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La sidérurgie chez les Sénons : les ateliers celtiques et gallo-romains des Clérimois (Yonne)

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Christophe Dunikowski
, 
Sandra Cabboi

Chapitre 6. Du minerai au métal

Sandra Cabboi, Christophe Dunikowski, Luc Barbanson, Jacques Delépine, Paul Merluzzo, Alain Ploquin et Maria‑Eugenia Solari

Texte intégral

6.1 Matières premières

6.1.1 Le combustible

1Le charbon de bois est le seul combustible identifié sur l’ensemble du gisement. Il est utilisé dans les différentes étapes de la chaîne opératoire du fer (réduction, forge). C’est un des éléments de base pour la réduction du fer. En effet, le charbon de bois est non seulement le combustible le plus adéquat pour atteindre les températures nécessaires au processus de réduction mais de plus, il dégage le monoxyde de carbone (CO) ou le carbone (C) réducteur (Eschenlohr, Serneels 1991 : 49).

  • 1 Les analyses palynologiques réalisées par Chantal Leroyer (CNP) sur des prélèvements effectués sur (...)

2D’après les calculs de consommation, présentés dans le chapitre 5, on peut estimer que les fourneaux de La Tène finale au Haut‑Empire (type II) consommaient au minimum 030 à 300 kg de charbon de bois à chaque opération, tandis que les fourneaux du Bas‑Empire (type IV) nécessitaient environ 60 kg. Au total, près de 15 500 t de charbon de bois ont été nécessaires pour la production du fer sur les trois sites des Clérimois. Compte tenu de ces besoins (tabl. vi), il est évident que les métallurgistes ont élaboré des stratégies dans l’approvisionnement de cette matière première et que cette recherche n’a pas été sans impact sur le milieu avoisinant les sites1.

3C’est dans le but de mieux définir ces stratégies que nos interrogations se sont portées d’une part sur les traces d’activités de charbonnage et de stockage de la matière première, et d’autre part sur la nature du charbon de bois utilisé.

6.1.1.1 Témoins archéologiques

4s. cabboi, c. dunikowski

5L’une des caractéristiques des ferriers des Clérimois est leur coloration : les ferriers 1, 2, 3a et 4 ont une teinte rouge, tandis que le ferrier 3b est noir. Cette différence très marquée est à mettre en relation avec la présence ou non de charbon de bois dans les déchets et les structures : il est très rare dans les quatre premiers ferriers et très abondant dans le dernier. On ne peut pas expliquer ce phénomène uniquement par un lessivage des surfaces. La faible quantité de charbon de bois mise au jour dans les niveaux d’utilisation des sites les plus anciens (ferriers 1, 2, 3a et 4) démontre une organisation du travail fort différente de celle décelable dans le ferrier 3b. Vers le ive s. ap. J.‑C., avec l’apparition d’un nouvel horizon technologique, la préparation du combustible semble se faire à proximité immédiate du lieu de réduction du minerai. D’après les dates 14C, les charbonnières situées au nord de la zone 2 (fig. 41, zone de fabrication du charbon de bois), sont contemporaines du ferrier 3b. Des fosses ne contenant que du charbon de bois ont également été mises au jour non loin des structures de réduction ; il est probable que celles‑ci étaient destinées à entreposer le combustible. Par contre, pour les époques précédentes (ferriers 1, 2, 3a, 4), la fabrication du combustible semble se dérouler en dehors des sites métallurgiques ; de plus aucune trace de stockage du charbon de bois n’a été décelée sur ces ensembles.

6Mais l’organisation spatiale du travail n’est pas le seul élément qui différencie les ferriers. Une autre hypothèse expliquerait l’absence de charbon de bois dans les ferriers les plus anciens, en relation avec la conduite des opérations de métallurgie : lors de la réduction, il y aurait une combustion presque totale du charbon de bois dans les fourneaux en tronc de cône (type II) et en fer à cheval (type III). A l’inverse, les structures du ferrier 3b (type IV) ont toutes fourni un niveau charbonneux à la base. La totalité du charbon n’étant pas brûlée, les restes étaient alors rejetés dans les zones de déchets.

Zone de préparation du charbon de bois

7Un ensemble de quatre petites charbonnières (fig. 41), datées du iiie s. ap. J.‑C., occupe une place particulière au nord du ferrier 3b (F78, F79, F80 et F81). Elles témoignent de la fabrication de charbon de bois sur le site, à proximité des ateliers de production du fer du ferrier 3b contemporain. Ces structures se présentent comme des fosses ovales en surface, d’un diamètre variant de 1,30 m x 1 m pour la plus petite et 2,40 m x 1,60 m pour la plus grande. En coupe, ces fosses conservées entre 0,50 m et 0,98 m de hauteur, montrent toujours un profil en U, relativement étroit à la base (fig. 85). Les remplissages sont tous constitués d’une couche de limon noir auquel est mêlé un pourcentage important de charbons de bois peu altérés ainsi que quelques silex éclatés par le feu. Les parois montrent des traces diffuses de rubéfaction jusqu’à la base.

FIG. 85 – Coupes des fosses situées dans la zone réservée à la fabrication et au stockage du charbon de bois dans la zone 2, associée au ferrier 3b.

S.C. del./AFAN

8Dans la zone sidérurgique des montagnes Sainte‑Croix en Pologne, des fosses similaires ont été mises au jour (diamètre compris entre 1,5 m et 3 m pour une profondeur de 0,40 m à 1,20 m). Ces dispositifs ont été interprétés comme des « fosses ayant supporté des meules. La partie basse du bûcher était entassée dans la fosse et s’élargissait vers le haut. La partie haute, au‑dessus de la surface, était couverte de gazon et de terre » (Bielenin 1992 : 320).

9Dans la partie méridionale du ferrier 2, un fond de charbonnière de 2 m de diamètre a été mis au jour ; toutefois le très mauvais état de conservation exclut une quelconque reconstitution. En l’absence de datation 14C, il est impossible de rattacher cette production à l’activité métallurgique de cette zone.

Fosse de stockage

10Un certain nombre de fosses (F53, F32) dans le ferrier 3b montraient un remplissage ne comprenant que du charbon de bois peu altéré. Comme la base et les parois ne présentaient aucunes traces de combustion, elles ne peuvent pas être rattachées à l’activité de charbonnage. Elles ont été interprétées comme des fosses de stockage de charbon.

Zones d’épandage et de rejet des charbons de bois

11Le charbon de bois qui reste en surcroît à l’intérieur des cuves après la réduction du minerai de fer est évacué au moment du curage des fours vers les zones de rejet soit dans des fosses dont les remplissages sont composés de charbon de bois et de scories, soit dans les niveaux d’épandage des ferriers. Si cette pratique est courante dans le ferrier 3b, en revanche, les autres ferriers présentaient très peu de zones de rejet contenant du charbon de bois.

6.1.1.2 Approche anthracologique

12m.-e. solari

Échantillonnage et méthodologie

13Les prélèvements de charbons de bois dans les structures en place lors de la fouille archéologique ont été, dans la majorité des cas, très abondants (tabl. viii). En raison de cette abondance, un sous‑échantillonnage a été nécessaire en laboratoire :
– pour les échantillons les plus pauvres –moins de 100 fragments– la totalité a été analysée ;
– pour les échantillons les plus riches –plus de 100 fragments– soit dans la couche (C), soit dans l’unité stratigraphique (US), 100 à 200 charbons de bois ont été étudiés, parfois davantage ; le total de charbons de bois analysés est de 3013, avec des fragments d’assez grande taille (plus de 0,05 m).

TABL. VIII – Tableau récapitulatif des résultats de l’analyse anthracologique
(* tous les charbons de bois de l’échantillon ont été analysés).

14Que les charbons de bois proviennent de façon quasi certaine de charbonnières avant leur combustion dans les fours métallurgiques, est un facteur important en rapport avec leur état de conservation. En effet, l’anatomie du bois n’est en général pas altérée, comme si du bois sec avait subi une combustion lente. Cependant, un faible taux de fragments (indéterminables), moins de 3 %, présentaient une anatomie altérée.

15L’identification anatomique des charbons de bois extrêmement bien conservés, s’effectue par observation des trois plans ligneux (transversal, longitudinal radial et longitudinal tangentiel) au microscope photonique à réflexion. L’identification anatomique des charbons de bois du Chêne à feuillage caduc nécessite une précision. En effet, la dénomination Quercus à feuillage caduc dans cette région peut recouvrir deux espèces que l’on ne peut pas distinguer par leurs caractères anatomiques, très voisins :
– Quercus pubescens (Chêne pubescent), essence méditerranéenne, ici à l’extrémité nord‑occidentale de son aire, trouve les conditions de chaleur dont il a besoin sur sols calcaires principalement ;
– Quercus petraea (Chêne sessile) est présent sur sols neutres ou très peu acides.

16Les charbons de Chêne identifiés montraient le plus souvent un bois à croissance lente avec des cernes annuels très étroits et présentant un grand rayon de courbure, ce qui indique des tiges de gros diamètre. Les fragments étudiés proviennent donc probablement du charbonnage d’arbres de diamètre important. Malheureusement, l’écorce ou, tout au moins, le dernier cerne de croissance étant absents aucune mesure ne permet de restituer précisément le diamètre des tiges afin de corroborer cette hypothèse. Aux Clérimois, les fragments de Chêne se présentent souvent sous la forme de plaquettes d’assez grande taille accompagnées, pour certains faits (F63, coupe 38/42 et 14), de tiges de Chêne de petit diamètre (4 à 6 cm). Cette opposition pourrait signifier l’utilisation de divers calibres de bois disponibles pour les phases successives de la combustion dans les fours : démarrage (petit bois et bois tendre), feu vif à longue flamme (espèces ayant un bon pouvoir calorifique mais de faible dimension), feu d’entretien à courte flamme (charbons de bois de dimensions plus importantes, issus de troncs).

Végétation actuelle

17Au moment de sa découverte, le gisement des Clérimois était caractérisé par deux milieux écologiques : une parcelle labourée (3 500 m2) et un bois (environ 9 000 m2). A plus petite échelle, la végétation aux alentours des Clérimois subit les influences médio‑européennes et méridionales :
– sur sols calcaires, la végétation d’influence méridionale appartient à la série du Chêne pubescent (Quercus pubescens) qui remonte par la vallée du Rhône jusqu’en Bourgogne ; elle se présente sous une forme dégradée : une fruticée à Genévrier (Juniperus communis) ; l’endroit a été partiellement reboisé en Pin sylvestre (Pinus sylvestris), Pin noir (Pinus nigra) et Pin laricio (Pinus nigra ssp. laricio) ;
– sur sols neutrophiles, la série du Chêne rouvre (Quercus robur), qui s’exprime ici par un faciès de chênaie‑charmaie mêlé de Bouleau verruqueux, traduit les influences médio‑européennes.

18Le Hêtre (Fagus sylvatica) est faiblement représenté dans ce secteur, trop sec au plan climatique pour cette essence. Le Saule (Salix) hygrophile est cantonné dans la ripisylve de l’Yonne (Jovet 1979).

Le bois et ses propriétés

Combustibilité

19Aux Clérimois, on constate l’utilisation prédominante à toutes les périodes de deux essences : le Chêne à feuillage caduc et le Hêtre ; une telle observation appelle deux remarques.

20Il s’agit de deux essences à fort pouvoir calorifique, excellents bois de chauffage, permettant d’obtenir une chaleur soutenue et durable. Ces deux espèces sont reconnues excellentes pour le charbonnage. Elles ont d’ailleurs été favorisées, pendant la période historique, par les charbonniers. Le Hêtre et surtout le Chêne sont capables de rejeter de souche après la coupe. Mais dans un régime forestier de taillis sous futaie, le Chêne rejette plus vigoureusement que le Hêtre, et domine celui‑ci (Jacamon 1979). En revanche, le Hêtre est considéré comme un combustible d’une qualité un peu supérieure. On observe aussi la prédominance de l’une ou l’autre de ces deux espèces principales dans les échantillons de charbons étudiés. Cependant toute hypothèse interprétative sur ces quantités relatives a paru trop hasardeuse.

21En revanche, pour chacun des ferriers 1, 2 et 3a, si on ne tient pas compte de la provenance des échantillons (fours, fosses, épandages), les deux espèces sont en proportion à peu près égales. Au contraire, pour le ferrier 3b, le Chêne est dominant ; ainsi, le ferrier livre deux fois plus de Chêne que de Hêtre pour un total de 1350 fragments étudiés. Le ferrier 4 a également fourni un échantillonnage de Chêne plus important que le Hêtre.

22L’utilisation d’autres espèces, provenant des cortèges respectifs du Chêne ou du Hêtre, ou de bocage (formation secondaire), n’est pas très importante, avec 44 charbons de bois, soit moins de 2 % des fragments. Cinq essences, présentes ça et là dans les échantillons, sont à signaler. Le Saule est assez abondant dans le bas fourneau du ive s. F21 US 2185 (26 fragments sur 100) et dans une fosse (vidange) de la même époque F73 US 2246 (2 fragments sur 155). Essence de bordure d’eau qui fait partie des « bois blancs » (tendres), le Saule est utilisé surtout pour le démarrage du feu, et sou‑, vent présent associé à d’autres bois tendres comme combustible dans les fours artisanaux de la zone. Le Charme, l’Érable et une Pomoïdée du type Sorbier (moins de 10 fragments) sont très faiblement présents et épars dans les différents ferriers du site ; leur présence n’est pas interprétable, ni au plan du choix des essences, ni au plan écologique.

