Cette manipulation utilise du fil de fer (longueur environ 1 m ; diamètre environ 0,5 mm) et une alimentation électrique puissante (60 V/15 A). remarque : il est préférable de “doubler” les fils électriques de raccordement s'ils sont de modèle usuel. Le fil de fer est fixé sur deux tiges de verre maintenues par deux supports ; il est maintenu tendu par une masse marquée de 10 g (à crochet) ; il est chauffé par effet Joule. La manipulation est moins nette lors du premier chauffage car le fil est un peu tordu ; il est préférable d'effectuer un chauffage préalable (modéré) juste pour obtenir un redressement sous l'effet de la pesanteur. remarque : l'oxydation du métal chauffé rend l'expérience inopérante après trois ou quatre fois.

Lors de l'élévation de température, on observe d'abord une dilatation : le fil s'abaisse sous l'effet de la pesanteur. Le changement d'état solide alpha/gamma se produit quand le fer est chauffé au “rouge cerise” ; on observe alors une brève contraction : le fil remonte. Puis la dilatation se poursuit et le fil s'abaisse à nouveau. La brève remontée n'est toutefois pas très marquée, car lors du chauffage l'intérieur du fil a une température supérieure, donc change d'état avant. Ainsi une partie du fer se contracte alors que le reste est en train de se dilater; puisque la pesanteur s'oppose à la remontée du fil, celle-ci est moins nette. Lorsqu'on interrompt le courant, le fil se refroidit et commence par se contracter : il remonte. Puis se produit le changement d'état solide gamma/alpha ; on observe une brève dilatation : le fil redescend. Enfin la contraction reprend et le fil remonte. La brève descente est ici nettement plus marquée, car elle est au contraire favorisée par la pesanteur.

Dans les conditions usuelles, le fer cristallise en réseau cubique centré (alpha) ; aux températures supérieures à 910 °C (à la pression usuelle) la forme stable est le réseau cubique à faces centrées (gamma), un peu plus compacte, de plus grande coordinence, plus rigide. Le forgeage d'outils en fer à haute température, donc dans la forme gamma plus rigide, ne pose pas de problème : l'agitation thermique rend le métal d'autant plus malléable que la température est élevée (en favorisant les déplacements d'atomes). Mais inversement, si la forme gamma est souhaitable pour les outils devant être très durs, comment maintenir ces derniers dans la forme gamma dans leurs conditions d'utilisation à basse température ? Une méthode classique consiste à y incorporer des “impuretés” de carbone, en assez faible proportion pour ne pas trop perturber la cristallisation : on obtient ainsi de l'acier (avec 0,5 ou 1 % de carbone). remarque : avec “trop” de carbone, on obtient de la fonte, cassante (l'excès de carbone se regroupe dans des “joints” entre microcristaux de fer ; la fonte casse lorsque les joints cèdent sous l'effet des contraintes). Lorsqu'on refroidit brutalement l'acier en phase gamma, par exemple en le trempant dans l'eau froide, les “impuretés” de carbone ralentissent le changement de cristallisation : on obtient de “l'acier trempé” très rigide (figé en cristallisation gamma à basse température). La trempe à l'eau, brutale car l'eau bout à 100 °C, donne un acier trempé très dur, mais cassant. Pour obtenir des outils d'acier assez dur, mais moins cassant, on peut préférer une trempe moins brutale dans l'huile (qui bout vers 150 °C). On peut aussi procéder à un “recuit” : on chauffe doucement l'acier “au bleu” (des irisations jaunes, puis bleutées apparaissent à la surface du métal chauffé s'il est bien poli). remarque : pour un sculpteur sur pierre bricoleur, la connaissance (même non approfondie) de ces quelques propriétés suffit (avec une scie à métaux, une lime, un barbecue et deux marteaux, dont un sert d'enclume) à fabriquer quelques outils à partir de chutes de fer à béton récupérées sur un chantier.

remarque : on peut aussi citer le changement d'état solide de l'étain vers 10 °C ; à trop basse température, il passe sous une forme moins compacte et les microcristaux tendent à se séparer (il tombe en poudre) ; heureusement, la forme stable à température usuelle reste généralement métastable assez longtemps sans dégâts (sauf s'il gèle ferme). remarque : on peut enfin citer le cas du cuivre, inversement plus facile à travailler en chaudronnerie après avoir subi une trempe (chaque matériau a ses caractéristiques propres).