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Dossier : Archéologie expérimentale du bas fourneau. Réduction et post-réduction du fer

L’expérimentation dans la pratique des archéologues du fer

Danielle Arribet-Deroin
p. 5-7

Résumés

L’archéologie expérimentale est une pratique ancienne et répandue en paléométallurgie du fer : elle a accompagné les fouilles archéologiques qui se sont multipliées en Europe depuis les années 1950 et a permis une compréhension du procédé direct d’élaboration du fer. Ce dossier présente des résultats d’opérations récentes et des réflexions sur les objectifs et les méthodes. Il est ainsi fait état de l’importance des expérimentations à objectif archéométrique pour tester les processus métallurgiques dans les appareils anciens. Les expérimentations plus strictement archéologiques sont exposées dans leur diversité : opérations en série portant sur l’utilisation d’un minerai spécifique, la minette de Lorraine ; recherche sur le fonctionnement d’un fourneau à ventilation naturelle et sur l’art de le construire en terre ; réflexion sur l’éventualité de l’emploi de fours à sole perforée pour la fabrication du fer. La post-réduction est abordée par le biais d’une technique méconnue, le grappage.

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Texte intégral

  • 1  On entend par paléométallurgie du fer l’étude des vestiges se rapportant à la métallurgie ancienne (...)

1L’expérimentation en paléométallurgie du fer1 est une pratique courante : rien de mieux partagé que la réalisation d’une réduction en bas fourneau et, dans certains cas, la transformation de la masse obtenue en un objet plus ou moins élaboré. Les protocoles et les résultats donnent lieu à des colloques spécialisés (par exemple Guyan, Pleiner & Fabesová 1973 ; Archéologie expérimentale 1991) mais ont également une bonne place, depuis les années 1970, dans la plupart des rencontres entre archéologues spécialistes du fer (par exemple Mangin 1994 ; Crew & Crew 1997).

2Le bas fourneau est l’appareil dans lequel fut élaboré le fer depuis les premiers temps de l’âge du Fer jusqu’à la fin du Moyen Âge en Europe. Four de taille souvent modeste bien que très variable, il est le lieu de la transformation du minerai en une masse de fer ou d’acier. Par la réaction chimique de la réduction, les oxydes de fer, qui composent souvent l’essentiel des minerais utilisés, perdent leur oxygène au profit des gaz de combustion, principalement le monoxyde de carbone issu du combustible, le charbon de bois. Dans cette méthode, appelée méthode directe, la transformation se fait en phase solide, c’est-à-dire que le fer ne fond pas mais qu’il est récupéré sous forme d’une masse pâteuse plus ou moins compacte. Cependant, les températures doivent être supérieures à 1 000 °C pour que tout ce qui n’est pas fer ou oxyde de fer dans le minerai puisse se séparer du métal en s’écoulant sous forme de scorie. Cette dernière piège une partie du fer contenu dans le minerai car la séparation n’est pas complète entre le fer et les autres éléments. Ce déchet est jeté autour du fourneau en amas appelés ferriers, qui constituent dans le paysage le marqueur privilégié d’une activité sidérurgique passée.

3Selon que la scorie s’écoule ou non à l’extérieur pendant la réduction, selon que les fourneaux fonctionnent avec des soufflets – on parle de soufflerie ou ventilation forcée – ou sans – l’expression consacrée est alors ventilation naturelle –, ils appartiennent à des catégories que les archéologues ont appris à distinguer. Le produit du bas fourneau est une masse communément dénommée loupe ou éponge de fer.

4L’étape suivante dans la chaîne opératoire, dite de post-réduction, est liée de très près à l’élaboration du fer brut. Lors d’une phase d’épuration ou de raffinage, la masse est mise en forme par martelage et chauffage afin que les charbons de bois et la scorie incluse soient expulsés, que le fer soit compacté et qu’il devienne forgeable. Ce demi-produit, qui peut avoir des formes très variées, est ensuite transformé en objets dans une forge de transformation. Les phases de la post-réduction sont susceptibles de laisser des demi-produits et des déchets que l’archéologie de terrain et l’archéologie expérimentale sont maintenant aptes à identifier (Mangin 2004 ; Pleiner 2000).