Densité

23L’abattage du bois est en relation directe avec la saison. Normalement, le degré d’humidité des bois est moins élevé en hiver ; il varie de 160 % dans les bois les moins durs, tels les résineux et les bois de bordure d’eau comme le Saule, à 75 % dans les bois les plus denses comme le Hêtre, le Sorbier, le Chêne. Ainsi, l’hiver constitue la période d’abattage par excellence.

24Le taux d’humidité varie aussi en fonction du type de sol et selon les parties de l’arbre. Mais il diminue rapidement et exerce une influence sur la densité du bois. Ainsi, lorsqu’on arrive à un taux d’humidité assez bas (15 %) on parle de densité normale, densité qui a servi à l’élaboration d’une table de densité des bois (Venet 1961). On caractérise aussi la dureté des bois.

25Le charbon de bois de Hêtre a une forte densité, on constate empiriquement qu’il ne s’écrase pas et fait peu de poussière (Janin 1981). En revanche, lors de la manipulation des charbons de bois de Chêne –pour réaliser des cassures fraîches en vue de l’identification anatomique– on observe la friabilité relative de cette essence. Le Chêne présente, par conséquent, un taux plus élevé de résidus poussiéreux après combustion. Cependant, leurs propriétés respectives sont comparables. C’est leur densité assez forte (entre 0,60 et 0,80) qui en fait d’excellents bois de chauffage. Le Hêtre, à volume égal de bois de même humidité, permet la production d’un très grand nombre de calories –4500 cal/g– à l’instar du Chêne, du Charme, du Peuplier, etc. (Nepveu 1981). Les autres espèces sont de densités diverses. Le Saule est un bois de densité faible (classe 3 à 5) et de dureté faible. Le Charme, l’Érable et la Pomoïdée du type Sorbier sont des essences de densité très élevée, à bois mi‑dur, classes 6, 7, 8 (Venet 1974).

Carbonisation

26La carbonisation du bois dans une charbonnière se fait par aspiration limitée mais continue d’air extérieur. En présence de cette quantité limitée d’oxygène, le bois se décompose à partir d’une température d’environ 275°C, en donnant des gaz et des vapeurs et en laissant comme résidus les charbons de bois. Cette opération consiste en une pyrolyse « à l’étouffée », phénomène de décomposition chimique sous l’action de la chaleur.

27Les bois français donnent en moyenne 30 % de charbon de bois par rapport au poids de bois sec. Le mélange de bois facilite la transformation thermique, par exemple l’union de Hêtre, Charme et Bouleau (Venet 1961). En général, la charbonnière est construite sur place, en forêt ou dans son voisinage, Les charbonnières étudiées (appartenant au complexe des iiieive s. ap. J.‑C., et situées entre les ferriers 2 et 3) ne sont pas suffisamment nombreuses pour que l’on puisse penser que le charbonnage in situ ait pu suffire au ravitaillement du site. Dunikowski et Cabboi (cf. supra § 6.1.1.1) envisagent donc, au moins pour la période gallo‑romaine, un transport de charbons de bois depuis des zones plus éloignées, soit l’existence de charbonnières hors du contexte de la fouille archéologique actuelle.

28Ce transport semble vraisemblable étant donné la quasi‑absence de vestiges d’une activité de charbonnage sur place dans l’ensemble gallo‑romain (cf supra § 6.1.1.1). Ce phénomène a de quoi surprendre, dans la mesure où la quantité de charbons de bois nécessaire au fonctionnement de plusieurs fours devait être importante. On peut alors se demander si un état dégradé de la forêt, qui n’aurait pas suffi à motiver le déplacement de l’exploitation métallurgique, mais plutôt une importation de charbon de bois, ne serait pas ici en cause.

6.1.1.3 Combustible et forêt

29m.-e. solari

30Aux Clérimois, l’utilisation d’essences particulières pour la combustion dans les fours est évidente. Ce choix délibéré d’un taxon est orienté par des impératifs stricts, en relation avec le type d’activité. Il s’agit dans ce cas, de Chêne à feuillage caduc et de Hêtre, soit deux ou trois espèces forestières. Pour les périodes étudiées, le Chêne à feuillage caduc a pu croître aux alentours immédiats du site, qu’il s’agisse du Chêne pubescent, du Chêne rouvre ou de ces deux essences. En revanche, l’identification du Hêtre pose quelques questions, relatives à sa distribution aux alentours du site : actuellement, cette espèce existe à quelques kilomètres des Clérimois, mais à l’état très disséminé dans la chênaie‑charmaie et on ne la rencontre en boisements denses (chênaie‑hêtraie, hêtraie pure) qu’au niveau de la forêt de Fontainebleau (Jovet 1979). Dans l’ensemble, les conditions de sécheresse relative dans cette région correspondent à des conditions écologiques limites pour ce taxon et son aire de distribution optimale se situe plus au nord. Trois hypothèses sont alors possibles :
– des différences climatiques, même légères, ou simplement un impact plus faible des activités humaines sur la forêt pour ces périodes, auraient pu offrir des conditions écologiques plus favorables au Hêtre qu’actuellement ; dans ce cas, il est probable que le groupement forestier climatique autour du site était une chênaie‑hêtraie ;
– dans ce contexte, il est possible d’aller plus loin : on observe une représentation relative du Hêtre plus faible pendant les iiieive s. qu’auparavant ; or, le Chêne rejette mieux de souche que le Hêtre dans un régime d’exploitation en taillis ; est‑ce la preuve d’une exploitation forte des essences ligneuses, peut‑être d’une chênaie‑hêtraie, pour la métallurgie ? ;
– un approvisionnement en bois ou en charbon de bois d’origine lointaine est toujours possible ; à ce sujet, il serait nécessaire de repérer d’autres zones éventuelles de charbonnage dans la région ; l’exemple des Pyrénées ariégeoises, région marquée par l’impact de la métallurgie depuis deux mille ans, montre comment une grande densité de forges et une exploitation anarchique des forêts pour la fabrication du charbon de bois ont mené, pour la période historique, à la quête du combustible dans des zones de plus en plus éloignées de l’emplacement du complexe métallurgique (Jalut, Métaillé 1991).

6.1.1.4 Conclusion sur le charbon

31m.-e. solari

32L’étude d’un site métallurgique tel que celui des Clérimois doit faire une place importante à la question du combustible. Comment une masse aussi considérable de charbon de bois, nécessaire pour la réduction du fer, a‑t‑elle pu être produite ? Cette question se pose ici en termes d’activités humaines (importation du bois, du charbon, fabrication totale ou partielle sur place) et en termes d’écologie (état et composition de la forêt au début de l’occupation, et son évolution sous l’impact de l’exploitation). Il semble que les métallurgistes aient exploité une forêt locale, puisqu’une activité de charbonnage existe sur place. Il est possible que cette forêt, comprenant à l’origine du Chêne à feuillage caduc et du Hêtre, ait été modifiée par cette exploitation (et par l’activité humaine en général) pour conduire à la période historique aux chênaies actuelles, par élimination du Hêtre. Mais il est aussi possible que la forêt, tôt démantelée par une exploitation immodérée, n’ait pas suffi aux besoins ; dans ce cas, toutes les hypothèses sont permises au sujet de l’importation du combustible.

6.1.2 Le minerai

  • 2 Philippe Fluzin distingue trois facteurs principaux d’élaboration du métal : le minerai, le combust (...)

33Le type de minerai employé dans la métallurgie du fer est l’un des principaux facteurs déterminant le mode opératoire de la réduction2. Le choix du minerai conditionne en partie le système de ventilation des fours aussi bien que la nature du modus operandi dans le procédé dit direct. Rappelons que la composition chimique du minerai reste en étroite relation avec la géologie et/ou la pédogenèse. En effet, en fonction de la nature des sous‑sols et de l’évolution de la croûte terrestre à un endroit donné, nous serons confrontés à des types différents de minerai dont la classification selon la composition chimique demeure prépondérante (Fluzin 1983 : 18, fig. 1).

6.1.2.1 Morphologie du minerai de fer

34c. dunikowski, l.barbanson, j. delépine

Morphologie du minerai de fer dans l’Yonne

35Dans l’Yonne, les questions sur l’origine et la nature du minerai de fer ont fait l’objet d’analyses de la part de A. Hure (1920) et plus récemment de J. Momot (1964). Le minerai de fer peut être classé dans le groupe de gîtes résiduels (des oxydes et des hydroxydes) portant les noms de « limonite » et d’hématite. Les deux catégories sont présentes tantôt dans les vallées, tantôt sur les plateaux, sous forme de concentrations plus au moins importantes. Les facteurs d’érosion et de lessivage des substrats géologiques sont à l’origine de ces concentrations (Hure 1920 : 3‑4 ; Momot 1964 : 279).

36Le minerai de fer dans le Sénonais, le Pays‑d’Othe et la Puisaye (terrains sparnasiens et craie décalcifiée) se présente sous forme de « limonite » dans les dépôts superficiels. Il s’agit de plaquettes, de granules et de nodules mamelonnés, renfermées dans les argiles, les sables, les grès et les poudingues (Momot 1964 : 279‑280).

37Du point de vue chimique, la « limonite » apparaît comme un excellent minerai de fer ne contenant que des traces de soufre et de phosphore, en teneurs inférieures à 0,03 %, et par contre riche en fer. La silice y est présente avec un pourcentage moyen variant entre 1,8 et 7,8 %. Le minerai de la zone où se trouve le gisement des Clérimois semble se caractériser par un taux de MnO2 légèrement supérieur par rapport aux zones du jurassique et barrémien supérieurs (Momot 1964 : 281).

38La faible puissance des dépôts de minerai dans le département de l’Yonne n’a pas donné lieu à une exploitation industrielle d’envergure. Néanmoins au xixe s., la « limonite » dans l’Oxfordien est exploitée à Chatel‑Gérard, Étivey, Gigny, Sennevoy‑le‑Bas et Jully. Tous ces secteurs d’exploitation minière à ciel ouvert étaient destinés à alimenter les hauts fourneaux de Frangey, d’Aisy‑sur‑Armançon et d’Ancy‑le‑Franc (Houdard 1937 : 305).

Morphologie du minerai de fer récolté lors des prospections de surface

39Plusieurs types de minéralisations ferrifères, se différenciant par leur morphologie, ont été ramassées en surface lors des prospections pédestres sur l’emprise autoroutière, à l’intérieur d’une bande de 300 m de large (cf. chap. 1, annexe 1). Une étude microscopique des échantillons représentatifs pour chacun des types rencontrés a été effectuée, afin de mieux connaître l’expression ferrugineuse des minerais potentiels. Les résultats de cette première approche mettent en évidence trois types de minéralisations ferrifères :
– les grès ferrugineux ;
– les hématites massives ;
– les marcasites oxydées en hématite.

40Le grès ferrugineux se caractérise par une faible ou très faible teneur en fer et l’hypothèse de son utilisation comme matière première dans la réduction serait à écarter. La marcasite oxydée qui présente plusieurs faciès morphologiques a été proposée comme le meilleur candidat pour la production du fer. Cette hypothèse était fondée sur la présence répétée de nodules de marcasite oxydée à l’intérieur de l’échantillonnage analysé et en effectuant une analogie avec une exploitation du même type de minerai sur la péninsule Ibérique depuis l’époque romaine (Barbanson 1989 : 7). L’hématite massive, contenant quelques petits grains de quartz et des fissures à remplissage de goethite, n’a pas été a priori écartée, (d’autant plus qu’elle constituait le seul type du minerai rencontré en surface sur le gisement des Clérimois). Néanmoins, au moment du diagnostic aucun amas plurimétrique de l’hématite massive n’avait été mis en évidence.

Morphologie du minerai de fer des Clérimois

41Cette première phase de reconnaissance des qualités de minerai de surface s’est poursuivie au moment de la fouille. Des tranchées mécaniques ont été effectuées sur et aux abords du gisement sidérurgique (fig. 8). Elles ont permis de relever l’existence de rognons de minerai de fer dans les niveaux géologiques. Ainsi, la minéralisation rencontrée dans ces coupes est localisée essentiellement au sein de formation détritique remplissant des poches karstiques.

42L’étude des exemplaires prélevés a été confiée au BRGM d’Orléans (Laforêt 1990 : 3‑5). Cet échantillonnage rassemble uniquement des oxydes et hydroxydes de fer. L’auteur en conclut que « ... en règle générale, l’ensemble des échantillons évoque d’anciennes roches carbonatées et probablement sulfurées, ... présentant des zones de dissolution karstique avec une forte ferrugination par altération supergène. » (Laforêt 1990 : 5)

43On déduit de l’ensemble des considérations minéralurgique, paragénètique, texturale et géologique que la minéralisation met toujours en cause un faciès sédimentaire détritique (présence de quartz roulé), ou carbonaté (pseudomorphose de cristaux automorphes de sidérite).

44Les minerais analysés semblent provenir de remaniements de grès ferrugineux cuisiens et surtout de lentilles sablo‑argileuses ferrugineuses de certaines formations superficielles.

