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

Vers une nouvelle technique de réduction en ventilation naturelle: les fours à sole perforée

Régis Aranda, Nolwenn Zaour et Hubert Lepaumier
p. 28-32

Texte intégral

Expérimentation : action d’expérimenter.

Expérimenter : éprouver, connaître par expérience, provoquer un phénomène et l’étudier.

Expérience : faire l’essai de ; le fait d’éprouver quelque chose, considéré comme un élargissement ou un enrichissement de la connaissance, du savoir, des aptitudes.

(Le Petit Robert 1996 : 863).

Expérimenter pourquoi, pour qui ?

1L’expérimentation, qu’elle soit archéologique ou technique, est un espace de rencontre de plusieurs disciplines aux attentes parfois divergentes. Expérimenter seul est une erreur, surtout en archéologie où la confrontation des compétences permet d’ouvrir le dialogue afin de pouvoir analyser les résultats sous différents angles, archéologiques, historiques, physiques et techniques.

2L’archéologue et l’historien tentent de retrouver les techniques anciennes à travers les traces et les textes laissés par les hommes au cours des siècles. Mais les gestes, la réflexion et le contexte ont malheureusement en partie disparu. Le technicien d’aujourd’hui est pollué par la technologie, la mécanisation et la facilité de produire à peu près tout et n’importe quoi. S’il veut enrichir sa connaissance, il doit d’abord désapprendre ou oublier les techniques modernes afin de retrouver une authenticité gestuelle pour maîtriser les processus anciens.

3C’est pourquoi l’archéologue a besoin du technicien pour étudier et analyser les mobiliers issus des fouilles, et ce dernier se nourrit des interprétations du premier pour tenter de reproduire les manières anciennes. Ce dialogue entre l’archéologue, l’historien et le technicien doit alors permettre de clarifier les gestes et techniques d’autrefois.

4La demande d’expérimentation ne vient pas toujours de l’archéologue mais parfois aussi du technicien qui souhaite tester une chaîne opératoire ayant laissé peu de traces archéologiques ou historiques.

5Voila pourquoi nous vous présentons une expérimentation qui n’est pas archéologique mais qui est technico-archéologique.

6À l’occasion des fouilles en 2003 de l’atelier métallurgique antique du Buisson de Saint-Evroult de Montfort (Orne) sur l’A28 nord par Jean-Yves Langlois (Inrap) (Langlois et al. 2004 : 102-103) quelques scories particulières ont retenu notre attention. Sur ce site « les différences concernent essentiellement des grappes de scories de forme tubulaire (“orgues de Staline”) présentes préférentiellement dans certains contextes du ferrier septentrional. En attendant une confirmation par le biais d’expérimentations archéologiques, l’interprétation dominante de ce type de scories est celle de la présence d’une grille séparant la chambre de chauffe du laboratoire. Sous la chaleur, les scories auraient coulé par gravité dans la chambre. Les cordons ainsi formés se seraient réunis en se soudant les uns aux autres formant une concentration de barres de scories » (Langlois et al. 2004 : 35).

7Ces déchets en forme « d’orgues » sont lourds, de grande taille, et constitués d’une agglomération de boudins de forme polygonale et rectiligne. Par ailleurs, il est apparu que ces scories sont partiellement magnétiques. L’échantillon le plus massif, qui provient du ferrier 24, est un conglomérat d’une douzaine de boudins. L’ensemble pèse 7 kg et mesure 28 x 15 x 11 cm. La surface est rugueuse avec des inclusions probables de minerai, et sa couleur ainsi que celle de la coupe varient du noir au vert avec des traces d’oxydation.

8En l’état actuel de nos connaissances nous ne savons pas comment se forment ces scories. Il semble que jusqu’à présent aucun four expérimental, qu’il soit à air pulsé ou à ventilation naturelle, n’ait livré ce type de déchet. Ce qui nous a conduit à nous demander quel type de four avait pu le faire.

9Chacun de ces boudins semble correspondre à une extrusion de la scorie au travers d’un trou d’évacuation. Leur juxtaposition pourrait ainsi indiquer la présence d’une grille horizontale dans le dispositif d’évacuation de la scorie.

