Bronze : définition et propriétés

Premier  alliage métallique créé par l’Homme vers -2000 av. J.-C., le bronze a ainsi donné son nom à une période de notre histoire. Utilisé pour la fabrication des outils, puis ensuite pour celle des armes, des armures et des instruments de musique, il est resté et reste encore très apprécié des sculpteurs.

Au sens métallurgique du terme, le bronze désigne tout alliage de cuivre (dont la composition est supérieure à 65 %) et d’étain, ce dernier étant l’élément d’addition principal (dont la composition reste le plus souvent inférieure à 15 %). Y sont ajoutés d’autres éléments, dont le phosphore, le zinc, le plomb ou le nickel, voire l’aluminium, le manganèse.

De manière générale, les alliages cuivreux sont caractérisés par leur tenue à la corrosion et mécanique, leur conduction thermique et leurs activités antibactériennes. Les bronzes présentent de manière plus marquée une résistance à l’usure et à la corrosion, une ductilité, sans oublier une sonorité  (utilisation dans l’art campanaire, avec 20 % d’étain) et une esthétique (utilisation en robinetterie industrielle). Le phosphore est utilisé en tant que désoxydant, son effet durcissant augmentant les caractéristiques mécaniques ; le zinc améliore la coulabilité et la malléabilité ; le plomb permet une meilleure usinabilité et tenue au frottement ; le nickel confère au bronze une dureté incomparable.

Deux types de bronze sont distingués selon leur composition : jusqu’à 16 % d'étain, ces bronzes sont des alliages pour corroyage et ne contiennent que de la phase intermétallique α (cubique à faces centrées) ; au-delà, ce sont des alliages de fonderie, qui contiennent également une proportion de phase intermétallique δ, dure et fragile (la dureté de l’alliage augmentant de manière importante au détriment de l’allongement). La structure finale des alliages dépend fortement de la vitesse de refroidissement.

L’élaboration des bronzes s’effectue principalement par fusion oxydante en milieu réducteur, afin de désoxyder le métal avant la coulée. Les bronzes sont essentiellement coulés en sable, par centrifugation ou par coulée continue, peu d’alliages le sont en coulée en coquille, même si celle-ci est envisageable. En Europe, les pièces moulées en alliages de cuivre sont régies par la norme NF EN 1982 qui spécifie notamment les désignations des alliages, les compositions, le mode de coulée normalisée et les caractéristiques mécaniques associés.

Actuellement, les bronzes sont de moins en moins utilisés, car souvent supplantés par d’autres métaux. Ils doivent leurs principaux usages au domaine de l’art, et comme matériau de frottement pour la fabrication de composants pour les industries mécaniques et électriques.