  • 3 Le minerai se présente aussi en remplissage de poches karstiques. Le matériel ferrifère provient de (...)

45Le mode d’encaissement de la minéralisation au sein des formations supra‑crayeuses permet de la classer dans la famille des gîtes résiduels et/ou alluvionnaires. Par définition, les gîtes résiduels caractérisent les minéralisations bauxitiques et ferrifères formées sur place sous des conditions climatiques et pédologiques particulières. La minéralisation se présente ainsi sous forme de concrétions et d’incrustations, suite à un lessivage des couches supérieures du substrat3 (cf. § 1.4.1). Le minerai peut aussi s’exprimer en remplissage de poches karstiques.

46La formation de ce type de minéralisation peut être décrite comme l’enchaînement dans le temps des processus suivants :
– percolation d’eau superficielle dans un massif rocheux carbonaté induisant une dissolution de la roche et donc la formation de cavités souterraines ;
–précipitation au sein de ces cavités de matériel ferrifère (sédimentation chimique).

47Il faut souligner d’une part que la sédimentation détritique peut également intervenir au sein même des cavités et d’autre part qu’un cycle tel que celui décrit ci‑dessus peut se répéter dans le temps, les processus de dissolution et de dépôt d’un cycle remaniant les dépôts apparus lors des cycles antérieurs.

6.1.2.2 Zones d’extraction

48c. dunikowski, j.delépine

  • 4 Les concentrations rencontrées sont de petites dimensions et ne pourraient pas faire l’objet d’une (...)

49Lors des travaux de recherche et de caractérisation du minerai, aucune concentration métallique d’importance4 n’a été mise en évidence. En l’absence d’indices marquant, les problèmes de l’extraction et de l’approvisionnement en matière première ferrugineuse pouvaient être abordés selon trois hypothèses.

  • 5 Par exemple, au lieu‑dit Le Bois de l’Ormeau, à 2 km au N./N.‑E. des Fouetteries, une telle excavat (...)

50Selon la première, les concentrations minéralisées étaient importantes et ont été entièrement exploitées. À cet égard, certaines excavations non expliquées pourraient être interprétées comme des structures d’extraction. En effet, dans un rayon de 5 km autour du gisement paléométallurgique, d’importants dénivelés5 fossilisant d’anciennes tranchées ont été repérés (fig. 86). Comme ces dernières ne trouvent pas toujours d’explication dans des systèmes de drainage locaux, elles peuvent en partie avoir été des tranchées d’exploitation minière. Des sondages réalisés dans deux d’entre elles ont livré une craie quasi affleurante dans un cas et, dans l’autre cas, une craie disparaissant sous plus de 7 m de sédiment.

FIG. 86 – Cartographie des structures excavées (en noir) dans le secteur des Clérimois (d’ap. Delépine et al. 1991 : 30, fig. 19a).

  • 6 Il est probable que celles‑ci n’avaient pas pour première fonction de servir de dépotoir. En effet, (...)

51La deuxième hypothèse envisagerait l’extraction des matières ferrugineuses sur les sites de réduction du fer aux Clérimois. La comparaison des niveaux altimétriques des sols actuels avec les sols sur lesquels s’étaient installés les métallurgistes montrent la présence de vastes fosses creusées à proximité du fond du talweg dans les ferriers 1 et 3a, tous deux attribués à une période allant de La Tène finale au Haut‑Empire. Ces dépressions ont été comblées par la suite par des déchets de réduction6. Il est envisageable que ces fosses aient été creusées en vue d’en extraire des matières premières et ont été ensuite utilisées comme dépotoir. De la même manière, les structures de réduction du ferrier 1 (batteries B, C, D) et du ferrier 2 (F11 et F12) sont installées dans des creusements réalisés à la rupture de la pente du vallon. S’il est évident que le choix d’ériger les fourneaux dans ces excavations répondait à des besoins techniques (appui des structures contre le sol géologique afin d’en assurer la stabilité, utilisation de la pente pour faciliter l’accès au bas fourneau et l’évacuation des scories), on ne peut exclure que ces fosses aient été creusées, dans un premier temps, afin d’exploiter de petites concentrations de minerai. En effet, comme cela a été souligné précédemment dans la description des fourneaux (cf. chap. 2), les creusements atteignent les niveaux de contact entre l’argile à silex et les argiles et/ou les sables marbrés ; c’est justement au niveau de ces convergences qu’ont été mises en évidence les concentrations de minerai dans les coupes géologiques (fig. 87). Pour le ferrier 3b (zone 2) attribuable au Bas‑Empire, cette pratique n’est pas attestée. Aucune excavation importante ne peut être attribuée à cette phase d’occupation pour laquelle de toute évidence le minerai était importé.

FIG. 87 – Coupes géologiques effectuées sur le gisement des Clérimois. Les coupes de PM 001 à PM 006 ont été relevées sur l’emprise de l’autoroute A5, dans la zone du point de coordonnées (683 000 ; 60 250). Elles montrent : un horizon brun‑rougeâtre, d’une épaisseur atteignant par endroit 70 cm, cet horizon, parfois sablonneux, se trouve surmonté d’un humus forestier et peut contenir localement une proportion considérable de scories ; la teinte brun‑rougeâtre résulte de phénomènes pédologiques et de l’existence de Fe et de Mn ; le limon présente une teinte moins sombre, de tendance jaune et il se trouve dans certains endroits mélangé à un matériel sableux et ou argileux ; la puissance de cette formation est très variable d’une coupe à l’autre ; un niveau d’une épaisseur moyenne de 50 cm, de forme très irrégulière, de couleur blanchâtre due au matériel carbonaté prend de l’importance vers le bas ; le limon de teinte blanche, sert souvent de liant aux éléments carbonatés et emballe également des rognons de silex ; la craie prédomine plus bas et se présente parfois comme une bouillie, suite à l’altération des assises crayeuses du Crétacé. Au niveau de la coupe PM 005, cette formation présente une épaisseur moyenne de 1,5 m. Au sein d’un matériel argileux à silex et craie humide, se trouvent incluses des poches sablo‑argileuses (PM 003 et PM 005). Ce matériel détritique est lié à la décalcification résultant d’une érosion karstique de la craie. Les coupes PM 001 et PM 002 montrent un niveau crayeux induré surmontant un matériel détritique argilolimoneux à concrétions carbonatées. On peut penser qu’une telle stratification est la conséquence d’un lessivage accompagné de recristallisation de la craie du substratum.

J.D./AFAN

  • 7 M. R. Laurent, prospecteur local, nous a indiqué un endroit, situé sur la commune de Chigy où « les (...)

52La troisième hypothèse, implique l’exploitation des très nombreuses petites concentrations de minerai de fer de la région. Le minerai serait alors récolté en surface ou à la faveur de petits décapages, voire de tranchées, lorsque les indices sont plus importants. Sur la commune de Chigy7, où a été découverte une concentration relativement importante, un essai de ramassage en surface entrepris sur cette zone potentiellement productrice a permis de récolter une centaine de kilos de minerai de fer en deux heures et demie. Les échantillons recueillis se présentent d’une manière générale sous l’aspect de rognons aux formes émoussées, de couleur brune.

53En résumé, pour la production de La Tène finale au Haut‑Empire, il est plausible que le minerai était en partie extrait sur le lieu même de réduction. Cette exploitation hypothétique ne couvrait vraisemblablement pas la totalité des besoins en matière première. Un approvisionnement complémentaire pouvait être acheminé de secteurs proches du gisement (dans un rayon de 5 à 10 km). Les matériaux proviendraient soit d’un ou plusieurs gîtes importants qui auraient été complètement exploités et dont on n’aurait plus la trace, soit, plus probablement, d’un grand nombre de petites concentrations exploitées par un ramassage ou une extraction de sub‑surface. Au Bas‑Empire, le minerai n’est plus extrait sur le lieu de réduction. Comme la production de fer à cette époque est beaucoup plus réduite, il n’est pas exclu que l’exploitation en surface de petites concentrations ait suffi aux besoins en matière première.

6.1.2.3 Aspect chimique du minerai

54c. dunikowski, a. ploquin

55Un premier lot d’échantillons dénommés à priori « minerai de fer » a été analysé par le laboratoire du BRGM à Orléans (sous la direction de C. Laforêt). Un second lot a été étudié au CRPG de Nancy (sous la direction de A. Ploquin). Le premier lot a été récolté lors de l’étude géologique et le deuxième lors de la fouille.

Les composants majeurs

56L’analyse des éléments majeurs a permis de classer ces échantillons en trois catégories (tabl. ix) :
– un minerai riche se caractérisant par un pourcentage très élevé en fer (exprimé sous forme Fe2O3 total) ;
– un minerai potentiel qui aurait pu être utilisé dans le processus de réduction, à condition d’un traitement complémentaire, en vue d’un enrichissement en fer (tri, concassage, débourdage...) ;
– des échantillons relativement pauvres en Fe2O3, interprétés comme des résidus du traitement du minerai de fer.

57Cette répartition découle de deux considérations :
– la répartition des échantillons en trois groupes de teneur en Fe2O3 total, visible directement sur les diagrammes ternaires (cf. infra fig. 108) ;
– selon la représentation du triangle SiO2‑Al2O3‑FeO, on constate que le premier groupe est capable de former de la wüstite en quantité importante, qu’un deuxième groupe « consommera » la quasi‑totalité de son fer pour former de la fayalite, et que le troisième est beaucoup trop siliceux et alumineux pour être utilisé.

TABL. IX – Résultats des analyses chimiques : éléments majeurs (en %). Md déchet de minerai, M minerai, Pf sc paroi de four scorifiée, Pf nsc paroi de four non scorifiée, Sc ext scorie externe, Sc int scorie interne.

58Graphiquement ou par le calcul, on voit que l’ensemble de ces trois types de minerai montre une parenté du point de vue chimique. Mis à part les fortes variations en teneur en fer et en silice, les éléments majeurs sont relativement proches pour les trois catégories. Les positions relatives de trois lots de minerai sur le diagramme chimique (cf. infra fig. 107 et 108) sont, à première vue, compatibles entre elles dans le schéma opératoire suivant :

Le minerai riche

59Les échantillons de minerai appartenant à ce type proviennent en partie des niveaux géologiques relevés dans des tranchées effectuées sur et aux abords immédiats du gisement paléométallurgique (PM 2 et PM 3). Ce premier lot a été analysé au BRGM (nos de BRGM : PM 2 et PM 3). Les quatre autres échantillons qui eux ont été recueillis dans des remblais archéologiques ont été analysés au CRPG (tabl. x, nos CRPG : 947, 948, 959, 1209).

  • 8 Les échantillons analysés au BRGM montrent des teneurs en calcium inférieures à la limite du dosage (...)

60Les caractéristiques principales de ce type de minerai sont (tabl. ix) :
– un fort à très fort taux d’oxydes de fer, toujours supérieur à 70 % (en moyenne de 83 %) ;
– une faible proportion de silice, la moyenne est légèrement supérieure à 6 % (maximum : 8,36 %, minimum : 3,6 %) ;
– un taux de calcium inférieur à 1 %8, à l’exception de deux échantillons (PM 2D et no 980 : 1,1 %) ;
– une très faible teneur en phosphore, comprise dans une fourchette de valeurs inférieures à 0,5 % ;
– des valeurs en manganèse qui varient sensiblement d’un échantillon à l’autre, entre 0,46 % et 7,23 % ;
– de faibles quantités d’aluminium (en moyenne 2 %), de titane (inférieur à 0,15 %) et de magnésium (inférieur à 0,30 %).

61En revanche, le pourcentage relativement élevé de potassium (K2O) relevé dans les échantillons analysés par le BRGM, constitue l’unique élément, parmi ceux dosés en commun par les deux laboratoires, permettant de différencier le lot de minerai provenant des couches géologiques, du minerai récolté dans les remblais anthropiques. Ces deux lots sont, globalement, de même nature.

Le minerai potentiel

62Les trois échantillons de minerai rassemblés dans cette catégorie ont été récoltés dans des remblais archéologiques (tabl. ix, nos 950, 949, 980). Ils se caractérisent par une teneur en Fe2O3 comprise entre 60 % et 80 %, tandis que le pourcentage de silice atteint 22 %. Il est vraisemblable que cette forte proportion de silice soit due à la présence d’une importante gangue. Les autres éléments chimiques montrent des valeurs moyennes voisines de celles du « minerai riche ». Les différences en pourcentage ne semblent pas être significatives à l’exception d’un exemplaire plus argileux (no 949 : 7,5 % de Al2O3).

Déchets de minerai

63D’importantes quantités de remblais rougeâtres formés de petits granules rouges et violets ont été observées en position secondaire sur l’ensemble des ferriers du Haut‑Empire. Ces remblais apparaissaient très souvent dans les zones de rejet, en alternance avec des couches de scories coulées (fig. 42, C4), de même qu’à la base de certains fourneaux (cf. chap. 2, ferrier 1 : F106, F150, Fl51 ; ferrier 2 : F11 et F12 ; ferriers 4 et 3a : F62, F63, F41). Les aires de travail situées en aval des bas fourneaux étaient également tapissées par une fine couche de ce matériau. L’aspect morphologique de ces granules laissait présager qu’il s’agissait de minerai et/ou des résidus de ce dernier.