10Cependant aucune structure archéologique associée à la réduction du minerai de fer ne vient, pour l’instant, étayer cette hypothèse. En revanche, du point de vue archéologique, des fours à soles perforées horizontales sont connus depuis longtemps. Ils étaient utilisés dans le cadre d’autres activités artisanales.

Petit rappel sur les fours à sole perforée

11À Sévrier (Haute-Savoie) (fig. 1), un four à sole perforée et pilier central utilisé pour la production de céramique est attesté dans un contexte du Bronze final (Audouze & Buschenschutz 1989 : 176-177). Ce modèle de four est par la suite devenu classique pour les artisans potiers et constitue une technique de cuisson largement répandue. Pour la fin de l’âge du Fer on le rencontre par exemple sur le site du « Camp de Cornouin » à Lussac-les-Châteaux dans la Vienne (Ducongé 2007). Mais c’est à partir de la période gallo-romaine qu’il devient un standard de la production potière. Pour cette séquence, on dispose même de fours intégralement préservés comme à Bourgheim, dans le Bas-Rhin (Kern 2003). D’autres, comme ceux de Bliesbruck (Moselle), ont par ailleurs fait l’objet d’expérimentation (Greff 1991).

12Dans d’autres domaines, comme la production du sel, des fours à grille ont été utilisés durant tout le second âge du Fer. Il est intéressant de noter que si les températures requises pour ce type de production sont bien plus faibles que celles nécessaires à la production potière et a fortiori à une production métallurgique, certaines parties des grilles présentes sur les ateliers de sauniers ont pu être vitrifiées (Prilaux 2000 : 79).

13On voit par ailleurs que la multiplication des usages de ces fours à grille ou à sole perforée s’est accompagnée d’une diversification dans les conduites de feu, très différentes entre les fours de potiers, où le but est d’atteindre des températures assez importantes de l’ordre de 1 000 °C, et les fours de sauniers ou, au contraire, le temps de cuisson est privilégié par rapport aux températures.

  • 1  Communication à l’occasion du IVe Symposium européen de métallurgie, Paimpont, 2007.

14Dans le domaine des activités métallurgiques, il semble bien que de façon plus discrète des fours à sole perforée aient été utilisés dans le cadre du travail des alliages à base de cuivre. Une telle structure est décrite sur l’une des forges de l’oppidum de Sávist en République tchèque (Drda 2000). Une autre, analogue, est également signalée au sein d’un atelier de bronzier du haut Moyen Âge à Bonn en Allemagne (Krabath 2007). Mais, ce sont surtout les travaux de Nicolas Thomas (Inrap) qui ont mis en avant l’emploi de ces fours pour le travail du bronze. Ces recherches font suite à la découverte, en 2003, d’un four à sole perforée sur l’atelier d’un bronzier du xive siècle situé au 62 rue des Archives dans le troisième arrondissement de Paris1. En dehors de ces trois exemples, il faut bien avouer que l’on manque de description ou de signalement pour cette technique. Cette carence peut paraître surprenante lorsque l’on considère que plus de 1500 ans séparent Sávist de la rue des Archives, mais elle traduit bien la difficulté à documenter certaines superstructures, qui en l’absence de creusement ne laissent aucune trace archéologique. Cette difficulté est d’autant plus flagrante en archéologie rurale, où les recouvrements par apport aux remblais sont rarissimes. L’autre grand enseignement de ces fours de bronziers réside dans leur capacité à atteindre de hautes températures, compatibles avec des activités sidérurgiques. Lors des expérimentations menées par Nicolas Thomas, des températures de 1 400 °C ont été atteintes en plaçant le combustible non pas sous la grille mais dans la partie supérieure du four, au-dessus de la sole perforée. Cette structure est analogue à celle utilisée dans le cadre des activités potières, mais avec une conduite de feu radicalement différente, « l’alandier » étant considéré, ici, comme une énorme arrivée d’air.

