Construire un laminoir
En une phrase
Un laminoir est une machine qui écrase le métal entre deux cylindres tournants pour produire des feuilles plates et des fils — l’outil qui transforme le fer brut en tôle, en plaque et en fil, ouvrant la porte à l’industrie moderne.
Qu’est-ce que c’est ?
Un laminoir est une machine composee de deux cylindres metalliques parallles qui tournent en sens inverse. On passe un morceau de metal chaud ou froid entre les deux cylindres. L’ecart entre les cylindres determine l’epaisseur du metal en sortie. En reduisant progressivement l’ecart, on transforme un lingot de metal en une feuille fine et reguliere.
Le laminoir est l’une des machines les plus importantes de la revolution industrielle. Sans lui, pas de tole pour les chaudiere des locomotives, pas de fil pour les bobines electriques, pas de feuilles pour les enveloppes de moteurs. Le laminoir est la machine qui rend possible la production en serie de composants metalliques.
Il existe trois types de laminoirs artisanaux :
- Le laminoir a feuilles : produit des tôles et des plaques metalliques d’epaisseur reguliere.
- Le laminoir a fil : tire du fil a travers des trous de diametre decroissant (trieuse).
- Le laminoir combine : un cylindre lisse pour les feuilles et un cylindre cannele pour le fil.
Où trouver/fabriquer
Les composants du laminoir
| Composant | Matiere | Source |
|---|---|---|
| Cylindres superieur et inferieur | Acier trempe ou fer forge dense | Voir Forger des outils en fer et Produire de l’acier |
| Bati (cadre) | Bois dur (chene, hetre) ou pierre | Abattage et menuiserie |
| Roulements | Bronze (voir Fondre le bronze) ou fer forge | Fonte ou forge |
| Vis de reglage | Fer forge | Voir Forger des outils en fer |
| Engrenages | Bois dur ou fer | Voir Fabriquer des engrenages |
| Courroie | Cuir ou corde tressee | Voir Fabriquer des cordages et Tissage et filage |
| Volant d’inertie | Pierre ou fer | Meule en pierre ou roue en fer |
La force motrice
Le laminoir necessite une force considerable pour ecraser le metal. Un homme seul ne peut pas actionner un laminoir a feuilles pour le fer (il faut 1 a 5 tonnes de pression). Les sources d’energie possibles :
| Source | Force | Commentaire |
|---|---|---|
| Moulin a eau | 5-50 chevaux | Ideal — continu et puissant. Voir Construire un moulin a eau |
| Moulin a vent | 2-10 chevaux | Possible mais irregulier. Voir Construire un moulin a vent |
| Moteur a vapeur | 10-100 chevaux | La solution Industrielle. Voir Construire un moteur a vapeur |
| Force animale (cheval, boeuf) | 1-2 chevaux | Possible pour les metaux mous (cuivre, etain). Pas assez pour le fer. |
| Force humaine (manivelle) | 0,1 cheval | Possible pour le plomb, l’etain et les feuilles tres fines seulement. |
Etapes detaillees
Etape 1 : Forger les cylindres
Les cylintres sont le coeur du laminoir. Ils doivent etre parfaitement cylindriques, lisses et trempes.
- Forger un cylindre en acier : partir d’un lingot d’acier (voir Produire de l’acier) de 10 a 15 cm de diametre et 30 a 50 cm de long. Chauffer a rouge et forger grossierement en forme cylindrique au marteau.
- Tourner le cylindre : mettre le cylindre entre deux pointes sur un tour (une lathe artisanale faite d’un cadre en bois et d’un outil de coupe en acier). Tourner le cylindre en le faisant tourner a la main ou au moulin. Couper la surface avec l’outil jusqu’a obtenir un cylindre parfait de 8 a 12 cm de diametre.
- Tremper le cylindre : chauffer le cylindre au rouge cerise (800 degres) et le plonger dans l’eau froide. Le cylindre devient extremement dur. Voir Forger des outils en fer pour la technique de trempe.
- Revenir le cylindre : chauffer le cylindre a 200-300 degres (tempere paille) pour le rendre moins cassant. Un cylindre trop dur se fissure sous la pression du laminage.
- Polir la surface : polir le cylindre avec de la pierre ponce puis du charbon de bois fin. La surface doit etre lisse comme un miroir — toute rayure sur le cylindre se transferee sur la tole.
Reproduire l’operation pour le deuxieme cylindre. Les deux cylindres doivent avoir exactement le meme diametre (a 0,5 mm pres).
Etape 2 : Construire le bati
Le bati supporte les cylindres et resiste a la pression considerable du laminage.
- Deux montants lateraux : tailler deux poutres de chene de 15 x 15 cm de section et 80 cm de hauteur. Voir Fabriquer des outils de menuiserie pour le travail du bois.