64Deux échantillons ont été analysés, afin de déterminer leur nature (tabl. ix, nos963, 964). Ils présentent respectivement un pourcentage en Fe2O3 de 25 % et 40 % et un taux de silice élevé. Mis à part une proportion d’aluminium plus importante (8 % et 10 %) que dans les minerais décrits précédemment, les autres composants chimiques permettent d’apparenter ces échantillons à la fois au « minerai riche » et au « minerai potentiel ». En effet, le calcul montre que si l’on sépare des « minerai potentiel » en une phase plus riche en hydroxydes de fer, on obtient un résidu globalement analogue à ces « déchets ».

TABL. X – Description des échantillons soumis aux analyses chimiques.

TABL. X (suite) – Description des échantillons soumis aux analyses chimiques.

Les composants en traces

  • 9 La présence de Zn, élément volatil, dans les échantillons semble indiquer l’absence d’opération de (...)

65Les éléments en trace sont un bon marqueur des éventuelles parentés qui pourraient exister entre les trois types de minerai décrits précédemment (« riche », « potentiel » et « déchets »). Les moyennes des valeurs, exprimées en ppm, permettent de dissocier deux groupes de composants chimiques (tabl. xi) :
– les composants hétérogènes : ce groupe comprend Ba, Co, Cr, Ni, Sr, Th, V, Y, Zn9, Zr, pour lesquels les teneurs montrent des variations individuelles, même, à l’intérieur d’une catégorie de minerai ; on peut en conclure que ce groupe n’est pas, vu le faible nombre d’échantillons, significatif pour les interprétations ;
– les composants relativement homogènes : ce groupe comprend Be, Cu, Nb, Sc, Rb pour lesquels les moyennes sont très voisines et ceci pour l’ensemble des échantillons analysés ; ces éléments démontrent qu’il existe une parenté entre les trois types de minerai (« riche », « potentiel », « déchets ») ; c’est le béryllium qui apparaît comme l’élément le plus constant de l’ensemble.

TABL. XI – Résultats des analyses chimiques : éléments en traces (en ppm). Md déchet de minerai, M minerai, Pf sc paroi de four scorifiée, Pf nsc paroi de four non scorifiée, Sc ext scorie externe, Sc int score interne.

6.1.2.4 Traitement du minerai

66c. dunikowski, l. barbanson

67La valorisation du minerai aux Clérimois concernerait plus particulièrement le « minerai potentiel », sans pour autant exclure un traitement du « minerai riche ». Il consisterait bien entendu en un enrichissement en éliminant un maximum de la gangue. Ce travail comprend classiquement deux étapes : comminution (concassage et broyage) et séparation proprement dite.

68Idéalement les opérations de comminution ont pour but de séparer la roche en fragments constitués, soit uniquement du minéral utile (dans notre cas les oxydes de fer), soit uniquement de la gangue. Ensuite le procédé de tri intervient. Il permet de dissocier le minéral utile (concentré) de la gangue (résidu). Le choix des procédés minéralurgiques dépendra de la texture et de la composition minéralogique du minerai. Enfin, dans l’absolu toutes ces opérations devraient produire un concentré le plus pur possible, en excluant notamment des minéraux pouvant compliquer les opérations métallurgiques. Les résidus devraient présenter le taux de fer le plus bas possible. Un des procédés de séparation envisageable serait un tri, afin de récupérer les oxydes de fer, faciles à distinguer grâce à leurs couleurs et leurs densités.

69Le lavage et le grillage comme traitements préliminaires ne sont pas confirmés par des témoins archéologiques : absence de cours d’eau (cf. § 1.4.1), absence de résidus conséquents de lavage et de traces d’installations de stations de lavage à proximité du gisement, absence de foyers de grillage.

Témoins archéologiques du minerai sur le site

70Lors de la fouille, le minerai, ou supposé tel, a fait l’objet d’une récolte systématique à l’intérieur des structures, ainsi que sur l’ensemble des ferriers. Les échantillons recueillis proviennent des couches de remblais, des zones de rejet mais également, en proportion non négligeable, de l’intérieur ou des alentours des fourneaux (tabl. xii et xiii). Au total, 160 échantillons, correspondant à une masse de 81,5 kg ont été récoltés. Ces échantillons se présentent sous deux aspects :
– des rognons de teinte brune et rouge aux surfaces érodées et lisses, montrant en coupe un agencement horizontal ou concentrique (fig. 88) ;
– des blocs plus au moins massifs (0,50 m de diamètre au maximum), caractérisés par la présence de lits irréguliers de minerai de couleur brune alternant avec des couches de gangue de couleur brune.

71La majorité des blocs de grandes dimensions sont à l’état brut (tel qu’ils ont été extraits ?). En revanche, les rognons de petites dimensions ont le plus souvent subi une action de déshydratation. Ils se caractérisent alors par une couleur rouge‑violet en fonction du degré de cuisson.

TABL. XII – Echantillons de minerai de fer provenant de la zone 1 (ferrier 1), de la zone 3 (terrier 2) et de Lailly (suface).

TABL. XIII – Echantillons de minerai de fer provenant de la zone 2 (ferriers 3a et 3b). ET : écart‑type.

FIG. 88 – Minerai de fer en nodules.

cl. Chr. D./AFAN

72Une quantification effectuée sur la totalité du minerai récolté permet d’observer une certaine standardisation des masses et des diamètres équivalents.

73Pour le ferrier 1 (tabl. xii), si l’on excepte les quatre blocs supérieurs à 10 kg, plus de 61 % des individus ont une masse inférieure à 300 gr et un diamètre compris entre 3 et 7 cm (fig. 89).

FIG. 89 – Poids et diamètres des blocs de minerai découverts dans le terrier 1, zone 1.

Chr. D./AFAN

74Le ferrier 2 n’a livré qu’un nombre très restreint d’échantillons (tabl. xii). Néanmoins, sur cinq individus, quatre ont une masse égale ou inférieure à 100 gr pour un diamètre variant de 2 à 4 cm.

75Dans les ferriers 3a et 3b (tabl. xiii), aucun gros bloc de minerai n’a été rencontré. Les échantillons analysés dans 82 % des cas pèsent moins de 118 gr pour un diamètre qui varie entre 2 et 7,7 cm. Les blocs de minerai provenant du ferrier 3a (essentiellement du remplissage de la structure F41) se présentent sous la forme de rognons de 2,2 à 10 cm (plus de 80 %), avec une nette augmentation du nombre des individus dans la fourchette de 4 à 5,5 cm. Leurs masses varient entre 15 et 125 gr. On peut observer un regroupement des valeurs autour de 100 gr (fig. 90). Le ferrier 3b (fig. 91) montre des tendances semblables, bien qu’un fragment de 2,5 kg contribue à une déformation de l’image.

FIG. 90 – Poids et diamètres des blocs de minerai découverts dans le terrier 3a, zone 2 

Chr. D./AFAN

FIG. 91 – Poids et diamètres des blocs de minerai découverts dans le terrier 3b, zone 2.

Chr. D./AFAN

76Le ferrier 4 n’a pas fourni un nombre suffisant d’échantillons.

  • 10 Les dimensions des nodules correspondent avec les moyennes des mesures relevées sur 30 échantillons (...)

77En conclusion, deux familles morphologiques de minerai ont été rencontrées sur les sites :
– des blocs plus moins importants, dont le diamètre est supérieur à 10 cm ;
– des nodules d’un diamètre compris entre 4 et 6 cm et d’un poids d’environ 100 gr10.

78Si l’on admet que ces échantillons sont représentatifs pour l’ensemble du minerai traité sur les ferriers, l’utilisation lors de la réduction, de gros blocs doit être écartée pour des raisons techniques ; l’introduction de ces blocs dans la cuve aurait mis en péril la bonne conduite de l’opération (descente trop rapide de la charge, écrasement du charbon de bois, etc.). On peut envisager leur emploi à condition qu’ils subissent un concassage et un tri en vue de réduire la gangue. Ces deux opérations ne semblent pas nécessaires dans les cas des nodules ; ces derniers ont pu être introduits dans la charge tels quels. Cette hypothèse est renforcée par l’observation de fragments de minerai de ce type partiellement réduit (cf. § 6.3).

6.1.2.5 Conclusion

79Dans les installations métallurgiques des Clérimois, les sidérurgistes ont employé des minerais locaux exploités dans un rayon de 5 à 10 km autour du site, dont la genèse est en relation avec des phénomènes de karst et la dynamique des formations superficielles résiduelles. Ils semblent provenir de remaniements de grès ferrugineux, cuisiens et surtout de lentilles sablo‑argileuses, ferrugineuses de certaines formations superficielles.

80L’échantillonnage analysé est composé d’oxydes et d’hydroxydes de fer (hématite et goethite) présentant une gangue argileuse et/ou sableuse (sable quartzeux).

81La question des modes d’extraction de la matière première n’est pas élucidée. Néanmoins, pour la phase de production allant de La Tène finale au Haut‑Empire, il est possible d’avancer l’hypothèse d’une extraction de minerai sur le lieu de réduction, sans exclure un approvisionnement complémentaire. Au Bas‑Empire, toute la matière première serait importée.

82Le minerai récolté sur le site a été réparti en trois catégories selon les teneurs en fer :
– « minerai riche », utilisable tel quel ;
– « minerai potentiel », nécessitant un tri ;
– « déchet de minerai », résultant d’un tri.

  • 11 En effet, une partie de la gangue a pu être employée comme fondant, lors de la réduction.

83Ces trois groupes de minerai montrent une parenté du point de vue chimique, les « déchets de minerai » pouvant provenir du traitement de l’une ou l’autre catégorie de minerai (riche et potentiel). Cependant, un traitement mécanique est envisageable plus particulièrement pour le « minerai potentiel ». Il s’agirait d’enlever la quantité nécessaire11 de gangue. Les résultats des quantifications réalisées sur les minerais du gisement des Clérimois font apparaître une prépondérance de nodules d’un diamètre équivalent ou inférieur à 5 cm et pesant environ 100 gr. Parallèlement, de gros blocs de minerai brut ont été mis au jour, toutefois en nombre plus faible. Leur présence renforcent l’hypothèse de l’extraction et d’un traitement mécanique de la matière première sur place. Ces opérations, pour l’époque qui va de La Tène finale au Haut‑Empire, se déroulaient au moins partiellement sur le lieu de réduction, comme le démontrent d’importantes quantités de déchets de minerai rencontrés sur les ferriers 1, 2, 3a et 4. En revanche, pour le Bas‑Empire, aucun témoin archéologique n’atteste une activité de traitement du minerai sur le site (ferrier 3b).

6.2 Les déchets

84Globalement, sur les quatre ferriers des Clérimois, la majeure partie des déchets était constituée de scories. Celles‑ci sont formées des éléments composant le minerai qui n’entreront pas dans le métal produit ou ne partiront pas avec les fumées. Ces éléments entrent en fusion lors du processus de réduction et sont partiellement évacués hors de la cuve à l’état liquide. En se refroidissant, ils se solidifient et forment des plaques de coulée qui sont ensuite rejetées dans les zones dépotoirs. Cependant, une partie de la scorie reste piégée à l’intérieur du fourneau jusqu’à la fin de la réduction ; ce sont les scories internes. La plus grande partie de celles‑ci est éliminée lors du curage de la cuve, à la base de laquelle elles gisaient. Lorsque le fourneau est abandonné sans qu’il ait fait l’objet d’un certain nombre de réfections, on peut retrouver ces scories in situ, piégées au fond de la cuve. Dans les fourneaux ne possédant pas de système d’évacuation de la scorie, c’est l’ensemble des déchets de la réduction que l’on retrouve à la base des fours (cf. § 3.1).

85Outre les scories, les amas de déchets ont fourni un grand nombre de fragments de parois de four. Ceux‑ci proviennent des réfections successives des fourneaux en place mais probablement aussi de la destruction de certaines structures de réduction.

86Enfin, nous trouvons également dans ces rebuts des fragments de matière première qui n’ont participé qu’incomplètement à la réduction, tels que le minerai partiellement réduit et du charbon de bois.

87La masse de déchets liés directement au processus de réduction peut se répartir en quatre catégories principales :
– les parois de four (cf. chap. 2, Description des parois) ;
– les scories ;
– le minerai non réduit et les déchets de minerai (cf. § 6.1.2.3) ;
– le charbon de bois (cf. §6.1.1).

6.2.1 Les parois de four : aspect chimique

88c. dunikowski, a. ploquin

89Les analyses chimiques ont été effectuées sur sept échantillons de parois de four provenant pour six d’entre eux (5 fragments de paroi argilo‑sableuse et 1 fragment de paroi scoriacée) du fourneau de type II, F12 du ferrier 2 (tabl. ix et xi, nos 1203 et 1208). Un dernier échantillon de paroi scorifiée a été prélevé sur le bas fourneau de type II, F125 du ferrier 1 (tabl. ix et xi, no 1210). En fait, par « paroi » nous voulons dire « revêtement interne des parois de four ». En effet, ces échantillons proviennent de deux fourneaux ayant subi un certain nombre de réfections. Celles‑ci se marquent par des rechapages de la face interne des cuves, appliqués de manière différente d’un fourneau à l’autre. Pour le fourneau F125a du ferrier 1, les rechapages sont constitués d’une couche d’argile sableuse de 15 cm au minimum, appliquée sur la face interne de la paroi précédente après avoir arraché partiellement ou complètement la croûte scoriacée. Pour le fourneau F125b, deux croûtes scoriacées se succèdent, séparées seulement par 1 ou 2 cm de limon sablonneux. Les réfections réalisées sur le fourneau F12, ferrier 2, de la zone 3, sont composées, non plus d’une couche unique de matière argilo‑sableuse, mais d’une succession de lits argilo‑sableux (3 à 5 cm) appliqués à la main sur la face interne de la cuve après qu’on ait enlevé la totalité de la croûte scoriacée précédente. Une dernière technique de réfection a été observée sur le fourneau F12, où les métallurgistes se sont contentés d’arracher la partie de la scorification endommagée et de la remplacer par un revêtement qui lors de la réduction a fondu et s’est soudé au reste de la croûte.

