.è.), ces échanges deviennent plus flous, mais la production de cuivre elle, ne diminue pas. Les sites de réduction et de travail du métal de la péninsule d’Oman sont extrêmement massifs et fonctionnent à l’aide d’une gestion et d’une organisation complexes. De plus, ce métal ne connaît pas de concurrence, le fer n’ayant été produit qu’à partir de la fin de l’âge du Fer et le bronze étant relativement peu représenté au sein du corpus métallique. Notre étude a tenté d’identifier les procédés mis en place par les métallurgistes grâce à une méthodologie croisant prospections archéo-métallurgiques et analyses physico-chimiques des vestiges de la production (scories, lingots et objets finis). Ces objets ont été retrouvés dans des contextes d’habitats, de caches ou d’ateliers métallurgiques, il s’agit principalement d’armes, de bracelets, de bols et de figurines de serpent, animal auquel les populations locales semblaient vouer un culte exclusif. Les analyses chimiques attestent une fabrication locale, à partir d’un minerai issu des montagnes d’al-Hajjar. Cependant, il apparaît que la pratique du recyclage d’objets contribue activement à l’approvisionnement des populations en cuivre. Le métal obtenu est chimiquement très mélangé et semble avoir été utilisé dans la fabrication de beaucoup d’objets, sans distinction de type ou d’usage. Malgré l’absence d’un système d’écriture connu, les populations de l’âge du Fer livrent des vestiges archéologiques qui attestent d’une organisation sociale complexe, au sein de laquelle le cuivre semble avoir joué un rôle important, en contribuant au maintien d’une identité locale forte
The Oman Peninsula is a geo-cultural entity organized around the al-Hajjar mountains, which are extremely rich in copper ores. This metal was probably exploited since the Hafit period (3000 - 2500 BC) and the metal produced will become a trading material with Mesopotamia during the Umm an-Nar period (2500 - 1900 BC). During the Iron Age (1350 - 300 B.C.), these exchanges became more blurred, but copper production did not decrease. The reduction and metalworking sites of the Oman Peninsula are extremely massive and operate with complex management and organization. Moreover, this metal is not competitive, as iron was only produced at the end of the Iron Age and bronze is relatively under-represented in the metallic corpus. Our study attempted to identify the processes implemented by metallurgists using a methodology that combines archaeometallurgical prospecting and physico-chemical analysis of production remains (slag, ingots and finished objects). These objects were found in various contexts : settlements, hiding places or metallurgical workshops. They are mainly weapons, bracelets, bowls and snake figurines, an animal to which the local populations seemed to devote an exclusive cult. Chemical analysis attest a local production, using ore from the al-Hajjar mountains. However, it appears that the practice of recycling objects actively contributes to the supply of copper to the population. The resulting metal is chemically highly mixed and appears to have been used in the manufacture of many objects, regardless of type or use. Despite the absence of a writing system, archaeological remains of the Iron Age populations attest to a complex social organization, in which copper seems to have played an important role, contributing to the development of a strong local identity

Construction d'un dispositif experimental pour etudier l'homogeneisation du cuivre liquide chauffe et brasse par induction et la distribution chimique en cours de reaction avec un jet d'oxygene gazeux. Realisation d'un programme de calcul pour trouver les compositions a l'equilibre interface metal-laitier

Cette recherche s'inscrit dans la problématique de l'évaluation environnementale de matériaux poreux de BTP contenant des déchets. Le cas de deux scories de première fusion de plomb et de zinc, utilisées en substitut partiel au sable dans trois matériaux (béton, sable-ciment et sable-bitume) a été étudié. La méthodologie utilisée, basée sur la prénorme ENV 12-920, prend en compte les propriétés du matériau et les conditions du scénario, elle a 4 niveaux: (1) description du scénario (2) détermination de l'influence des paramètres pertinents sur le comportement à la lixiviation du matériau (3) description de modèles de comportement environnemental (4) validation in situ des modèles. De manière générale, le relargage du plomb et du zinc des scories contenues dans les matériaux étudiés, est fortement liée à l'évolution du pH près de l'interface, celui-ci étant le résultat des interactions matériau-scénario
This research is in keeping with the general problematic of environmental assessment of porous materials containing wastes. The case of two primary lead and zinc slags, used as a partial substitute for sand in three materials (concrete, sand-cement and sand-bitumen), was studied. The developed methodology was based on the pre-standard ENV 12-920 and was designed to ensure both waste specific properties and scenario conditions. Within this methodology four steps have to be carried out to determine the leaching behavior of the material in the considered scenario (1) description of the scenario; (2) determination of the influence of fundamental parameters on leaching behavior; (3) description of environmental behavioral models; and, (4) field verification of predicted behavior. The release of lead and zinc from slags contained in the studied materials was strongly dependent on the pH evolution near the interface. The pH evolution near the interface resulted from material-scenario interactions