- Deux traverses : une traverse haute et une traverse basse relient les deux montants. La traverse basse supporte le cylindre inferieur. La traverse haute supporte le mecanisme de reglage.
- Assemblage : les montants et les traverses sont assembles par tenons et mortaises (voir Fabriquer des outils de menuiserie) et renforces par des goupilles en fer (voir Fabriquer des clous et rivets). Le bati doit etre massif — il subit des tonnes de pression.
- Semelle : une base en pierre (un bloc de granit ou de grs pose au sol) stabilise l’ensemble. Les montants sont chevilles dans la pierre.
Etape 3 : Installer les cylindres et les roulements
- Les roulements : chaque cylindre tourne sur deux roulements (un de chaque cote). Les roulements sont en bronze (voir Fondre le bronze) coules dans un moule en forme de col de cygne — un demi-cercle qui epouse l’axe du cylindre.
- Le cylindre inferieur : son axe est fixe. Les roulements sont fixes dans les montants. Le cylindre inferieur tourne mais ne monte ni ne descend.
- Le cylindre superieur : son axe peut monter et descendre. Les roulements du cylindre superieur sont montes dans un cadre metallique qui glisse verticalement dans les montants.
- Les vis de reglage : deux vis en fer forge (filetees a la main) s’appuient sur le cadre du cylindre superieur. Tourner les vis vers la droite = baisser le cylindre superieur = reduire l’ecart. Tourner vers la gauche = monter = augmenter l’ecart. Chaque vis a un volant en bois pour la maneuver.
Etape 4 : Le mecanisme d’entrainement
Le cylindre inferieur est entraine par la force motrice (moulin a eau, moteur a vapeur, etc.).
- L’arbre principal : un arbre en fer forge de 3 a 5 cm de diametre, relie au moulin par un systeme de courroie et de poulie (voir Fabriquer des engrenages pour les poulies et les engrenages).
- Les engrenages : un jeu d’engrenages relie l’arbre principal au cylindre inferieur. Les engrenages sont en bois dur ou en fer. Voir Fabriquer des engrenages.
- L’engrenage de synchronisation : un jeu d’engrenages identiques relie les deux cylindres pour qu’ils tournent a la meme vitesse et en sens inverse. L’engrenage est montsur l’axe d’un cylindre et entraine l’autre.
- Le volant d’inertie : une grande roue en pierre ou en fer de 50 a 100 cm de diametre, montee sur l’arbre principal. Le volant lisse les a-coups et fournit l’energie necessaire au moment du passage du metal.
- La courroie : une courroie en cuir (voir Tissage et filage et Coudre et assembler les tissus) relie la roue du moulin a la poulie du laminoir. La courroie doit etre tendue mais pas trop — elle patine si elle est trop lache et casse si elle est trop tendue.
Etape 5 : Construire le laminoir a fil (optionnel)
Pour produire du fil, on ajoute un second jeu de cylindres avec des gorges (canaux en V) de diametres decroissants.
- Les cylindres canneles : au lieu de cylindres lisses, utiliser des cylindres avec des gorges gravees dans la surface. Chaque gorge a un diametre legerement inferieur a la precedente.
- La trieuse : une plaque en fer forge avec des trous de diametres decroissants, de 10 mm a 0,5 mm. On tire le fil a travers les trous en le tenant avec une pince. Voir Fabriquer des fils et cables pour la technique complete.
- Le mouvement : le fil est tire a travers la premiere gorge, puis la suivante, et ainsi de suite jusqu’a la dimension souhaitee. A chaque passage, le fil s’allonge et s’affine.
Etape 6 : Laminer — l’utilisation
- Chauffer le metal : chauffer le lingot de fer ou d’acier a rouge cerise (800-1000 degres) dans la forge. Le metal doit etre incandescent pour passer entre les cylindres. Le fer froid est trop dur et risque de casser les cylindres.
- Regler l’ecart : tourner les vis de reglage pour obtenir un ecart legerement inferieur a l’epaisseur du lingot. L’ecart doit etre reduit progressivement — on ne passe jamais directement d’un lingot de 5 cm a une tole de 1 mm. Chaque passage reduit l’epaisseur de 10 a 30 %.
- Passer le metal : saisir le lingot avec une pince longue. Presenter le lingot entre les deux cylindres. Les cylindres tournent et entrainent le metal par friction. Laisser le metal passer completement.
- Retourner : le lingot sort plus long et plus mince de l’autre cote. Le rehefauffer a rouge. Regler l’ecart plus petit. Repasser le lingot dans les cylindres.
- Repecher : chauffer, regler, passer. Chaque cycle reduit l’epaisseur de 10 a 30 %. Pour passer d’un lingot de 5 cm a une tole de 2 mm, il faut 6 a 8 passages.