90Du point de vue chimique, les parois sont composées d’un mélange de sable essentiellement et d’un peu d’argile kaolinique (cf. infra, fig. 107 et 108). La silice (SiO2) est présente à 88 % en moyenne tandis que l’aluminium est inférieur à 3,5 %. Le fer (Fe2O3) ne dépasse guère 2 % sauf pour les échantillons de croûte scoriacée. En effet les deux exemplaires montrent des teneurs en Fe2O2 supérieures à 10 %. Ceci pourrait indiquer une contamination de la paroi par la scorie lors de la réduction. Tous les autres éléments majeurs (MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, TiO2 et P2O5) (tabl. ix) sont présents dans des proportions très faibles, voire insignifiantes. Néanmoins, on observe une légère augmentation des teneurs en manganèse, magnésium, calcium et potassium (K2O) pour les deux échantillons de croûte scoriacée.

91Les éléments en traces, exprimés en ppm (tabl. xi), montrent une relative homogénéité. Leurs valeurs sont inférieures à 100 ppm, à l’exception de baryum (Ba) et zirconium (Zr) ; le second peut être considéré comme un trait caractéristique pour les parois.

  • 12 Dans les zones 2 et 3 (ferriers 2, 3a, 3b et 4), aucun affleurement.

92La composition chimique des éléments majeurs montre bien le caractère réfractaire de ce sable argileux. Ces matériaux sont abondants sur le gisement et accessibles immédiatement au‑dessous de la couche d’humus (fig. 87). Des fosses d’extraction de sable ont été relevées notamment dans la zone 1 à la base du talweg (sables marbrés) et dans les zones 2 et 3 (limon sableux colluvié), tandis que des fosses d’extraction d’argile kaolinique creusées au niveau des poches de décalcification de la craie ont été observées dans la zone 112.

6.2.2 Les scories

93s. cabboi, c. dunikowski

  • 13 Aucune scorie externe n’a été découverte en place.
  • 14 Leurs caractéristiques sont très voisines des scories découvertes en place à la base des cuves ; el (...)

94Les scories sont les déchets de réduction les plus abondants dans les ferriers des Clérimois (poids estimé : 12 000 t). Il va de soi qu’elles ont des caractéristiques morphologiques très variables. Il a été tenté dans ce chapitre d’en faire une typologie. Comme principal critère de différenciation, nous avons distingué d’une part les scories présentes uniquement dans les zones de rejet (fosses, ferriers) en position secondaire et d’autre part les scories découvertes in situ dans les fourneaux ou à proximité immédiate de ceux‑ci. Les premières résultent de l’évacuation de scories hors des cuves des bas fourneaux, les scories externes13, tandis que les secondes sont le résultat de scories piégées à la base des cuves, les scories internes. D’importants fragments de ces dernières ont été mis au jour dans les ferriers, démontrant le curage régulier des fourneaux14.

6.2.2.1 Les scories provenant des ferriers (position secondaire)

95Parmi les scories provenant uniquement des ferriers, on peut distinguer trois grandes catégories morphologiques :
– type I.1 : les scories coulées ; se présentant soit sous la forme de plaques uniques ou stratifiées résultant d’une seule ou plusieurs coulées, munie ou non d’une racine ou de l’amorce d’un négatif de canal d’évacuation, soit sous la forme de « boudins », c’est à dire du remplissage d’un canal d’évacuation (fig. 92‑97) ;
– type I.2 : agglomérat de plusieurs coulées superposées et soudées d’un seul côté (fig. 98) ;
– type I.3 : scories coulées sous forme de cordons isolés de couleur verdâtre (fig. 99).

FIG. 92 – Scorie coulée externe du type I.1 associée au bas fourneau F150, zone 1, terrier 1, batterie D.

S.V.‑P. del./AFAN

FIG. 93 – Scorie coulée externe.

S.V.‑P. del./AFAN

FIG. 94 – Scorie coulée fossilisant la forme du canal d’évacuation, associée aux bas fourneaux du type II.

S.V.‑P. del./AFAN

FIG. 95 – Scorie coulée fossilisant la forme du canal d’évacuation, associée aux bas fourneaux du type II.

S.V.‑P. del./AFAN

FIG. 96 – Scorie coulée fossilisant la forme d’une fosse de récupération de la scorie, associée aux bas fourneaux du type II.

S.V.‑P. del./AFAN

FIG. 97 – Scorie coulée externe associée aux bas fourneaux du type II.

S.V.‑P. del./AFAN

FIG. 98 – Agglomérat de scories coulées associé aux bas fourneaux du type II : 1 vue en plan du côté des canaux non soudés, 2 vue en coupe, a côté soudé, b canaux non soudés.

Chr. D./AFAN

FIG. 99 – Scorie coulée externe du type I.3 associée au bas fourneau F21 (type IV), zone 2, ferrier 3b.

S.V.‑P. del./AFAN

Type I.1 : les scories coulées

96Les scories coulées sont omniprésentes sur les quatre ferriers (ferriers 1,2, 3a et 3b) et dans une moindre mesure dans les ateliers de réduction. Elles sont par contre totalement inexistantes dans l’ensemble A de la zone 1 dont les fourneaux en fosse se caractérisent par l’absence d’évacuation de la scorie. Si en général les scories coulées sont simplement rejetées dans les zones dépotoirs, elles peuvent parfois être réutilisées notamment comme calage de trous de poteaux, aménagement de fossés de drainage, de sol de circulation ou encore en remblai de nivellement. On les retrouve également dans les matériaux de construction des fourneaux de type IV associés au ferrier 3b.

97En règle générale, la fragmentation de ce type de scories est très importante. Cependant un certain nombre d’exemplaires presque complets a permis d’en décrire les variétés. Une première distinction est à faire entre les scories coulées en plaque et les moulages de canaux d’évacuation. Une même scorie peut présenter les deux faciès mais le plus souvent ils sont rencontrés séparément.

98Les plaques de coulée se caractérisent par une face supérieure souvent convexe, marquée par un éventail de cordons de magma refroidis de deux sortes :
– les cordons larges de 4 à 8 cm, lisses ou ridés, témoignant d’un fort flux de scorie très liquide (fig. 92 et 96) ;
– les cordons étroits de largeur variant entre 0,25 et 2 cm, mamelonnés ou lisses, attestant un écoulement de magma beaucoup plus visqueux (fig. 93, 95, 97).

99Ces derniers cordons sont beaucoup moins longs que les précédents. Généralement ils se superposent, formant des enchevêtrements très complexes. L’écoulement se fait toujours sur une surface en pente dont l’inclinaison est très variable d’un cas à l’autre. Les scories prennent naissance soit au niveau de la surface d’écoulement –la racine est alors dans l’axe de la scorie– soit à une certaine hauteur (plusieurs dizaines de centimètres) par rapport à la surface d’écoulement. Dans ce cas, la racine est perpendiculaire à l’éventail de scorie.

100Les faces inférieures des plaques sont souvent rugueuses ; elles portent les traces des sédiments sur lesquels elles ont coulé : du déchet de minerai pour les ferriers 1, 2, 3a, 4, et du sable le plus souvent pour le ferrier 3b. La base est plate ou bien bombée, épousant la forme d’une fosse de récupération de la scorie (fig. 96). On rencontre très souvent des scories stratifiées composées de plusieurs lits de coulées successives.

101Les moulages de canaux d’évacuation sont le second type de scorie coulée. Ces pièces qui ont toujours été retrouvées fragmentées, présentent des caractéristiques très semblables à celles des plaques (fig. 94) : une face supérieure marquée par un ou plusieurs cordons, souvent de type large, et une base portant des traces des sédiments sur lesquels elles ont coulé. Ce qui les différencie, c’est leur forme cylindrique ou semi‑cylindrique (aspect de « boudins »), de diamètres compris entre 5 et 15 cm. Dans quelques rares cas, les remplissages de canaux débouchent sur un éventail de scorie coulée.

102Lors de la fouille des fourneaux, aucun canal d’évacuation de diamètre aussi réduit n’a été mis au jour. L’endroit exact où se forme ce type de scorie n’est pas certain ; probablement est‑ce juste à la sortie du four, voire dans l’épaisseur de la paroi frontale.

  • 15 Le ferrier 3b a fourni des plaques de scories qui ont été repliées sur elles‑mêmes alors qu’elles é (...)

103Si les scories coulées sont présentes sur l’ensemble du gisement (à l’exception de l’ensemble A, zone 1), ces déchets varient sensiblement d’un ferrier à l’autre. La masse et les dimensions des plaques de coulée sont beaucoup plus importantes dans le ferrier 1. La pièce la plus représentative est une scorie qui, bien qu’incomplète, pèse 44,6 kg pour une superficie de 1 m2. Elle est composée de plusieurs lits de coulées. Le ferrier 2 et le ferrier 3a ont livré des déchets assez semblables sans toutefois atteindre l’ampleur des plaques du ferrier 1. Les plaques du ferrier 3b15 par contre sont de dimensions beaucoup plus modestes. Les individus entiers ne dépassent pas 0,40 m2 et pèsent au maximum 10 kg. Les scories les plus caractéristiques de ce ferrier montrent des cordons étroits, à l’inverse des plaques des ferriers précédents qui présentent souvent des cordons larges.

Type I.2 : agglomérats de coulées

104Ce type, caractéristique des ferriers 1, 2, 4 et 3a est totalement absent du ferrier 3b. Sa présence n’a été relevée que dans des zones de déchets relativement éloignées des fourneaux. L’échantillon le plus conséquent (ferrier 1) pèse 47 kg et mesure 45 cm de hauteur. Ces scories se composent d’un empilement de moulages de canaux soudés à une extrémité par refusions :
– l’agglomérat de scories (fig. 98 b) est formé de coulées indépendantes superposées qui prennent tantôt la forme de « boudins », tantôt celle de plaques ; le sens de la coulée est toujours identique, de la partie soudée vers l’extérieur du bloc ; les surfaces supérieures sont ridées tandis que les faces inférieures, très rugueuses, comportent des restes de déchets de minerai ; l’ensemble de ces scories coulées est soudé à une seule extrémité sur une épaisseur de 3 cm au maximum ;
– la partie qui soude l’ensemble (fig. 98 a) est constituée d’une masse scoriacée, avec des empreintes de charbon de bois ; la face supérieure présente des zones magnétiques ; en bordure, des fragments de paroi d’argile jaune ou orange probablement arrachés du four lors du dégagement de la scorie se distinguent sur de nombreux échantillons.

105L’origine de ce type de déchets reste pour l’instant sans réponse définitive. De tels agglomérats de scories ont été mentionnés sur les ferriers de l’Yonne et de la Nièvre (Tryon‑Montalembert 1955 : 198 ; Bouthier 1982 : 144, 147 et fig. 4‑5). Les auteurs ont interprété ce type de déchets comme une succession d’évacuations de scories située dans la porte du fourneau. Selon les observations effectuées par A. Ploquin, cette hypothèse ne peut être retenue ; il s’agit plutôt « d’un empilement de moulages de canaux indépendants avec une ressoudure par refusions à une extrémité et un remoulage des uns sur les autres, de plus en plus net vers l’extrémité soudée ». Ces blocs seraient donc constitués de scories récupérées dans les déchets qui auraient été emplilés à l’emplacement de la porte du four, peut‑être dans le but de fermer l’ouverture.

Type I.3 : cordon isolé

106Ce type n’est présent que dans le ferrier 3b. Il se distingue par son aspect extérieur (cordons isolés de couleur verte) et par sa masse relativement faible. Les dimensions de ces scories coulées varient en fonction de la fragmentation. L’échantillon le mieux conservé (grâce au remontage) pèse 1,12 kg, pour une longueur de 42,5 cm (fig. 99). Sa largeur ne dépasse pas 7 cm. Il montre deux phases d’écoulement de magma de couleur verdâtre. Les surfaces supérieures sont très peu ridées. À la base, les restes de la surface d’écoulement constituée de sable blanc sont discernables. La structure interne de la scorie est très poreuse, comprenant de nombreuses vacuoles de 2 cm de diamètre en moyenne. L’écoulement du magma de scorie s’est effectué sur une surface inclinée à environ 5 %.

6.2.2.2 Les scories trouvées in situ dans les fours

107s. cabboi, c. dunikowski

108Les scories internes peuvent être regroupées en trois catégories :
– type II.1, scories coulées internes en gouttelettes ;
– type II.2, scories lourdes de fond de fours ;
– type II. 3, scories internes aux surfaces rouillées.