15Quoiqu’il en soit, ces premières indications montrent le potentiel et l’intérêt de ce type de four où les arrivées d’air ne se situent plus en périphérie du creuset, mais sous toute la surface de ce dernier.

16En dehors de l’archéologie, quelques textes anciens permettent d’entrevoir les possibilités offertes par les fours à sole perforée y compris dans le domaine de la métallurgie. Dans le livre 7 du De re metallica, une variante de ce type de four est décrite comme fourneau d’essai dans lequel les températures atteintes permettent d’extraire l’or, l’argent, le cuivre ou encore le plomb (Agricola [1556] 1992 : 179-182). Il ne s’agit donc pas de structures susceptibles de réduire le minerai de fer. Toujours dans le même ouvrage, dans le livre 8, dédié à l’extraction du métal, des fours à sole perforée (fig. 2) sont utilisés pour le grillage de certains minerais métalliques riches en soufre ou en bitume (p. 222-225). Il ne s’agit toujours pas de structures destinées à réduire le minerai mais seulement à le préparer. Sur ces fours utilisés au milieu du xvie siècle, la conduite du feu se fait toujours au-dessus de la grille avec du charbon de bois.

Fig. 1

Fig. 1

Four à céramique, Sévrier, Haute-Savoie (d’après Audouze & Buschenschutz, 1989)

Fig. 2

Fig. 2

Fours à sole perforée utilisés pour le grillage de certains minerais métalliques riches en soufre ou en bitume (Agricola [1556] 1992 : 222-225)

Les questions techniques

Définition des zones de feu

17La température n’est pas le seul indicateur de la bonne mise en forme d’un feu. En effet, le feu se définit par l’existence de trois zones dont la forme est fonction du diamètre de la tuyère et de la vitesse d’air (Aranda et al. p. 32) : la zone oxydante, la zone neutre et la zone réductrice.

18Le système ainsi caractérisé et appliqué à une structure permet d’en définir les dimensions. En effet, les différents essais on montré que si le creuset du four était de taille inférieure au diamètre de la zone neutre, les parois de celui-ci étaient attaquées lors de la création de la loupe. À l’inverse, un creuset de taille supérieure permettait de protéger les parois.

Application du principe à une sole perforée

19Ce système obéit à un rapport diamètre/vitesse où la vitesse d’air dépend du diamètre de l’arrivée d’air. Dans le cas de la ventilation forcée, il est facile de faire varier la vitesse de l’air. À l’inverse, en ventilation naturelle, celle-ci est en partie liée à la hauteur de la cheminée. Après plusieurs essais, les vitesses maximales enregistrées sont de l’ordre de 2 à 3 m/s pour un diamètre de tuyère de 45 mm (Colliou & Aranda 2005 ; Garçon 2006 : 105-121). Ce rapport est insuffisant pour obtenir une zone neutre satisfaisante pour la constitution d’une loupe.

20Rappelons que le rapport vitesse d’air/diamètre de l’arrivée d’air donne un débit d’air. De ce fait, la multiplication du nombre d’arrivées d’air semble être une solution pour augmenter la taille de la zone neutre. Partant de ce postulat, il existe deux pratiques possibles. L’une utilise des fours avec un grand nombre d’arrivées d’air en périphérie de la zone de chauffe (fig. 3) (Colliou & Aranda 2005), l’autre des fours avec une grande surface de distribution d’air sous la zone de chauffe.

21Le problème pour ces derniers fours est de concevoir un système de distribution d’air. L’utilisation d’une sole perforée, à l’image de ce qui a déjà été testé sur des fours de bronziers, semble être une réponse à cette difficulté (fig. 4).

