[Economie] Mines & minerais de fer au Moyen Age

La mine ayant une importance non négligeable dans les Royaumes Renaissants, il me paraissait intéressant d'appréhender la mine de manière historique, à travers l'exemple d'un minerai existant dans les Royaumes, à savoir le minerai de fer.

La mine médiévale sera abordée sous trois aspects : celui des travaux de la mine, celui de l'architecture de la mine dessinée par l'abattage du minerai, et enfin celui de la transformation du bloc en poudre de minerai de fer extrait par abattage.

I. Le travail de la mine

Le travail souterrain nécessite, au préalable, un mode d'appropriation de la mine et une organisation du travail, qui peut se faire par une exploitation centralisée entre les mains des représentants d'un puissant seigneur.

A. L'outillage
L'outillage utilisé pour l'exploitation de la mine peut être déterminé par les traces d'outils qui ont servi à creuser celle-ci, permettant ainsi leur identification. Les outils utilisés au Moyen Age sont pour l'essentiel des pics, des pointerolles, outil à section carré semblable à un marteau pointu d'un côté, des coins et des masses. Ces outils servent à l'abattage du minerai de fer.

Des pointerolles


B. Les techniques d'abattage

Les mineurs accédent aux filons de minerai en creusant untravers-banc, galerie recoupant plusieurs bancs de terrain jusqu'au filon exploité. La galerie désigne, dans le langage minier, tout passage souterrain pour l'exploitation d'un gisement minier.

Les techniques d'abattage peuvent se résumer à celles-ci :

Par les lignes de faille : le plus souvent, les mineurs se servaient de faiblesses naturelles pour attaquer la roche, comme par exemple une ligne de faille.

En roche tendre : la partie centrale de la galerie est parfois brisée par un système de coins après creusement de deux saignées latérales.

En roche dure : ce creusement de la galerie se pratique de façon uniforme sur toute la surface du front de taille qui termine la galerie.

En roche très dure :l'usage du feu était fréquent dans le creusement des galeries : on y entassait d'énormes fagots de bois avant d'y mettre le feu, destiné à ramollir une certaine tranche de roche ; puis on revenait sur les lieux une fois la fumée dissipée.

La vitesse d'avancement de telles galeries varient de 1 cm par jour dans un roc dur à 50 cm par jour en suivant une faille (ou davantage dans un terrain très fissuré qui se débite au pic). La moyenne en roche compacte est de quelques centimètres par jour.


II. L'architecture de la mine
Les galeries forment la majeure partie des aménagements souterrains miniers.

A. Les galeries
Les galeries sont creusées selon diverses orientations.

Les galeries ascendantes : le passage montant est creusée par tranchée remblayée, c'est-à-dire que le mineur creuse à la base du filon une première galerie. Puis il met en place un boisage au plafond de la galerie dont il se sert pour progresser vers le haut. Le stérile, autrement dit la roche ou la fraction du minerai ne contenant pas de minéraux exploitables, est alors entassé sur le soutènement au fur et à mesure de la progression verticale du mineur.

Les galeries horizontales : leur creusement n'exige pas de méthodes spécifiques.

Les galeries descendantes: les mineurs creusaient une saignée au plafond de la galerie, le long d'une ligne de contact, puis abattaient le minerai du haut vers le bas.
C'est la façon la plus commune de procéder.

Les galeries peuvent se caractérisent par leurs dimensions, leurs inclinaisons et leur sinuosités.

Dimensions : les sections des galeries médiévales restent très variables et étroites, avec une largueur oscillant entre 0,60 m et 0,90 m et des parois renflées pour laisser passer d'éventuels chariots de minerai. En effet, il n'existait pas de solives ou "rails" en bois pour guider des chariots, un certain écartement des parois est alors nécessaire pour permettre au "chareur" de diriger son chariot. Les galeries sont fort basses, oscillant entre 0,80 m et 1,30 m de hauteur.

Inclinaisons : les galeries épousent diverses inclinaisons. Cela s'explique par la nature de la galerie. Elle peut être creusée sur une ligne de faille quand les mineurs se sont servi d'une fissure de la roche pour le creusement des galeries. Elle peut aussi être creusée sur un filon, lorsque les mineurs se contentent de suivre une veine de minéraux, ou dirigée vers un filon, galerie appelée travers-banc. Si la faille, le filon ou le travers-banc sont inclinés, la galerie épousera leurs inclinaisons, de 6 à 10 degrés et guère plus, afin de pouvoir retenir le poids d'un chariot chargé.