5En Chine, plusieurs siècles avant notre ère, les métallurgistes savaient fabriquer un produit liquide, la fonte, alliage de fer et de carbone. En Europe, en revanche, il faut attendre la fin du Moyen Âge pour que la fonte soit produite dans des hauts fourneaux. Elle est ensuite transformée en fer par affinage dans d’autres ateliers, les affineries. Ce n’est pas avant le xve siècle que cette innovation, appelée méthode indirecte, s’est largement diffusée dans l’Europe du Nord-Ouest, même si les tout premiers hauts fourneaux sont apparus quelques siècles auparavant.

  • 2  Notamment à Étouars en Dordogne par Alain Ploquin, à Norberg en Suède par Gert Magnusson (reconsti (...)

6Jusqu’à aujourd’hui, l’expérimentation a surtout porté sur la fabrication du fer par la méthode directe. En effet, les investissements nécessaires pour faire fonctionner un haut fourneau ancien, équipé d’une soufflerie hydraulique et alimenté au charbon de bois, dépassent les moyens ordinaires d’une expérimentation. Surtout, la méthode indirecte semblait suffisamment connue depuis l’époque moderne par la littérature technique pour n’exiger ni fouilles archéologiques ni expérimentations. Si le procédé est maintenant expérimenté2, les recherches sont encore peu nombreuses.

  • 3  Résumés succincts de l’historiographie en ce domaine dans Cleere 1991, Dieudonné-Glad et al. 1994 (...)

7À l’inverse, l’archéologie expérimentale du bas fourneau s’est imposée comme indispensable à la génération des chercheurs qui, après guerre, ont redonné vie aux études paléométallurgiques3. Parmi les premiers, Ronald Tylecote (Wynne & Tylecote 1956) et Joseph Wilhelm Gilles (Gilles 1958) abordent la réduction du fer comme une pratique étroitement liée à leur travail archéologique. Dans les deux cas, le but était de comprendre le fonctionnement des fourneaux anciens dont les vestiges sont souvent largement détruits et à propos desquels les textes sont rares et peu explicites : il s’agissait de « corréler les trouvailles archéologiques avec les connaissances métallurgiques actuelles » (Wynne & Tylecote 1956 : 339). En 1971, c’est grâce aux expérimentations qu’il avait conduites en tant que métallurgiste, que Ronald Tylecote a proposé une description du procédé (Tylecote, Austin & Wraith 1971).

8Cette méthode croisait déjà les informations avec l’ethnologie (Wynne & Tylecote 1956 : 348). En Afrique, ethnoarchéologie et expérimentation sont souvent étroitement liées : l’observation repose souvent sur des opérations reconstituées avec l’aide, quand c’est possible, de témoins des anciennes pratiques généralement disparues depuis les années 1950. En Europe, une telle proximité avec les détenteurs de la tradition n’est plus possible : contrairement à d’autres artisanats encore vivants (bien que transformés), la métallurgie du fer n’a pu faire l’objet d’observations in vivo, sauf dans le cas de la forge de transformation.

9Dès sa naissance, l’archéologie expérimentale fut une des sources de connaissance de la fabrication du fer dans les temps anciens. En 1988, à l’occasion du colloque sur l’expérimentation à l’archéodrome de Beaune, Henry Cleere exprima l’opinion que l’archéologie était « encore à un âge précoce de son développement – dans son adolescence, pour ne pas dire son enfance » (Cleere 1991 : 45). Appelant de ses vœux un passage à la maturité, il insistait pour que les expérimentations ne satisfassent pas seulement la curiosité et plaidait pour des protocoles et bases de données communs à l’échelle européenne.

10Vingt ans plus tard, son appel n’a pas été parfaitement entendu. Si les expérimentations se poursuivent dans de nombreux pays et si les rencontres fructueuses se succèdent, les résultats sont toujours segmentés. Les progrès sont réels mais sans dynamique collective : les comparaisons restent malaisées faute de problématiques communes.

11Sans prétendre aplanir ces différences, qui ne sont pas illégitimes, il a paru utile à un certain nombre de chercheurs pratiquant des expérimentations de se rencontrer à nouveau. Tel fut l’objet de la journée d’études organisée le 28 mars 2008 à la Sorbonne dans le cadre du Laboratoire de médiévistique occidentale de Paris (Lamop, Umr 8589–Cnrs/université ParisI). Les objectifs étaient de partager des résultats mais aussi de rendre explicites les problématiques, les protocoles, les méthodes et les moyens choisis par chacun.