- Recuire : apres 3-4 passages, le metal devient dur et cassant (strain hardening). Le recuire : chauffer a rouge sombre (600-700 degres) et laisser refroidir lentement. Le metal redevient mallable.
- Dernier passage : le dernier passage donne l’epaisseur finale. L’ecart entre les cylindres est regle precisement. La vitesse est reduite pour un finissage net.
Variations par climat
En climat tempere
- Conditions ideales : le moulin a eau fournit une force reguliere.
- Le bois du bati peut travailler avec l’humidite. Utiliser du chene et bien secher le bois avant la construction.
- Le metal se refroidit vite — chauffer plus souvent et travailler par passes plus courtes en hiver.
En climat tropical
- L’humidite fait rouiller le fer rapidement. Huiler les cylindres et les engrenages chaque jour. Voir Fabriquer des vernis et enduits protecteurs.
- Le bois pourrit vite — traiter le bati avec de l’huile de lin ou du goudron de bois (voir Fabriquer de la colle naturelle).
- Le refroidissement du metal est plus lent — chauffer moins souvent, mais travailler vite car le metal reste chaud plus longtemps.
En climat aride
- L’air sec est excellent pour le stockage du bati en bois.
- L’eau est rare — le moulin a eau peut ne pas etre possible. Utiliser un moulin a vent ou un moteur a vapeur.
- Le sable et la poussiere sont l’ennemi des cylindres. Couvrir le laminoir quand il ne fonctionne pas.
Pieges et erreurs courantes
- Cylindres non paralleles : si les cylindres ne sont pas exactement paralleles, la tole est plus epaisse d’un cote. Verifier le parallelisme avec une regle avant chaque session.
- Cylindres trop tendres : des cylindres en fer doux s’usent rapidement et se rayent. Tremper les cylindres en acier (voir Produire de l’acier) pour une durete suffisante.
- Ecart trop petit en un passage : reduire l’epaisseur de plus de 30 % en un seul passage risque de bloquer le metal entre les cylindres, de casser les engrenages ou de plier les cylindres. Reduire progressivement.
- Metal pas assez chaud : le fer froid ne passe pas dans les cylindres et peut les endommager. Le metal doit etre rouge cerise (800-1000 degres) pour le fer, plus bas pour les metaux mous (cuivre : 700 degres, plomb : a froid).
- Courroie qui patine : si la courroie patine, le cylindre ne tourne pas assez vite et le metal bloque. Tendre la courroie ou la remplacer. Utiliser de la poix de sapin pour augmenter l’adherence.
- Bati qui se deforme : le bati subit des tonnes de pression. Si le bati se deforme, les cylindres se decalent. Renforcer le bati avec des tirants en fer (voir Fabriquer des clous et rivets).
- Metal qui colle aux cylindres : le metal chaud colle aux cylintres. Lubrifier les cylindres avec du graphite (poudre de charbon de bois) ou de la graisse animale avant chaque passage.
Une fois que vous savez faire ca, vous pouvez debloquer
- Produire du verre plat — le laminoir applati le verre coule en feuilles regulier
- Fabriquer des fils et câbles — le laminoir a fil produit du fil metallique en continu
- Construire un moteur à vapeur — la tole du laminoir fabrique les chaudières et les cylindres
- Fabriquer du caoutchouc naturel — le laminoir applique le caoutchouc sur les toles
- Produire de l’acier — le laminoir transforme les lingots d’acier en tôles utilisables
- Construire une scierie mécanique — le principe du laminoir s’adapte au bois
Notes
- Le premier laminoir industriel a ete construit par Henry Cort en 1783 en Angleterre. Son invention a multiplie la production de fer par 15 et est consideree comme l’une des inventions cles de la Revolution industrielle.
- Un laminoir artisanal peut produire une tole de fer de 2 mm d’epaisseur en 6 a 8 passages. La tole est suffisamment reguliere pour fabriquer des chaudieres, des envelopes et des ustensiles.
- Le laminoir a fil est essentiel pour produire du fil electrique. Sans fil, pas d’electricite. Voir Générer de l’électricité et Construire une dynamo.
- La force necessaire pour laminer le fer est considerable : environ 10 tonnes de pression pour un cylindre de 10 cm de diametre. Seul un moulin a eau ou un moteur a vapeur peut fournir cette force de maniere continue.
- Les cylindres du laminoir s’usent. Apres quelques centaines d’heures de service, ils doivent etre retournes (re-usiner la surface). Prevoir un jeu de cylindres de rechange.
Ressources externes
- Open Source Ecology — GVCS — plans open source du laminoir industriel (Micromill et Ironworker)
- Survivor Library — Metallurgy — manuels historiques de laminage et de metallurgie
- Instructables (via Kiwix) — projets de laminoirs artisanaux pour petits ateliers
- The Engineering Toolbox — tables de resistance des materiaux et calculs de pression de laminage