Sinuosités : les galeries semblent sinueuses car les mineurs se contentent de suivre les filons de minerai et ignorent encore l'usage de la boussole. Il en résulte des réseaux particulièrement tourmentés faits de galeries aux sections très variables d'un tronçon à l'autre.

Une galerie

Les galeries mènent parfois de vastes chantiers d'exploitations appelées chambres.

B. Les chantiers d'exploitation : les chambres
Les chantiers d'exploitations ou chambres sont parfois si grandes qu'elles nécessitent un étayage. Cet étayage est issu d'un mode d'exploitation du minerai par piliers résiduels, qui comprend deux formes :

Exploitation par grande chambre: elle témoigne d'une parfaite connaissance de la mécanique des roches par la taille des vides crées, par calcul des piliers adéquats et par la forme des voûtes retombant sur ces piliers. Le mineur fonçait, c'est-à-dire creusait verticalement, des galeries parallèles à partir desquelles il creusait des chambres de plus en plus grandes qui finissaient par se rejoindre latéralement. La hauteur finale de la chambre était obtenue par le creusement d'une saignée, ou rigole creusée dans un terrain pour en faciliter l'écoulement des eaux, dans la sole, partie inférieure d'une galerie, saignée qu'il élargissait ensuite par éclatement de blocs de minerais.

Exploitation par chambres et piliers : ce type d'exploitation consiste à creuser des galeries en laissant en place des piliers, pouvant contenir du minerai, qui servent alors à l'étayage.

Une exploitation par piliers


C. Les autres aménagements nécessaires
Plusieurs aménagements étaient indispensables au travail des mineurs.

L'éclairage : le mode d'éclairage est fonction de la situation géographique de la partie à éclairer : dans les parties hautes l'éclairage se fait au moyen de puits ascendants jusqu'au jour, dans le flanc des montagnes il est assuré par l'aménagement de fenêtres et dans les profondeurs par l'utilisation de torches.

L'aération : l'aération est favorisée par un réseau de galeries qui crée un courant d'air, mais lorsque la galerie de communiquait pas avec d'autres et n'était pas parcourue par un courant d'air, l'aérage était obtenue en creusant des puits ascendant jusqu'au jour le long des galeries dont le premier dès l'entrée devait créer un courant d'air favorable à la progression des travaux souterrains. Les puits étaient de formes et de dimensions variables, la moyenne se situant entre 25 m de profondeur pour une section de 3 m.

L'exhaure : l'exhaure, c'est-à-dire l'évacuation des eaux d'infiltration, est un problème récurrent des mines anciennes, car les inondations sont souvent à l'origine de fermetures de mines. Pour éviter cela, un procédé de progression est adopté : les mineurs ont dû pratiquer des galeries à des niveaux de plus en plus bas destinées à permettre l'évacuation des eaux et à faciliter ainsi son extraction.

Une galerie inondée

L'évacuation des déchets : l'extraction du minerai laisse des résidus abondants. Au Moyen Age, la plus grande partie de ces déchets était rejetée à l'extérieur de la mine. Le transport des déblais pouvait se faire dans des sacs de peau, grâce à des pans inclinés. Mais dans la plupart des cas, une partie du stérile était laissé au fond et réutilisé pour former des murettes, renforcer des parois et pour la progression des mineurs, dans le cas d'exploitations par tranchées ou chambres remblayées.

Le minerai est lui aussi évacué vers la surface pour être traité.

III. Du bloc à la poudre de minerai de fer

A. Le fer
Le fer est un élément très abondant, qui entre dans la composition chimique d'un très grand nombre de minéraux et de roches, mais dans la nature, il n'existe pratiquement pas à l'état métallique. C'est un métal (nom générique désignant des corps simples d'un seul constituant chimique), gris, bleuâtre, malléable, ductible (aptitude d'un matériau à subir une grande déformation sans se rompre) et très tenace (caractéristique mécanique correspondant à la capacité d'un métal à résister à la rupture par fissuration). Son point de fusion est très élevé mais il se ramollit à des températures moindres, se laisse travailler à lui-même (possibilité de soudure). Il s'oxyde facilement (rouille) et peut cristalliser de plusieurs manières en fonction de la température.