12Plusieurs manières d’aborder l’expérimentation du fer sont traitées dans ce dossier. Parvenir à produire du fer est un objectif partagé : il permet seul de valider le caractère scientifique de l’opération, même lorsque c’est davantage le comportement du fourneau que le fer produit qui motive l’expérience. Au-delà, les approches sont diverses.

13Dans la lignée de Ronald Tylecote, et pour décrire toujours plus précisément le procédé, la première contribution (Philippe Dillmann) présente les expérimentations traitant de questions plus physico-chimiques que vraiment archéologiques. Parmi les caractères originaux voire dérangeants de cette démarche par rapport à la pratique traditionnelle, notons l’affirmation que certains paramètres des fourneaux anciens peuvent être sciemment délaissés au profit de la problématique principale.

14Cependant, adopter une approche plus habituelle, qui a pour objectif de produire du fer, des scories, un fourneau proche dans sa forme et sa composition des vestiges archéologiques, n’empêche pas de prendre des distances par rapport aux pratiques anciennes. Ainsi la question de la soufflerie se pose de manière récurrente : doit-on s’épuiser à souffler avec des soufflets manuels, ou bien une soufflerie électrique offre-t-elle un substitut acceptable ? À moins que le choix ne soit d’explorer la ventilation naturelle (Christophe Colliou).

15Les contributions sur les expérimentations purement archéologiques sont les plus nombreuses. Une déclinaison de plusieurs paramètres, avec comme invariant l’utilisation d’un même minerai (la minette lorraine), montre tout ce que de nombreuses opérations et un protocole issu de l’expérience apportent à l’observation archéologique ; ce travail conduit dans un second temps à élargir la réflexion à un autre minerai (Marc Leroy, Paul Merluzzo). D’autres expérimentations en sont davantage au stade de la découverte : essais de ventilation naturelle dans un grand fourneau à scorie piégée et à usage multiple, dont les résultats renseignent sur la fabrication et le fonctionnement de cet appareil (Christophe Colliou), réflexion originale sur la terre qui compose ce type de fours, appuyée sur la connaissance et à la pratique du matériau d’un céramiste, François Peyrat.

16Dans d’autres cas, l’étude part de vestiges archéologiques plus ténus (des scories d’une forme particulière) et suit une démarche plus empirique que scientifique, déjà revendiquée par d’autres (Sauder & Williams 2002). Régis Aranda, Nolwenn Zaour et Hubert Lepaumier explorent la fabrication du fer dans des fours à sole, utilisant une manière de conduire le feu très courante dans les autres arts du feu.

17Enfin, la dernière contribution se focalise sur le traitement du produit issu du fourneau durant la post-réduction. Contrairement à d’autres études réalisées sur cette phase de la chaîne opératoire et qui reposent sur un travail de forge classique (Crew 1991), les auteurs testent ici le grappage, une technique ignorée des manuels de forgerons mais encore largement pratiquée (Régis Aranda, Paul Benoit, Joséphine Rouillard, Anne-Cécile Turquety).

18C’est sur cette technique dont le nom est quasiment absent du dictionnaire, que s’achève un cheminement qui, nous l’espérons, apporte quelques lumières nouvelles sur la manière dont les archéologues expérimentent le fer.

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Bibliographie

Archéologie expérimentale. 1991. Archéologie expérimentale. T. I. Le feu : le métal, la céramique. Actes du colloque international « Expérimentation en archéologie : bilan et perspectives » tenu à l’archéodrome de Beaune les 6, 7, 8 et 9 avril 1988. Paris, Errance (Archéologie aujourd’hui), 272 p.

Cleere, H. 1991. « Iron smelting experiments : towards a systematic policy for international cooperation », in : Archéologie expérimentale. T. I. Le feu : le métal, la céramique. Actes du colloque international « Expérimentation en archéologie : bilan et perspectives » tenu à l’archéodrome de Beaune les 6, 7, 8 et 9 avril 1988, Paris, Errance (Archéologie aujourd’hui) : 45-47.

Crew, P. 1991. « The experimental production of prehistoric bar iron », Historical Metallurgy, 25(1) : 21-36.

Crew, P. & S. Crew (éd.). 1997. Early Ironworking in Europe. Archaeology and Experiment. Abstracts of the International Conference at Plas Tan y Bwlch 19-25 Sept. Maentwrog, (Plas Tan y Bwlch Occasional Papers No 3).

