Laitiers de haut-fourneau - Origine, production et caractéristiques

Les exposés sur les laitiers de haut-fourneau font l'objet de deux articles :

• le présent article qui expose l'origine, la nature et les propriétés de ces sous-produits industriels en vue de leur emploi dans le génie civil, et plus particulièrement dans les techniques routières. L'article fournit également des données sur les productions ;

• l'article [C 5 380], porte sur les possibilités d'emploi de ces matériaux en fonction de prescriptions techniques et environnementales, et fournit des références de commercialisation et de chantiers.

Les laitiers de haut-fourneau (LHF) sont des sous-produits de la sidérurgie. Ils sont générés au cours de la production de l'acier, lors de l'étape de l'élaboration de la fonte à partir de minerai de fer. Selon le processus de refroidissement du laitier en fusion, on distingue deux familles :

• le laitier cristallisé, obtenu par un refroidissement lent qui le transforme en une roche dure artificielle et chimiquement stable ;

• le laitier vitrifié, obtenu par un refroidissement brutal, généralement à l'eau, qui lui confère une structure vitreuse lui permettant de développer des propriétés analogues à celles du ciment.

Les hauts-fourneaux ont une longue histoire... Elle nous est bien contée dans l'ouvrage de référence « Le laitier de haut fourneau » des ingénieurs Jacques Alexandre et Jean-Louis Sébileau (1988). Les origines de la sidérurgie sont très anciennes, elles remontent à l'antiquité. Les premiers hauts-fourneaux datent du moyen âge, et l'on peut parler de modernité dès le milieu du 19^e siècle.

Les laitiers de haut-fourneau ont longtemps constitué un produit dont on cherchait à se défaire, et que l'on évacuait sur des lieux de stockage qui sont devenus des « crassiers historiques », de volume très important, notamment en Lorraine.

Grâce aux progrès des techniques, ils sont passés de ce statut négatif, à celui d'un coproduit de la sidérurgie, dont l'éventail des propriétés est aujourd'hui apprécié et recherché.

On sait que la tendance est à une décroissance de la production industrielle du fer et de l'acier depuis plusieurs années. Récemment, notamment en raison de la crise économique de 2008. L'actualité de l'arrêt des haut-fourneaux de Florange en est l'illustration.

Néanmoins, la production de LHF est encore importante, à un niveau proche de 3 millions de tonnes produits sur les sites de Dunkerque, de Fos sur mer, et encore de Pont-à Mousson en Lorraine.

Le laitier de haut-fourneau fait partie des laitiers sidérurgiques avec les autres coproduits des différentes filières de fabrication de l'acier, à savoir les laitiers d'aciérie, qui feront l'objet d'un article ultérieur. Toutefois, il nous est apparu utile de fournir en début d'article une présentation sommaire des différents laitiers sidérurgiques, à travers notamment les sources de production. Les exposés qui suivent concernent l'origine, la formation et les caractérisations physico-chimiques, et géotechniques des LHF sous leurs différentes formes, en vue de leur emploi dans le Génie Civil, et plus particulièrement, dans les techniques routières (cf. [C 5 380]).

Deux familles sont obtenues suivant le processus du refroidissement du laitier en fusion :

• les laitiers cristallisés aux caractéristiques physiques et mécaniques comparables à celles des matériaux naturels ;

• les laitiers vitrifiés, le plus souvent élaborés sous forme de laitiers granulés en raison de leurs caractéristiques physico-chimiques.