Les minerais de fer sont très abondants et très variés. La valeur du minerai dépend de sa teneur en fer (minimum 1/5e avec une moyenne à 1/2), mais également de la nature et de la concentration des éléments qui l'accompagnent.

Le minerai extrait subi une préparation qui demande plusieurs opérations.

Minerai de fer

B. le traitement mécanique ou la préparation du minerai selon les procédés médiévaux

a) L'abattage : les mineurs abattent le minerai au moyen d'outils divers adaptés à la nature de la roche : utilisation du feu pour ramollir la roche et débitage au pic, à la pointerolle ou à la masse. Le minerai abattu est transporté vers les ateliers par chariots en bois ou avec des sacs de peaux.

b) Le triage : les sacs de minerai abattu sont vidés sur un établi devant lequel les trieurs sont assis presque toute la journée. Les trieurs séparent à la main le minerai de sa matière stérile ou gangue. Les stériles sont accumulés à proximité immédiate de la zone d'extraction, accumulation qui porte le nom de halde. Puis ils rassemblent le minerai trié d'un côté, la gangue de l'autre et ils les jettent dans des seaux en bois distincts. Ce travail est non seulement fait par les hommes, mais aussi par leurs femmes et leurs enfants.

c) Le grillage : sur de grandes aires carrées légèrement encavées, munies de murs sur les côtés et au fond pour préserver la chaleur du feu, des morceaux de bois sont juxtaposés à la main de façon à former un treillis d'une hauteur d'une coudée ou deux (la coudée est une mesure de longueur équivalant à la distance qui sépare le coude de l'extrémité du médius soit 50 cm environ). Là-dessus, le minerai trié est empilé à la main, par ordre décroissant de taille, de façon à former un cône consolidé avec de la poussière du même minerai tassée à la pelle. Ensuite, le feu est mis au bûcher et le minerai, par combustion, se ramollit, libère des matières sulfureuses volatiles, s'oxyde et devient plus friable.

d) Le concassage : le minerai grillé est déversé sur une aire pavée de pierres très dures. Les concasseurs étalent le minerai sur cette aire avec la partie large d'un marteau. Puis, munis de moufles et de jambières faites d'écorces, afin de ne pas être blessés par les éclats qui sautent, ils fragmentent le minerai avec le marteau. Quand le minerai a été concassé, il est rassemblé avec un balai et transporté dans des sacs de peaux au bocardage.

e) Le bocardage : les sacs de fragments de minerai concassés sont vidés dans des mortiers, puis le minerai est broyé à l'aide de pilons ou bocards maniés manuellement. Le contenu du mortier est transvasé dans des seaux en bois apportés au criblage.

f) Le criblage : le contenu du seau est versé lentement sur un tamis en osier tressé, appelé crible, qui est agité dans des baquets remplis d'eau. Les morceaux de minerai retenus par le tamis sont amenés directement à la fonderie.

g) Le lavage : ce qui tombe dans le baquet est repris et lavé successivement dans deux plats, le premier de forme cônique est appelé bâtée (voir figure 1) et le second, ressemblant à une assiette, est nommé pan (voir figure 2). Ces plats sont tenus à deux mains et agités ou éboués dans l'eau courante d'un lavoir aménagé à cet effet, appelé patouillet. Les particules les plus légères sont entraînées par l'eau, le minerai plus lourd restant au fond de la bâtée ou du pan.

Une bâtée



Le minerai de fer criblé et lavé est transporté dans des sacs en peau à la fonderie en vue de son traitement thermique.