Type II. 1 : scories internes en gouttelettes

109Ces scories coulées internes de petites dimensions ont l’aspect de gouttelettes (fig. 100). Elles ont été découvertes dans une couche de charbon de bois à la base des fours en fosse (type I.1 et I.2) ne possédant pas de système d’évacuation de scorie (F60, F56, F146, F79, ens. A, zone 1) et à la base d’un fourneau de type IV (F60, ferrier 3b) qui, lui, comprend un système d’évacuation des scories. Ce type de déchets semble être le résultat du passage d’une partie du magma de scorie (liquide) à travers la couche de charbon de bois située à la base du fourneau. Ces gouttelettes sont donc uniquement constituées de scorie dense.

FIG. 100 – Scories coulées internes en gouttelettes (type II.1) du bas fourneau F146, zone 1, ensemble A.

cl. L. de Cargouët/AFAN

Type II.2 : scories lourdes de fond de fours

110Les fonds de fours découverts en place ou directement à proximité des fourneaux qui les ont produits sont très différents d’un exemplaire à l’autre. Il faut distinguer les fonds de four provenant des fours en fosse ne possédant pas de système d’évacuation de la scorie (F60 et F56, type I, ens. A, zone 1) des fonds de four produits dans des bas fourneaux de type II qui possèdent un système d’évacuation de la scorie (F106 et F141, ferrier 1, zone 1 ; F12, ferrier 2, zone 3). À l’intérieur de ces deux grandes catégories, les variations restent très importantes.

Le fond de four F60 (ensemble A)

111Ce fond de four (fig. 101) de 10,8 kg présente une forme générale cylindrique. La surface supérieure, légèrement concave, montre quelques petites crevasses et des empreintes de fragments de charbon de bois de petites dimensions. Des zones oxydées, répondant à un aimant, couvrent une grande partie de cette face. Sur un des bords, on aperçoit le départ de la paroi scoriacée. La surface inférieure est morphologiquement très différente. Elle est composée d’un amalgame de scories de type coulées internes et d’empreintes de charbon de bois. Au cours de l’opération de réduction, ces scories coulées internes traversent la zone charbonneuse déposée dans la poche de récupération de la scorie creusée à la base de la cuve. Elles se figent au milieu de celle‑ci au fur et à mesure qu’elles s’éloignent du point où les températures sont suffisamment hautes pour les rendre liquides ; tandis que le charbon de bois a continué à se consumer.

FIG. 101 – Scorie interne (type II.2) : fond de four en fosse F60 (type I.1), zone 1, ensemble A.

S.V.‑P. del./ AFAN

112Quelques silex brûlés provenant du substrat dans lequel le four a été creusé (l’argile à silex) sont soudés à la base irrégulière de la scorie. De profil, on peut distinguer une légère convergence des bords du fond de four correspondant à la forme de la cuvette dans laquelle il s’est formé.

113En résumé, les caractéristiques principales de cette scorie lourde sont : à la base une masse de charbon de bois comprenant des coulées internes, cette masse est surmontée d’un noyau de scorie dense peu bulleuse montrant des traces de refroidissement lent. Cette pièce est particulièrement intéressante pour deux raisons : la première est que cet exemplaire est unique sur le gisement des Clérimois ; la seconde est qu’elle témoigne d’un processus de réduction dans un fourneau qui ne comprend pas de système d’évacuation des scories (no slag‑tapping). La morphologie générale de ce fond de four montre de nombreux traits communs avec ceux des fours du type polonais : la présence des petites coulures à la base et une surface supérieure assez homogène, due à un refroidissement lent de la scorie après l’enlèvement de la masse de fer. Ces caractéristiques s’expliquent par la position de la charge par rapport à l’emplacement du système de ventilation. De façon générale, plus on s’éloigne des prises d’air, plus la scorie devient visqueuse, pour mourir enfin dans la masse de charbon de bois située au fond de la cuve.

Le fond de four F56 (ensemble A)

114Cette plaque allongée (0,45 m x 0,21 m) est épaisse de 3 à 4 cm et pèse 5,6 kg. La surface supérieure est homogène, formée de scorie dense avec quelques empreintes de charbon de bois. À certains endroits, on observe des zones crevassées. La surface inférieure se compose de fines scories de coulées internes (au maximum 1 cm), agglomérées et aplaties par la masse supérieure. En coupe, on observe deux niveaux bien distincts : le premier, au sommet, se caractérise par de nombreuses empreintes de charbon de bois disposées horizontalement ; le second, à la base, ne contient que des scories bulleuses. Pour l’instant, nous pensons que ce déchet est le produit du processus de réduction dans un four en fosse ne comprenant pas de système d’évacuation de la scorie. Toutefois, aucune analyse chimique n’ayant été réalisée sur cet échantillon, il convient d’être prudent quant à cette interprétation.

Le fond de four F106 (ferrier 1)

115Cette plaque de scorie était piégée au sommet du tapis de « résidus de minerai » déposé à la base de la cuve sur une épaisseur de 0,20 m (0,70 m de profondeur par rapport au niveau supérieur conservé) (fig. 16). La scorie, de forme plus ou moins rectangulaire (0,50 x 0,30 m), présente l’amorce d’une coulée vers l’extérieur de la cuve, au niveau de la partie frontale du four. La surface supérieure du bloc est très fragile, marquée par de nombreuses crevasses (fig. 102). Elle ne montre pas de traces d’arrachement en vue de la récupération du massiau (masse de fer). La face inférieure est recouverte de déchets de minerai, sédiment sur lequel s’est formée la scorie. En coupe longitudinale (fig. 103, a), on observe une masse de scorie dense, contenant de nombreuses vacuoles et un fragment de métal. À la base de cette masse, un lit de vacuoles de petites dimensions se dessine. Ce niveau est surmonté par une couche de scorie assez homogène dépourvue de bulles gazeuses. Au‑dessus, on distingue une grande poche de gaz qui occupe le centre de la scorie. Elle est elle‑même coiffée d’un réseau de vacuoles à environ 2 cm de la surface. Le sommet se caractérise par une disparition lente des vacuoles. Plus on approche du sommet de la scorie, plus les vacuoles prennent une forme elliptique. En coupe transversale (fig. 103, b), la morphologie de la masse de scorie est assez semblable, excepté dans la zone située à gauche de l’échantillon, où se concentrent d’abondantes poches gazeuses montrant un certain chaos dans leur répartition. Le côté opposé est sensiblement moins bulleux et plus « organisé ». Une très fine couche semblable à la scorification de la paroi de four recouvre le sommet de la scorie.

FIG. 102 – Face supérieure du fond de four découvert à la base de la cuve du bas fourneau F106, zone 1, ferrier 1, batterie B.

cl. L. de Cargouët/AFAN

FIG. 103 – Coupe latérale et longitudinale du fond de four type II.2 découvert dans le fourneau F106, zone 1, ferrier 1, batterie B.

S.V.‑P. del./AFAN

116En conclusion, la plus grande densité de vacuoles est concentrée d’un seul côté ; il semble que ce phénomène soit en relation avec le système de ventilation. Sur ce même côté, de la scorie très visqueuse se fige sur de la scorie déjà en cours de refroidissement (cristaux en cours de formations visible dans un creux). Si nous admettons que la masse de métal se forme au‑dessus du niveau des scories lourdes, elle est retirée à l’état pâteux ou semi‑pâteux par la porte, avant le refroidissement du four. Le surplus de scories qui pour une raison non déterminée n’a pas été évacué hors de la cuve, s’accumule au fond du four et continue de se solidifier après l’arrêt de l’opération. Les gaz emprisonnés à l’intérieur de la masse scoriacée, au fur et à mesure du refroidissement de la cuve, ont de plus en plus de mal à s’en échapper. Lors de la dernière phase de consolidation de la scorie, une fine couche de silicate de fer provenant vraisemblablement des parois vient homogénéiser la surface supérieure du bloc.

Fragment de fond de four F106 découvert dans les remblais de destruction

117Un autre fragment de fond de four piano‑convexe a été découvert dans la couche de remblai de destruction en aval du fourneau. Le bloc est formé d’une couche de scorie peu bulleuse et lourde. Sa base, de forme convexe, est recouverte de granules de « déchets de minerai », avec lequel le fond de la cuve a été aménagé. L’amorce de la paroi totalement scoriacée se distingue sur un bord de la surface supérieure. Celle‑ci est relativement plate avec une zone particulièrement rugueuse située à proximité de la paroi de four. Une masse de scorie rouillée à la surface crevassée, avec par endroits les traces de petites particules de charbon de bois, est soudée au sommet de la scorie lourde. Un autre fragment de paroi entièrement scoriacée est accolé contre la masse rouillée, s’infiltrant entre les deux niveaux de scorie. L’interprétation de cet échantillon demeure pour le moment difficile. Retenons tout de même la succession de couches : scorie lourde, masse rouillée.

Le fond de four F12 (ferrier 2)

118Plusieurs fragments de scories de fond de four ont été mis en évidence au fond de la cuve. Nous présenterons un seul échantillon qui nous a paru le plus représentatif.

119Il s’agit d’un fragment à fond convexe (fig. 104). La base est rugueuse et couverte de fragments de résidu du minerai avec lequel on a aménagé l’intérieur de la cuve et la surface d’écoulement des scories. Le fond de four est composé de deux niveaux de scories morphologiquement différentes :
– à la base, de la scorie lourde à l’aspect brillant très peu bulleuse ;
– au sommet, une masse de scorie rouillée formant un lit épais de 4 cm ; cette masse, à certains endroits et en particulier vers le centre, se confond avec la masse de scorie lourde. La surface supérieure montre un refroidissement lent du magma.

FIG. 104 – Fragment de fond de four provenant du bas fourneau F12, ferrier 2, zone 3.

Chr. D./AFAN

120En général, les autres fragments de fond de four se caractérisent également par la succession de ces deux faciès de scorie ; un niveau supérieur composé de scorie oxydée, dont la masse et le « magnétisme » varient d’un échantillon à l’autre, et un niveau inférieur, le plus important, constitué de scorie lourde peu bulleuse.

Le fond de four F141 (ferrier 1)

121La moitié du fond de four F141 (au total 154 kg) a été reconstituée à partir des fragments découverts au niveau de la partie frontale du bas fourneau (fig. 25). Cette pièce, bien qu’incomplète, fournit de précieuses indications sur la formation et le système d’évacuation de la scorie dans ce fourneau.

  • 16 La plaque de scorie coulée a dû être rejetée dans les zones de déchet lors de l’opération de réduct (...)

122Le fond de four proprement dit (scorie interne) est constitué à sa base d’une épaisse et irrégulière couche de minerai non réduit ou partiellement réduit, sous‑jacent à un noyau de fragments de charbon de bois totalement consumés, dont il ne reste que les empreintes. Enfin, une masse de scorie dense, présentant une surface supérieure ponctuée de rouille, chapeaute la pièce. De cette couche de scorie massive, soit à une hauteur d’environ 0,30 m, prennent naissance des coulées externes, disposées en très forte pente (80°). Celles‑ci se présentent sous la forme de grands boudins (larges de 10 à 15 cm) superposés et soudés qui coulent presque à la verticale. Ils débouchent sur l’amorce d’un éventail de coulées. La plaque, non conservée16, devait s’étendre sur une surface beaucoup moins pentue (la surface d’écoulement). La morphologie des cordons indique une fluidité importante du magma de scorie au niveau de la sortie (face supérieure des boudins). Peu à peu, la scorie devient plus visqueuse au niveau de la plaque de coulée.

123En conclusion, lors de l’opération de réduction, la scorie lourde s’accumule sur une couche de charbon de bois déposée à la base de la cuve. Une partie de celle‑ci est évacuée par des dispositifs aménagés à une hauteur d’environ 0,30 m par rapport à la surface d’écoulement. Les plaques de coulée sont rejetées vers les zones dépotoir au fur et à mesure. Probablement vers la fin du processus de réduction, la scorie n’est plus évacuée ; elle continue alors à s’accumuler sur le charbon de bois. À la fin de l’opération, la masse de fer qui doit se former au‑dessus de la scorie est retirée, tandis que le bloc de fond de four et les boudins d’évacuation se solidifient. Le charbon de bois restant de surcroît dans la cuve finit par se consumer totalement. La présence de minerai non réduit à la base du fond de four pourrait témoigner d’un mauvais fonctionnement du fourneau, du moins au début de l’opération.

Type II. 3 : scories internes aux surfaces rouillées

124Des scories internes de ce type ont été découvertes dans la couche charbonneuse à la base des fours en fosse (type Ia), en plus faible quantité dans les bas fourneaux de type II et surtout dans les niveaux charbonneux des fourneaux de type IV. Ces scories sont toujours de petites dimensions (diamètre maximum : 5 cm). Elles sont le plus souvent sphériques, présentant parfois de petites aspérités. Les surfaces sont irrégulières et totalement recouvertes de rouille.

6.2.3 Aspect chimique des scories

125La diversité morphologique des scories, observée lors de la fouille et ensuite, en cours d’étude, a incité à effectuer une série d’analyses chimiques d’échantillons représentatifs pour chacun des ferriers (tabl. X), afin de mettre en parallèle les différences morphologiques et les composants chimiques. Cette approche avait également pour but de mettre en évidence d’éventuelles filiations entre les scories et les minerais de fer découverts sur les sites. De plus, il était important de déterminer si les grands changements technologiques et opératoires qui interviennent aux iiieive s. ap. J.‑C., ont eu une influence sur la nature chimique des déchets métallurgiques.