Dieudonné-Glad, N., P. Fluzin, P. Benoit & G. Beranger. 1994. « Étude de la réduction directe à l’aide d’une plate-forme expérimentale », in : M. Mangin (éd.), La sidérurgie ancienne de l’Est de la France dans son contexte européen, archéologie et archéométrie. Actes du colloque de Besançon, 10-13 novembre 1993. Paris, Les Belles Lettres (Annales littéraires de l’université de Besançon ; 536. Série archéologie ; 40) : 13-20.

Gilles, J. W. 1958. « Versuchsschmelze in einem vorgeschichtlichen Rennofen », Stahl und Eisen, 78 : 1690-1695.

Guyan, W. U., R. Pleiner & R. Fabesová. 1973. Die Versuchsschmelzen und ihr Beitrag für die Metallurgie des Eisens und dessen Geschichte. Publication du musée d’Allerheiligen-Schaffhausen, Suisse, et de l’Institut d’archéologie des sciences, Prague.

Mangin, M. (éd.). 1994. La sidérurgie ancienne de l’Est de la France dans son contexte européen, archéologie et archéométrie. Actes du colloque de Besançon, 10-13 novembre 1993. Paris, Les Belles Lettres (Annales littéraires de l’université de Besançon ; 536. Série archéologie ; 40), 424 p.

Mangin, M. (dir.). 2004. Le fer. Paris, Errance (Archéologiques), 239 p.

Mathieu, J. R. (éd.). 2002. Experimental Archaeology. Replicating Past Objects, Behaviors, and Processes. Oxford, Archaeopress (British Archaeological Reports. International Series ; 1035), 158 p.

Pleiner, R. 2000. Iron in Archaeology. The European Boomery Smelters. Prague, Archeologick´y ústav AVˇCR, 400 p.

Sauder, L. & S. Williams. 2002. « A practical treatise on the smelting and smithing of bloomery iron », Historical Metallurgy, 36(2) : 122-131.

Tylecote, R. F., J. N. Austin & A. E. Wraith. 1971. « The mechanism of the bloomery process in shaft furnaces, technique », Journal of the Iron and Steel Institute, 209 : 342-363.

Wynne, E. J. & R. F. Tylecote. 1956. « An experimental investigation into primitive iron-smelting technique », Journal of the Iron and Steel Institute, 190 : 339-348.

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Notes

1  On entend par paléométallurgie du fer l’étude des vestiges se rapportant à la métallurgie ancienne. On peut considérer cette expression comme synonyme d’archéométallurgie, qui est le mot retenu en anglais sous la forme archaeometallurgy.

2  Notamment à Étouars en Dordogne par Alain Ploquin, à Norberg en Suède par Gert Magnusson (reconstitution du site de Lapphyttan), et, pour l’affinage, à Melle par Philippe Dillmann.

3  Résumés succincts de l’historiographie en ce domaine dans Cleere 1991, Dieudonné-Glad et al. 1994 et Pleiner 2000. Sur l’archéologie expérimentale en général, Mathieu 2002.

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Pour citer cet article

Référence papier

Danielle Arribet-Deroin, « L’expérimentation dans la pratique des archéologues du fer », Les nouvelles de l'archéologie, 116 | 2009, 5-7.

Référence électronique

Danielle Arribet-Deroin, « L’expérimentation dans la pratique des archéologues du fer », Les nouvelles de l'archéologie [En ligne], 116 | 2009, mis en ligne le 30 juin 2012, consulté le 14 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/nda/702 ; DOI : 10.4000/nda.702

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Auteur

Danielle Arribet-Deroin

Lamop-umr 8589-Cnrs, université Paris-I-Panthéon-Sorbonne
arribet@univ-paris1.fr

Articles du même auteur

  • Recension [Texte intégral]
    Bailly-Maître Marie-Christine et Poisson Jean-Michel (sous la direction de), Mines et pouvoir au Moyen Âge, Presses Universitaires de Lyon, collection d’histoire et d’archéologie médiévale, 20, 2007, 214 p.
    Paru dans Les nouvelles de l'archéologie, 122 | 2010
  • Recension [Texte intégral]
    Arnaud Coutelas (dir.), Le mortier de chaux, Paris, Errance (Archéologiques), 2009, 159 pages.
    Paru dans Les nouvelles de l'archéologie, 122 | 2010
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