Mais c'est sous cette forme que vous le trouvez dans les Royaumes Renaissants.
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Bibliographie :
- AGRICOLA Georgius (traduit de l'édition originale latine de 1556 par Albert France-Lanord), De Re Metallica, éditeur Gérard-Klopps, Paris, 1992.
- ANGEL M., Mines et fonderies au XVIe siècle d'après le "De Re Metallica d'Agricola", Les Belles Lettres, Paris, 1989.
- ARNOUX M., Mineurs, férons, et maîtres de forges : études sur la production du fer dans la Normandie du Moyen Age, XIe-XVe siècles, CTHS, Paris, 1993.
- BAILLY-MAITRE M.-C. et BRUNO J., "La mine de plomb argentifère du village minier de Brandes en Oisans (Huez, Isère), XIIIe-XIVe siècles", dans Braustein P. et Benoit P., Mines, carrières et métallurgie dans la France médiévale (Actes du colloque de Paris, 19, 20, 21 juin 1980), CNRS, Paris, 1983, p. 289-304.
- BAILLY-MAITRE Marie-Christine, "Notes sur les techniques extractives médiévales du sud de la France", Les techniques minières de l'Antiquité au XVIIIe siècle, éditions du CHTS, Paris, 1992, p. 283-297.
- BARI Hubert et FLUCK Pierre, "Réflexions sur l'architecture des travaux miniers effectués avant l'usage de la poudre", Mines, carrières et métallurgie dans la France médiévale (Actes du colloque de Paris, 19, 20, 21 juin 1980), éditions du CNRS, Paris, 1983, p. 319-329.
- BRAUSTEIN P., "Le fer et la production du fer en Europe de 500 à 1500", Annales ESC, 1972, p. 404-414.
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Sitographie :
- http://cgs.u-strasbg.fr/museemineral/mines_metallurgie.htm
- http://www.catacombes.free.fr/
- http://gratacombes.free.fr/framima.htm
- http://perso.wanadoo.fr/eric.lignier/html/lesvoisins.htm
- http://www.monanneeaucollege.com/default.htm
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Document de l'Université.
Etudiant : Rekkared
Maître : Rekkared

Le travail du fer au Moyen Age



Voici l'exemple d'une lame feuilletée et ouvragée faite par un coutelier dans une forge d'élaboration



a) L'écrouissage : étirage à froid de lingots de fer pur sur l'enclume par martelage de façon à former une barre de fer pur.



b) La cémentation :
chauffe pendant cinq ou six heures d'une partie des barres dans le
foyer au sein du charbon de bois en combustion. A terme, le cément,
carbone contenu dans le charbon de bois, a diffusé dans la masse du
lingot (cémentation à cœur). De la carburation du fer résulte des
barres d'acier.



c) Le damassage par assemblage :

• préparation adéquate des surfaces à travailler à l'aide d'un
fondant désoxydant comme les cendres qui éliminent tout risque
d'oxydation nocive des surfaces durant le soudage.

• réalisation à blanc soudant - les forgerons déterminent la
température d'un métal à sa couleur - d'une structure composite
comprenant une superposition alternant 4 barres d'acier et 3 bandes de
fer pur appelé lopin.



• afin d'obtenir une bande feuilletée dont la section présente une superposition de fer et d'acier, le lopin est :



-> martelé,





-> tranché,





-> plié sur lui-même en "accordéon" à plusieurs reprises,





-> aplanis sur l'enclume au marteau et amenés à l'épaisseur de l'ébauche de la lame.



La bande feuilletée forme la partie centrale, ou l'âme, de la lame.

• les tranchants sont alors soudés à chaud en chevron pour augmenter la surface de soudure et par là, la dureté.





d) Mordançage : des effets décoratifs sont obtenus par une attaque de la surface à l'aide de bains d'acides.



e) Le damasquinage :
apposition de la signature du fabricant ou des filets décoratifs d'or
ou d'argent, qu'il incruste au marteau dans des motifs qu'il a
préalablement incisés.





f) La trempe : la lame
est trempée dans un baquet d'eau disposé à cet effet pour la refroidir
rapidement et obtenir une structure stable à chaud - métastabilité -
et, à température ambiante, un acier dur mais cassant, la martensite.


g) Le revenu : la lame
trempée est réchauffée, mais à une température inférieure à celle de
transformation, puis refroidit lentement à température ambiante, en vue
de détruire l'état de faux équilibre dû à la trempe.





h) Les finitions : il
ne reste qu'à meuler la lame sur de grandes meules de pierres et à la
polir sur un établi. Les poignées et manches sont réalisés en bois, os,
corne ou cuir.





g) La réparation et le remploi
: uUn objet en fer usé ou endommagé était soit recyclé pour sa matière,
soit réparé quand son degré de dégradation n'était pas rédhibitoire, ou
encore, transformé en un nouvel objet. Ainsi, il est possible de
redresser des clous arrachés ou de réaliser des charnières de portes à
partir de lames de faux usagées.