126Les analyses ont été effectuées au CRPG de Nancy (sous la direction de M.A. Ploquin). Le nombre d’échantillons analysés (quinze scories pour le ferrier 1, six pour le ferrier 2, six pour le ferrier 3b et à titre de comparaison quatre échantillons de scories coulées prélevées sur un ferrier situé sur la commune des Clérimois au lieu‑dit Le Bois de l’Ormeau) est relativement faible ; il autorise une vue globale mais ne permet pas de tirer des conclusions définitives sur les caractéristiques chimiques des déchets de réduction des différents ferriers, ni d’assurer que les variations observées sont généralisables et exhaustives. Le principal obstacle dans l’interprétation de cette étude est la trop faible connaissance des minerais effectivement utilisés et de leurs traitements préliminaires. Il faut considérer ce travail comme un essai que les données futures pourront modifier et enrichir.

127En règle générale, les scories des trois ferriers montrent une certaine homogénéité dans leur composition chimique, que ce soit pour les composants principaux comme pour les éléments en traces (tabl. ix et xi). Les scories sont essentiellement constituées d’oxyde de fer, de silice et d’alumine, les autres éléments, à l’exception de la chaux et du manganèse montrent des teneurs inférieures en moyenne à 1 %.

Les éléments majeurs tabl. ix

  • 17 Le contexte étant très calcique (craie) Il n’est pas possible d’affirmer s’il s’agit de contaminati (...)

128On constate, et cela était prévisible, que le fer (Fe2O3) est abondant dans tous les échantillons analysés. Les valeurs varient entre 44 et 82 %. Le dernier chiffre semble être pour le moment une exception, bien que la majorité des scories affiche des valeurs supérieures à 50 %. On peut donc estimer qu’au moins 50 % du fer contenu dans le minerai n’a pas été récupéré. Les valeurs en silice (SiO2) oscillent entre 15 et 37 %, ce qui paraît un pourcentage normal pour la scorie mais qui est particulièrement intéressant au vue du faible taux de silice contenu dans le minerai. L’aluminium (Al2O3) est présent dans les déchets des trois ferriers. On note des valeurs entre 3,84 % et 10,3 %, pour des moyennes de l’ordre de 6 à 8 %. Le manganèse (MnO) affiche des teneurs variables entre 0,56 % et 6,69 %, il est tentant de corréler cette variabilité à celle des minerais. Le calcium (CaO) est présent d’une façon modeste dans les déchets soumis aux analyses. Cependant, deux échantillons montrent des teneurs rarement rencontrées dans les scories du procédé direct : 8,96 % et 11,46 %17. Les échantillons sont d’une façon générale peu alcalins (potassium et sodium). Ces composants sont classiquement considérés comme jouant un rôle dans le degré de liquéfaction des scories (Tylecote 1966 : 96). Compte tenu de leur faible représentation, il ne semble pas qu’ils aient conditionné le processus de la réduction aux Clérimois. Le phosphore (P2O5) est également très peu présent dans les scories, au maximum 0,68 %.

129Les valeurs moyennes des composants majeurs et les diagrammes (cf. infra fig. 107 et 108) mettent en évidence quatre éléments chimiques variant, mais assez peu, d’un ferrier à l’autre : SiO2, Fe2O3, MnO et CaO. Ainsi, le ferrier 1 est marqué par un taux de calcium relativement élevé et les scories du ferrier 2 se distinguent facilement grâce à un pourcentage supérieur en manganèse. Dans le ferrier 3b, ce sont la silice et le fer qui constituent le trait le plus distinctif. Ces différences prennent de l’ampleur lorsque l’analyse se porte uniquement sur la catégorie des scories coulées externes (tabl. xiv). Dans cette confrontation, les scories coulées du Bois de l’Ormeau s’apparentent aisément aux déchets du gisement des Fouetteries (fig. 105), avec cependant un léger caractère alumineux.

TABL. XIV – Récapitulatif des moyennes des composants majeurs des scories coulées externes. ET : écart‑type

FIG. 105 – Proportions des moyennes des composants majeurs des scories coulées externes.

Chr. D./AFAN

Les éléments en traces

130L’analyse des constituants en traces (tabl. xi) permet d’observer à première vue une certaine hétérogénéité de l’échantillonnage. Néanmoins, des éléments en traces pour les scories coulées (tabl. xv) peuvent être divisés en deux groupes :
– le premier est constitué de composants présentant des valeurs relativement stables pour l’ensemble des ferriers : Be, Rb, Nb, Sc, Th, Cr (fig. 106) ;
– le second englobe les composants présentant des valeurs plus variables ; cependant pour les Co, Ni, Cu et Sr, ces variations sont faibles voire très faibles ; les composants autres montrent des écarts relativement plus importants (fig. 106).

TABL. XV – Récapitulatif des moyennes des éléments en traces des scories coulées externes. ET : écart‑type.

FIG. 106 – Proportions des moyennes des éléments en traces des scories coulées externes.

Chr. D./AFAN

131Le zinc est présent dans certaines scories à un taux exceptionnellement élevé. Or, cet élément est volatil à 907°C. Pour la réduction du minerai, on atteint des températures d’environ 1300°, il est donc surprenant de découvrir cet élément dans les déchets métallurgiques. Deux hypothèses peuvent expliquer ce phénomène :
– l’architecture des fours F41 (ferrier 3a) et F125 (ferrier 1) peut avoir contribué, lors de la réduction, à une condensation partielle des substances volatiles, en l’occurrence du zinc, sur les surfaces internes du four au niveau du rétrécissement de la paroi de la cuve ; ces substances auraient pu ensuite être réintroduites dans la masse réductrice et se mélanger avec les scories coulées, qui sont évacuées à l’extérieur du four ;
– il peut y avoir eu une contamination de la scorie lors de l’écoulement à l’extérieur des fours ; en effet, la plupart des scories appartenant aux ferriers 1, 2, 3a et 4 ont coulé sur un remblai de déchets de minerai ; des particules de ce matériau sont très souvent incrustées sur la face inférieure des scories ; les résultats des analyses de ces déchets de minerai font apparaître dans deux cas sur trois une forte présence du Zn qui aurait pu contaminer les scories.

132Les valeurs relativement élevées de Zr, de teneur variable dans les minerais, pourraient s’expliquer par un échange entre la charge et la paroi interne de la cuve, mais les revêtements sont peu corrodés et cette hypothèse n’est pas confirmée par les autres éléments : nous préférons privilégier la marque de certains minerais.

Analyse comparative des résultats sur les diagrammes ternaires (fig. 107 et 108)

133L’analyse du diagramme ternaire Silice‑Calcium‑Aluminium montre un bon regroupement de l’ensemble des échantillons des trois sites, à l’exception de deux exemplaires provenant du ferrier 1 et d’un échantillon du ferrier du Bois de l’Ormeau (fig. 107). Le premier, une scorie de coulée, présente un pourcentage inhabituel en CaO (11,46 %) pour une scorie du procédé direct. Les deux autres échantillons, un fond de four du ferrier 1 et une scorie coulée du Bois de l’Ormeau affichent un taux d’aluminium particulièrement élevé (> 10 %). Toutefois, dans l’ensemble, les scories du ferrier 1 semblent être plus calciques que celles du ferrier 3b. Notons que ce système représente mal les scories ; il ne doit donc pas être utilisé en diagramme de phase mais il peut être utilisé en typologie de « ce qui reste quand on a supprimé le fer et le manganèse ».

FIG. 107 – Diagramme ternaire SiO2‑Ca0‑Al2O3. Les compositions des minerais et scories sont « mal représentées » dans ce triangle (c’est‑à‑dire que leur somme SiO2 + A12O3 + CaO est très inférieure à 100 %) ; il ne faut donc pas les mettre en relation avec les surfaces liquides. Par contre le caractère relativement réfractaire des parois est lisible ; le caractère peu calcique de la majorité des scories et minerai est net.

Chr. D./AFAN

134Sur le diagramme Silice‑Fer‑Aluminium (fig. 108), on remarque également une bonne concentration dans le champ de la fayalite à la limite entre les champs de la wüstite et de la hercynite. Les échantillons appartenant au ferrier 1 se divisent en deux groupes :
– le groupe siliceux, qui comprend des déchets liés aux parois de la cuve (gouttelettes, fond de fours, coulures sur la paroi, etc.) ;
– le deuxième groupe, beaucoup plus homogène et riche en Fe2O3, qui est essentiellement constitué de scories coulées ; ces scories se situent autour du minimum cotectique : wüstite, fayalite, hercynite.

FIG. 108 – Diagrammes ternaires SiO2‑A12O3‑FeO et SiO2‑ CaO‑FeO.

Chr. D./AFAN

135Les scories du ferrier 2 se placent dans la même courbe que celles du ferrier 1, Pour le ferrier 3b, les échantillons analysés forment un bon regroupement à l’exception d’un exemplaire beaucoup plus siliceux (cordon isolé).

136Sur le diagramme ternaire Silice‑Calcium‑Fer (fig. 107), la répartition des échantillons est assez semblable à celle du diagramme précédent. En effet, dans le ferrier 1, deux groupes se distinguent par leur teneur en silice, tandis que les déchets du ferrier 3b montrent des valeurs en silice plus importantes que le groupe siliceux du ferrier 1.

137Les parois de four, compte tenu de la forte présence de silice, se détachent totalement du groupement de scories sur les trois diagrammes. Néanmoins, on remarque deux échantillons, en l’occurrence des fragments de croûte scoriacée, qui marquent un léger déplacement vers les scories, ceci grâce à la présence de 10 % de Fe2O3.

138Si l’on compare à la typologie chimique générale des déchets associés à la paléométallurgie en France, les minerais et scories des Clérimois coïncident avec les types associés aux minerais d’altération continentale, mais peu marqués par le contexte calcaire (Ploquin 1992 : 21‑28).

6.2.2 Conclusion

139L’analyse de la morphologie des scories a permis d’associer certaines catégories de déchets avec les différents ferriers et dans un degré moindre avec les types de fourneaux rencontrés sur le gisement. C’est le cas notamment des agglomérats de scories de coulées (type I.2) typiques pour les ferriers 1, 2, 3a et 4. En règle générale, ces derniers ont livré des scories de grandes dimensions. En revanche, le ferrier 3b a essentiellement fourni des déchets de taille moyenne et petite. Parmi les scories coulées, le type I.3 (cordons isolés verdâtres) est marquant pour la phase la plus récente de l’exploitation métallurgique (Bas‑Empire).

140Les résultats des analyses chimiques démontrent que nous sommes en présence d’une réduction directe qui se caractérise par des pertes considérables en fer, puisqu’une partie de celui‑ci est « sacrifiée » comme « fondant » lors du processus de réduction.

141Les déchets analysés montrent, globalement, une filiation entre le minerai récolté sur les sites et dans les niveaux géologiques superficiels (résiduels), tant par les composants majeurs que pour les éléments en traces. En effet, certains éléments en traces lors du processus de réduction sont plus ou moins « acceptés » par le fer métallique. En revanche, les composants qui ne sont pas « récupérés » par le métal seront de bons traceurs du minerai utilisé : Be, Sc, Th, Y, V, Mn, Ti, Ni. Parmi ceux‑ci, Be, Nb, Sc et Rb sont présents en quantité faible mais plus ou moins constante dans le minerai de fer ainsi que dans les scories analysées.

142Les valeurs moyennes des composants majeurs mettent en évidence quatre éléments chimiques variant un peu d’un ferrier à l’autre : SiO2, Fe2O3, MnO et CaO. Ainsi, le ferrier 1 est marqué par un taux de calcium relativement élevé. Les scories du ferrier 2 se distinguent grâce à un pourcentage supérieur en manganèse. Pour le ferrier 3b, la silice et le fer constituent les traits les plus marquants. Ces différences prennent de l’ampleur lorsque l’analyse se porte uniquement sur la catégorie des scories coulées. Ces variations peuvent résulter de la nature de la charge du four, mais aussi des variations internes pendant le fonctionnement de l’appareil. Il faut bien comprendre que notre échantillonnage est réduit par rapport aux paramètres variables, notamment :
– les minerais potentiels, bien que globalement définis, montrent des variations ;
– la taille des fours et la position des systèmes de ventilation laissant prévoir un fonctionnement non stationnaire, donc des variations de températures, pressions d’oxygène, voire même de la charge ;
– aucune information sur la composition (et son hétérogénéité) des combustibles (composition des cendres).

143Le rôle de la paroi dans la réduction apparaît comme secondaire. Le comportement de la paroi interne de la cuve serait alors passif, sans répercussions sur le déroulement de l’opération. Par contre, les parois de four du type II, composées essentiellement de silice et d’argile kaolinique sont contaminées superficiellement par la charge introduite dans le four. Ceci est bien représenté par deux échantillons de la croûte scoriacée, dans lesquels on constate, contrairement aux parois n’ayant pas de contact direct avec la charge, une augmentation du Fe2O3 jusqu’à 10 %. Ces interactions avec la charge se traduisent également dans le comportement d’éléments en traces. Ainsi, on observe une légère augmentation des valeurs de Co, de V et de Zn. Au contraire le Zr, caractéristique pour la paroi non scoriacée, accuse une perte de valeur, vraisemblablement en faveur de la charge. Les faibles différences d’un ferrier à l’autre, au mieux, l’air de famille de cet ensemble de scories donnent une impression de continuité au moins induite par l’emploi d’une même famile de minerai, voire par une technologie comparable.