Depuis de nombreuses années, la société est de plus en plus consommatrice d’énergie. Cette augmentation va de pair avec les progrès d’accès à l’énergie, une croissance démographique mondiale continue, l’amélioration de la qualité de vie et le développement de nouvelles technologies. D’après l’agence internationale de l’énergie, une hausse de cette consommation de l’ordre de 30% est prévue d’ici 2040. Près de 40% de cette consommation additionnelle pourrait être satisfaite par l’électricité ; ce qui aura un fort impact sur la distribution d’énergie. Pour la société Schneider Electric, spécialiste mondial de la gestion de l’énergie et des automatismes, la distribution d’énergie électrique est principalement assurée par des barres et des fils en cuivre. Ce métal est très largement utilisé pour de nombreux organes de raccordement, appelés objets 2D, qui servent à connecter et déconnecter les appareils. Le principal problème de ces éléments est leur dissipation d’énergie par effet Joule lors du passage du courant électrique. Ce travail de thèse a ainsi consisté à l’élaboration et l’étude d’une nouvelle génération de conducteur électrique et/ou thermique plan (2D) dans l’objectif de palier à ce problème. Pour cela, une nouvelle méthodologie de fabrication de matériaux composites Cu/C 2D a été développée. Elle est composée d’une étape de pré-traitement des poudres, d’une nouvelle technique de mélange et d’une mise en forme du matériau par compression uniaxial à chaud. Différents types de poudres métalliques (cuivre dendritique et cuivre plaquette) et poudres carbonées (graphite, graphène multi-couches, oxyde de graphène) ont été étudiés. L’orientation du renfort au sein de la matrice métallique et l’interface entre ces deux composants ont été optimisées. Cette méthodologie, associée aux caractérisations physico-chimiques des matériaux et à des modèles théoriques, a permis de mieux comprendre les paramètres clés pour l’obtention d’un matériau possédant des propriétés physiques améliorées. Ainsi, les matériaux Cu/C 2D élaborés au cours de cette thèse présentent, suivant le type renfort, une augmentation des propriétés mécaniques (allant de 36% à 120% pour la dureté Vickers), une amélioration de la conductivité thermique (variant de 8% à 56%) et une résistivité électrique cohérente en regard des propriétés du cuivre, matériau de référence
Since several years, society has become more and more energy-consuming. This increase goes hand in hand with the progress of access to energy, continuous world population growth, the improvement of life quality and the development of new technologies. According to the International Energy Agency, an increase of this consumption of the order of 30 % is planned before 2040. About 40 % of this additional consumption could be satisfied by electricity; what will have a strong impact on the distribution of energy. For the company Schneider Electric, world specialist of the management of energy and automatisms, the distribution of electrical energy is mainly assured by copper bars and wires. This metal is widely used for many connecting organs, called 2D objects, which are used to connect and disconnect devices. The main problem of these elements is their dissipation of energy by Joule effect when passing electric current. Thus, this thesis work consisted in the elaboration and study of a new generation of electrical and/or thermal plane (2D) conductor in the objective to overcome this problem. To this end, a new methodology for manufacturing Cu/2D C composite materials has been developed. It consists of a powders pre-treatment step, a new mixing technique and a shaping of the material by uniaxial hot compression. Various types of metal powders (dendritic copper and copper platelet) and carbonaceous powders (graphite, multi-layer graphene, graphene oxide) were studied. The orientation of reinforcement within the metal matrix and the interface between these two components have been optimized. This methodology, combined with physico-chemical characterizations of materials and theoretical models, provided a better understanding of the key parameters for obtaining a material with improved physical properties. Thus, the Cu/2D C materials developed during this thesis show, depending on the type of reinforcement, an increase in mechanical properties (from 36% to 120% for the Vickers hardness), an improvement in thermal conductivity (from 8% to 56%) and an electrical resistivity consistent with the properties of copper, the reference material