22La démarche poursuivie ici peut paraître surprenante, voire extravagante. Il est clair qu’en l’absence de structure à sole perforée clairement identifiée sur le site de réduction du minerai de fer, on s’éloigne du champ traditionnel de l’archéologie expérimentale. Cependant, il nous a semblé intéressant de tester le potentiel d’un tel four. Celui que nous avons testé présente une sole perforée placée horizontalement. Il est construit en brique et en argile pour des questions de facilité de mise en œuvre. Il a une hauteur totale de 85 cm. La sole, placée à 32 cm du fond du four qui est en partie enterré, est montée grâce à un chevauchement de roseaux recouverts d’argile. Elle fait 47 cm de diamètre interne pour 7 cm d’épaisseur et comprend une vingtaine de perforations. Le creuset a une hauteur de 46 cm au-dessus de la sole. Nous avons réalisé un léger rétrécissement du creuset à partir du premier tiers de la construction, passant ainsi d’un diamètre de 47 cm au niveau de la sole à 40 cm au niveau de la bouche. Le creuset et la sole ont ensuite, tous les deux, été recouverts de sable quartzique pour offrir aux parois une meilleure résistance thermique. Les tuyères ou arrivées d’air sont, dans ce cas, les perforations de la sole.

23À ce jour, nous avons réalisé quatre expérimentations de réduction de minerai de fer en ventilation naturelle dans un tel four (SP01 à SP04). Si nous n’avons pas réussi à mener une réduction à son terme, nous avons en revanche pu obtenir lors de notre dernier essai – SP04 : 21 octobre 2007, atelier Les Brieux, Plélan-le-Grand (35) – des mousses de fer qui laissent présager le potentiel du four. Un compte rendu détaillé sera prochainement publié dans les actes du IVe symposium de métallurgie européenne (Aranda, Zaour & Lepaumier à paraître).

  • 2  Information orale de Sandra Cabboï et Christophe Dunikowski.

24Parallèlement à nos expérimentations, les recherches et discussions que nous avons menées sur le sujet nous on appris que les scories en « orgue » sont plus largement répandues que nous ne le supposions. Des scories de forme similaire sont mentionnées en Pologne, dans les montagnes Sainte-Croix (Bielenin, Mangin & Orzechowski 1996 : 341) ainsi que sur le site des Clérimois dans l’Yonne (Dunikowski 1995 : 154-155). Ce même type de scories se retrouve sur certains ateliers de la Sarthe étudiés dans le cadre de l’autoroute A282. Sur ces sites, elles sont associées à des fours qui présentent des grilles non pas horizontales, mais verticales (Cabboï & Dunikowski 2004 : 56-58). La question de leur origine demeure donc encore totalement ouverte

Fig. 3

Fig. 3

Application à un four à multiples arrivées d’air

Fig. 4

Fig. 4

Application à une sole perforée

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Bibliographie

Agricola, G. [1556] 1992. De re metallica. Traduction Albert France-Lanord, Thionville, Éditions Klopp, 2e édition, 508 p.

Aranda, R., N. Zaour & H. Lepaumier. À paraître. « La réduction du minerai de fer en ventilation naturelle par sole perforée », in : Actes du IVe symposium européen de métallurgie (Paimpont, 2007).

Audouze, F. & O. Buschenschutz. 1989. Villes, villages et campagnes de l’Europe celtique. Paris, Hachette, 362 p.

Bielenin, K., M. Mangin & S. Orzechowski. 1996. « La sidérurgie ancienne et l’exploitation minière dans les montagnes Sainte-Croix (Petite Pologne), II. Ateliers, habitat, chronologie », Dialogue d’histoire ancienne, 22/1 : 323-373.

Cabboï, S. & C. Dunikowski. 2004. « Les bas fourneaux à scories piégées de la région du Mans », in : M. Mangin, Le fer. Paris, Errance (Archéologiques) : 56-58.

Colliou, C. & R. Aranda. 2005. « Proposition pour une application de la ventilation naturelle à la réduction du minerai de fer par procédé direct », in : Les arts du feu en Normandie. Actes du 39e congrès organisé par la fédération des sociétés historiques et archéologiques de Normandie, Eu, 21-24 octobre 2004. Caen, Annales de Normandie (Congrès des sociétés historiques et archéologiques de Normandie ; 10) : 241-254.

Ducongé, S. 2007. « Le Camp de Cornouin à Lussac-les-Châteaux (Vienne) », in : B. Isabelle & P. Maguer, De pierre et de terre. Les Gaulois entre Loire et Dordogne. Chauvigny, Éditions chauvinoises (Mémoires ; XXX) : 110-112.