• La réparation de petits ustensiles se fait par brasure,
c'est-à-dire par apport d'un métal fusible - qui peut être fondu - pour
réaliser la liaison.

• La réparation de plus gros objets se fera par soudure.

Il pourront être aussi réaffutés, certaines parties usées ou cassées remplacées.



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Bibliographie



• AGRICOLA Georgius (traduit de l'édition originale latine de 1556 par Albert France-Lanord), De Re Metallica, éditeur Gérard-Klopps, Paris, 1992.

• ARNOUX M., Mineurs, férons, et maîtres de forges : études sur la production du fer dans la Normandie du Moyen Age, XIe-XVe siècles, CTHS, Paris, 1993.

• FINO J. F., « Notes sur la production du fer et la fabrication des armes en France au Moyen Age », Gladius, 1963-1964, p. 47-66.

• FRANCE-LANORD A., « La fabrication des épées mérovingiennes et carolingiennes », Revue de Métallurgie, 49, 1952, p. 411-422.

• MANGIN M., Le fer, "Archéologiques", Errances, Paris, 2004.

• ZSCHOKKE B., « Du damassé et des lames de Damas », Revue de Métallurgie, 21, 1924, p. 635-669.

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Sitographie



• Pour le forgeage : http://www.reverdy.com/frame.htm







La forge médiévale



La forge présente une construction assez rudimentaire :



• une calotte de terre réfractaire au-dessus d'une console où le charbon de bois brûle.





• des soufflets latéraux en général manœuvrés à la main.





• une enclume, fixée sur un socle de bois enchâssé dans le sol pour
travailler le métal chauffé, comprend une surface plane, la table, pour
étirer et aplanir ainsi qu'une surface conique, la bigorne, pour
courber et arrondir.





• un baquet d'eau pour la trempe.



• une série d'outils - marteaux et tenailles en tout genres.

Ces éléments tiennent sur 10 ou 15 mètres carrés et une certaine
pénombre de l'atelier de forge peut même aider à apprécier la couleur
du métal donc sa température.



En général, les ouvriers travaillent à deux ou trois :

• le maître de la forge frappe au marteau sur un billot métallique.

• le valet, tenailles ou pelle en main, présente le métal au four, puis au maître.

• un apprenti, parfois, active la soufflerie.



Pour se protéger des étincelles jaillissantes, les travailleurs portent de longs tabliers de cuir et parfois des gants.



Le forgeage est l'opération pratiquée par le forgeron sur l'enclume
pour mettre en forme des objets à partir de lingots ou autres pièces de
fer.


La transformation du lingot de fer en objet se fait dans la forge d'élaboration.



Quelques spécialités :



• armurier, fabricant d'armes et armures

• chaînetier, fabricant de chaînes

• coutelier, fabricant de couteaux et d'instruments tranchants

• haubergier, fabricant de hauberts de mailles

• taillandier, fabricant d'outils propre à couper, tailler (cisailles)

• ...

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Bibliographie :



• AGRICOLA Georgius (traduit de l'édition originale latine de 1556 par Albert France-Lanord), De Re Metallica, éditeur Gérard-Klopps, Paris, 1992.

• ARNOUX M., Mineurs, férons, et maîtres de forges : études sur la production du fer dans la Normandie du Moyen Age, XIe-XVe siècles, CTHS, Paris, 1993.

• FOSSIER R., Le Travail au Moyen Age, "La vie quotidienne", Hachette Littératures, Paris, 2000, p. 229

• MANGIN M. et alii, Forgerons
et paysans des campagnes d'Alésia (Haut-Auxois, Côte d'Or) : la terre,
le fer, la route en pays mondubien (Ier s. av. -VIIIe s. ap. J.-C.), CNRS, Paris, 2000, p. 385-386.

• MANGIN M., Le fer, "Archéologiques", Errances, Paris, 2004.

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Sitographie



• Pour la forge : http://www.projects.yrdsb.edu.on.ca/pioneer/forgeron.htm






Document de l'Université.

Auteurs : Rekkared

Maîtres : FrèreNico

Merci à : Tritium