Nous avons analyse la cinetique de cementation electrochimique du cuivre par le zinc, pour de larges gammes de concentrations initiales en cations metalliques, par le suivi de ces concentrations et de la tension de corrosion en cours d'operation, et egalement par des essais de corrosion-cementation combinees et de cementation a tension controlee. Nous montrons que la cinetique est globalement limitee par la diffusion des ions cuivre, mais que les processus mis en jeu sont largement fonction de la teneur en ions zinc de la solution a l'interface avec le substrat. En particulier, cette teneur a l'instant initial fixe, pour toute la duree de l'operation, le nombre maximal de sites zinc actifs vis-a-vis de la dissolution. Le rapport de l'aire cathodique a l'aire anodique, evalue sur la base de mesures de la tension de corrosion et d'examens morphologiques est dans tous les cas tres superieur a un. Le seul effet de la presence du cement a la surface du zinc est un masquage partiel des sites anodiques. L'effet favorable d'une diminution de cette concentration interfaciale nous a conduits a proposer une methode de cementation assistee par electrolyse qui permet de doubler la vitesse de formation du cement pratiquement sans surcout energetique

La reaction de cementation du cuivre par de la poudre de zinc a ete etudiee dans des reacteurs agites de differentes tailles. Les tests effectues ont mis en evidence un phenomene d'agglomeration-desagglomeration des grains, mais l'exploitation des resultats par un modele globalisant a revele l'existence de phases cinetiques de pseudo-premier ordre. L'etude d'un grand nombre de parametres operatoires a permis de preciser leur influence sur la vitesse de cementation, le taux de recuperation du cuivre, la morphologie et la composition du depot. D'autre part, les coefficients de transfert de matiere ont pu etre correles a la puissance mecanique dissipee par unite de masse du liquide

La cinetique de la reaction de cementation de l'argent par le cuivre en milieu nitrate semble ne pas suivre la loi du premier ordre habituelle pour ce type de reactions. Par l'analyse de la reponse du systeme a des perturbations de courte duree du potentiel de corrosion, les aires reactionnelles anodique et cathodique ont pu etre evaluees sur la base d'un diagramme d'evans. La prise en compte de ces aires et des chutes du cement permet de justifier les ecarts apparents a la loi cinetique du premier ordre. Les valeurs obtenues sont en accord avec la morphologie du depot et du cement; celui-ci subit une attaque uniforme hors des zones masquees par le cement. Ceci distingue le systeme ag/cu d'autres systemes tel cu/zn de comportement cinetique different

L’histoire des techniques étudie les liens qui unissent un objet à sa technique de fabrication au travers des choix de l’homme qui l’utilise et le crée, à la société, à l’économie, aux modes de vie,… Pour remonter aux techniques de fabrication d’objets métalliques, il est nécessaire de connaître les propriétés physico-chimiques du matériau qui le constitue, les techniques de mise en forme utilisées, les outils et les gestes effectués par les hommes qui les produisent ; c’est en utilisant les moyens de laboratoire pour la science des matériaux qu’il est possible d’accéder à certaines informations techniques. Il ne s’agit pas seulement d’analyser les compositions élémentaires ; l’observation minutieuse des microstructures d’un métal peut permettre de mettre en évidence son histoire thermomécanique, afin de restituer la chaîne opératoire qui a permis la réalisation de l’objet considéré. Lorsque des vestiges d’atelier le permettent, il est intéressant de replacer la chaîne opératoire dans le temps et au sein d’un espace donné ; cela permet d’étendre la réflexion jusqu’à l’organisation sociale d’un atelier. Ce travail transdisciplinaire étudie l’évolution des pratiques techniques de la métallurgie de transformation des alliages cuivreux entre le IIIème siècle avant et le IIIème siècle après J. -C. , sur une aire géographique correspondant à la Grande Aquitaine d’Auguste. Les vestiges étudiés sont tous issus de sept sites de fouilles et de prospections archéologiques récentes. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence des évolutions dans les pratiques techniques et des différences d’organisation entre des ateliers à vocation différente
History of techniques studies the links between an object and its fabrication techniques thanks to craft choices, society, economy, politic,… Knowing the physicochemical properties of the material, the working techniques, the tools and the gestures carried out, is necessary to understand the making process of metallic objects; material sciences and laboratory studies permit to reach some technical information about these objects. On one hand, the purpose is to analyze the elementary composition; on the other hand, the observation of metal microstructures makes it possible to highlight its thermomechanical history, in order to understand the chaîne opératoire which enables to make the studied artefacts. When workshop vestiges are dig up, it is interesting to try to replace the chaîne opératoire in the time and within the given space. By this way, the reflexion can be extended to the workshop social organization. This transdisciplinary work studies the evolution of the technical practices of the transformation metallurgy of copper alloys between the IIIrd century B. C. And IIIrd century A. D. In the Roman Province Aquitania drown up by Auguste Emperor. The whole of the studied vestiges have been dig up from seven recent archaeological excavations or prospection sites. Results of these studies make it possible to highlight some evolutions in the technical practices in these times. Moreover, some differences of organization between workshops with different production way have been highlighted