Drda, P. 2000. « Les arts du feu sur les oppidas celtiques, iie-ier siècle av. J.-C. », Les Dossiers de l’archéologie, 258 : 18-23.

Dunikowski, C. & S. Cabboï. 1995. La sidérurgie chez les Sénons : les ateliers celtiques et gallo-romains des Clérimois (Yonne). Paris, Éditions la Maison des sciences de l’homme (Documents d’archéologie française ; 51), 183 p.

Garçon, A.-F. 2006. Recherches sur la ventilation naturelle en paléométallurgie du fer, paléométallurgie ventilation naturelle bas-fourneau, réduction, épuration, Vents et fours. Du minerai à l’objet., document Pdf, rapport du programme collectif de recherches Vents et fours, 194p.

Greff G. 1991. « Les potiers du site gallo-romain de Bliesbruck (Moselle »), 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) : 214-226.

Kern, E. 2003. « Les fours de potiers archéologiquement “entiers” du monde celtique et gallo-romain », in : Habitats, mobiliers et groupes régionaux à l’âge du Fer. Actes du XXe colloque de l’Association française pour l’étude de l’âge du Fer (Colmar-Mittelwihr, 1996). Dijon, Société archéologique de l’est de la France (Revue archéologique de l’Est ; 20) : 163-168.

Krabath, S. 2007. « Mittelalterliche buntmelallverarbeitung in ländlichen siedlungen », in : Arts and crafts in medieval rural environment. Ruralia VI, Dobogókö, Hongrie, 22-29 septembre 2005. Turnhout, Brepols : 355-362.

Langlois, J.-Y, V. Deloze, G. Guilier & N. Zaour. 2004. « Saint-Evroult-de-Montfort, Le Buisson (A28 – Rouen Alençon) », Bilan scientifique régional, 2003 : 102-103.

Prilaux, G. 2000. La production de sel à l’âge du Fer. Contribution à l’établissement d’une typologie à partir des exemples de l’autoroute A16. Montagnac, Éditions Monique Mergoil (Protohistoire européenne ; 5), 109 p.

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Notes

1  Communication à l’occasion du IVe Symposium européen de métallurgie, Paimpont, 2007.

2  Information orale de Sandra Cabboï et Christophe Dunikowski.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1
Légende Four à céramique, Sévrier, Haute-Savoie (d’après Audouze & Buschenschutz, 1989)
URL http://nda.revues.org/docannexe/image/713/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 140k
Titre Fig. 2
Légende Fours à sole perforée utilisés pour le grillage de certains minerais métalliques riches en soufre ou en bitume (Agricola [1556] 1992 : 222-225)
URL http://nda.revues.org/docannexe/image/713/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 1,2M
Titre Fig. 3
Légende Application à un four à multiples arrivées d’air
URL http://nda.revues.org/docannexe/image/713/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 116k
Titre Fig. 4
Légende Application à une sole perforée
URL http://nda.revues.org/docannexe/image/713/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 67k
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Pour citer cet article

Référence papier

Régis Aranda, Nolwenn Zaour et Hubert Lepaumier, « Vers une nouvelle technique de réduction en ventilation naturelle: les fours à sole perforée », Les nouvelles de l'archéologie, 116 | 2009, 28-32.

Référence électronique

Régis Aranda, Nolwenn Zaour et Hubert Lepaumier, « Vers une nouvelle technique de réduction en ventilation naturelle: les fours à sole perforée », Les nouvelles de l'archéologie [En ligne], 116 | 2009, mis en ligne le 30 juin 2012, consulté le 24 novembre 2017. URL : http://nda.revues.org/713 ; DOI : 10.4000/nda.713

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Auteurs

Régis Aranda

Plélan le Grand, Umr5060Lmc
regis.aranda@wanadoo.fr

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Nolwenn Zaour

Inrap Basse-Normandie, Bourguébus, Umr5060Lmc
nolwenn.zaour@inrap.fr

Hubert Lepaumier

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hubert.lepaumier@inrap.fr

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