6.3 Le métal

144p. merluzzo

  • 18 Nous tenons à remercier M.C. Forrières (directeur du laboratoire d’Archéologie du musée du Fer de N (...)

145L’étude du matériel métallique des Clérimois avait pour but de définir la nature du métal produit sur les différents sites des Clérimois et, par conséquent, de fournir des éléments complémentaires pour la compréhension du fonctionnement des fourneaux18. Cependant, bien que lors de la fouille une attention particulière ait été portée aux vestiges susceptibles de contenir du fer ou d’être en fer, la quantité de produits métalliques récoltée est très faible et ne dépasse pas 50 kg. Parmi ces éléments, 47 échantillons (plus de 50 %) ont été analysés. Les échantillons recueillis se répartissent en quatre familles principales :
– le minerai partiellement réduit ;
– les masses métalliques piégées dans des déchets 
– les masses métalliques isolées ;
– les objets forgés.

6.3.1 Le minerai partiellement réduit

146La totalité des échantillons de minerai partiellement réduit provient du four F50 (zone 2, ferrier 3b). Ces échantillons se présentent sous deux formes. Ce sont, en majorité de petits rognons entiers, dépourvus de scorie, de la taille d’une noix ou d’une noisette (fig. 109b). Les autres échantillons sont fragmentés et présentent des cassures d’un gris métallique terne. En coupe, ces échantillons présentent des faciès identiques aux rognons de minerai récoltés dans les niveau géologiques (fig. 109a), et dans les remblais anthropiques (cf. § 6.1.2). Néanmoins leur composition est différente ; elle a en général le même aspect gris métallique et terne que celui des individus fragmentés. Cet aspect est dû à la présence d’un fin réseau filamenteux métallique dans une matrice scoriacée (fig. 110). Le métal est peu carburé et présente des îlots de cémentite, ainsi que des plages de perlite aux joints de grains (fig. 111). À certains endroits, on constate que la cémentite germe avant la ferrite. De tout évidence, ces échantillons sont des nodules de minerai partiellement réduit. Du fait qu’ils n’ont pratiquement pas fondu, ils ont gardé leur forme d’origine sans s’agglomérer.

FIG. 109 – a vue en coupe d’un échantillon de minerai de fer en nodule, découvert dans le sondage géologique PM 2 ; b vue en coupe d’un échantillon de minerai de fer partiellement réduit.

cl. LAM, Jarville

FIG. 110 – Réseaux filamenteux dans une matrice scoriacée.

cl. LAM, Jarville

FIG. 111 – Plages de perlite aux joints de grains.

cl. LAM, Jarville

6.2.2 Les déchets contenant du métal

147Le métal est présent dans plusieurs types de déchets observés sur le gisement :
– les scories internes ;
– les scories coulées ;
– les parois.

Métal inclus dans les scories massives internes

148Ce groupe est le plus fréquent ; les échantillons ont été recueillis dans les fourneaux F106 et F141 de la zone 1, ferrier 1, F50 et F21 de la zone 2, ferrier 3b et dans les zones de rejet sur les trois sites.

149Les fragments dans lesquels le métal est inclus sont d’importance moyenne (maximum : près d’1 m) et de forme quelconque. Certains d’entre eux portent des traces de paroi. En coupe, la masse laisse apparaître une quantité variable mais néanmoins importante de vacuoles (fig. 112). Le métal, en faible quantité, est réparti en un fin réseau filamenteux et en petites masses de tailles différentes. La structure de ce métal n’est pas homogène et change même à l’intérieur d’un échantillon. Elle traduit un état de carburation faible caractérisée par les éléments suivants :
– des structures ferritiques avec ou sans précipités de cémentite aux joints de grains plus au moins importants (fig. 113a) ;
– des structures ferritiques avec des îlots de perlite ;
– des structures ferritiques et ferrito‑perlitiques (parfois en widmanstâtten) avec un pourcentage variable de perlite (fig. 113b).

FIG. 112 – Structure vacuolaire. En vignette, les pointillés indiquent la zone où se répartit le métal en réseau filamenteux et en petites masses.

cl. LAM, Jarville

FIG. 113a structure ferritique avec précipités de cémentite aux joints de grains ; b structure ferritique avec le pourcentage variable de perlite.

cl. LAM, Jarville

150Dans quelques échantillons les structures sont plus carburées. Elles se matérialisent alors par de la perlite plus abondante avec très localement de la cémentite en aiguilles.

151Il est probable que ces échantillons correspondent aux scories internes, donc non évacuées du four, dont certaines seraient situées à proximité des parois. Elles constitueraient alors une sorte de fond scoriacé se superposant à celui du four.

Agglomérat de scorie coulée

152Un seul échantillon de cette famille a été analysé. Il s’agit d’un agglomérat de scorie du type 1.2 (cf. chap. 6.2). En coupe, la scorie est massive et peu poreuse. L’un des boudins présente en son centre une goutte de métal ovoïde (2,8 cm x 1,2 cm) s’allongeant dans le sens d’écoulement de la scorie. La masse métallique n’est ni compacte, ni homogène ; on observe des plages plus au moins importantes de métal, des produits scorifiés, des porosités et des zones oxydées (fig. 114a). La structure du métal est dans l’ensemble carburée. Elle présente une matrice perlitique avec une quantité de cémentite variable sous forme de réseau et/ou d’aiguilles. Du graphite lamellaire est apparent, ainsi que des zones oxydées et des porosités (fig. 114b).

FIG. 114a structure vacuolaire ; b graphite lamellaire.

cl. LAM, Jarville

153Il semble que la masse métallique devait être isolée et emportée avec le flux de scorie, au moment de l’évacuation dans le canal. Sa forme indique que le métal a atteint un état proche du liquide. La viscosité de la scorie a, semble‑t‑il, empêché l’inclusion de s’en échapper.

La paroi de fourneau

154Une seule paroi de four a livré du métal, elle provient du fourneau F21 du ferrier 3b, zone 2. Cette paroi se compose, en coupe, d’une succession de couches d’argile plus au moins vitrifiées (fig. 115). Le métal est concentré dans une seule couche, à partir de la face interne de la cuve, sur une largeur de 5 à 7 cm. Il forme un réseau en pseudo‑strates, composé d’amas de taille plus au moins importante. Ceux‑ci sont séparés par de nombreuses vacuoles de grande taille et des scories vitreuses, contenant des grandes aiguilles de fayalite jaunâtres visibles à l’œil nu. Derrière cette zone se trouve l’argile altérée constituant le reste de la couche de rechapage.

FIG. 115 – Coupe de paroi du four F21 du terrier 3b, zone 2.

S.C. del./AFAN

155La surface interne du four est lisse, avec des massifs plus ou moins importants formés de bulbes et de plaques arrondies n’ayant pas coulé. Cette couche est essentiellement formée de métal enrobé d’une fine couche de scorie. La structure métallique est globalement ferritique avec des précipités de cémentite aux joints de grains et des îlots de perlite qui traduisent un très faible pourcentage en carbone.

156Ce phénomène ne reflète pas une marche habituelle du four du fait qu’il se limite à une seule couche et reste exceptionnel sur l’ensemble du gisement des Clérimois. En revanche, il peut résulter d’une mauvaise conduite de l’opération, ou d’un accident en cours de celle‑ci. Le métal dans tous les cas est abandonné et ne peut pas être pris en compte dans la détermination de la nature de la production.

Gouttes et coulures métalliques

157Ces échantillons proviennent pour l’essentiel du ferrier 1, quelques échantillons ont été récoltés dans les fourneaux F106 et F141 de la zone 1, ferrier 1, et le four F50 de la zone 2, ferrier 3b. Ils se présentent de trois manières :
– des petits boudins de 6 à 9 cm de longueur (fig. 116 a et b) ;
– une masse grossièrement circulaire de 5 cm de diamètre au maximum ;
– des gouttes ovoïdes (diamètre entre 2 et 1 cm).

FIG. 116a vue en coupe d’un « boudin » contenant du métal ; b structure vacuolaire.

cl. LAM, Jarville

158Les pièces sont toujours complètes, sans traces d’arrachement, et non agglomérées à d’autres produits. Leur morphologie de surface montre qu’elles ont été très proches de la phase liquide (formes arrondies ou coulées). Elles sont dans l’ensemble complètement métalliques. En coupe, les gouttes présentent de nombreuses vacuoles réparties sur toute la section. Les coulures en boudins présentent des cavités centrales, parfois accompagnées de cavités radiales. La section longitudinale permet d’observer que ces cavités se poursuivent tout le long de la pièce. La coulure circulaire possède aussi de nombreuses vacuoles mais de taille plus importante. Les structures indiquent que le métal est hétérogène et d’une manière générale à haut pourcentage de carbone.

159Toutes ces pièces peuvent résulter de conditions particulières atteintes dans une zone précise du bas fourneau. Dans ce cas, elles ne traduisent pas la marche générale du système et ne peuvent pas être comparées directement au produit métallique formé. Néanmoins, la formation de coulures et de gouttes pourrait indiquer une conduite particulière du bas fourneau, visant à obtenir un produit globalement très aciéré, c’est‑à‑dire une allure chaude.

6.3.3 Les masses métalliques isolées

160Ces échantillons, peu nombreux, ont été découverts dans la zone 2, ferrier 3b, essentiellement dans le remplissage du fourneau F50. Ce sont de petits fragments anguleux complètement métalliques et propres de toutes scories. La corrosion de surface ne permet pas de juger si les échantillons résultent d’un travail mécanique ou non, l’observation macrographique et métallographique du métal non plus (fig. 117a, absence d’inclusions et structure du métal). Il est massif et poreux ; il présente un faciès comparable à ceux décrits précédemment, provenant du produit métallique brut de réduction ou de grosses masses de métal pratiquement brutes. La structure est composée d’une matrice perlitique avec, selon les échantillons et le pourcentage de carbone, de la cémentite en aiguilles, parfois en réseau avec des eutectiques phosphoreux (fig. 117b) ou de la ferrite en arêtes de poisson (fig. 117c).

FIG. 117a vue en coupe d’une masse métallique ; b structure perlitique avec des aiguilles de cémentite ; c ferrite en arête de poisson.

cl. LAM, Jarville

161On peut envisager que ces fragments appartiennent au principal produit métallique de réduction. Celui‑ci serait alors aciéré, avec un pourcentage de carbone variable et avec localement, des zones de fonte blanche et/ou ferrito‑perlitique, se traduisant par les structures dominantes décrites ci‑dessus.

6.3.4 Le métal ouvré

162Le nombre d’objets de métal ouvrés pouvant s’apparenter à la forge se limite aux quatre échantillons suivants :
– une lame de couteau (fig. 75, no 5) (ferrier 1, F147) présentant des surfaces très corrodées ; la légère croûte enrobant l’objet contient beaucoup de grains de silice anguleux ainsi que des matières organiques ; en section, on constate que la corrosion atteint le cœur de la lame ; seul quelques îlots de métal situés au centre de l’échantillon subsistent. La structure est relativement homogène et ne présente aucune trace de soudure ou de traitement thermique particulier ; elle est ferrito‑perlitique, accompagnée de structures de widmanstätten ; des inclusions allongées révèlent le sens de forgeage ;
– un fragment d’objet de section rectangulaire (fig. 118) ; la légère croûte enrobant l’objet contient bon nombre de grains de silice anguleux ; en coupe, des traces de pliage et/ou de soudure soulignées par la corrosion sont visibles ; des inclusions contenant de la wüstite mettent en valeur d’autres soudures et suivent le sens de pliage et du forgeage ; la structure est relativement homogène et formée essentiellement de ferrite à grains moyens ;
– un fragment de métal plat (fig. 119) recouvert d’une fine couche de produit de corrosion présente en coupe une structure massive et propre d’inclusions ; on peut observer dans le métal des groupements composés de taches plus au moins rondes et de tailles différentes ; la structure est ferritique, très localement ferrito‑perlitique (fig. 119) ; des inclusions allongées et contenant de la wüstite de tailles variables sont visibles ; certaines d’entre elles pourraient être dues à la présence de soudures ; il s’agit d’un objet travaillé, et plus vraisemblablement d’une chute de forge ;
– une pièce métallique également enrobée d’une couche de corrosion ; comme dans l’échantillon présenté ci‑dessus, la gangue contient des grains de silice et est agglomérée à l’objet ; en coupe, le métal est massif et propre ; la structure est essentiellement ferritique à grains fins et parfois moyens ; localement on observe une structure ferrito‑perlitique avec des îlots de perlite aux joints de grains et de perlite plus au moins globulaire ; des inclusions sont généralement fines et contiennent de la wüstite avec des densités plus importantes selon les endroits, ainsi que quelques fissures inter‑granulaires (fig. 120).

FIG. 118 – Structure interne de la masse métallique avec des traces du forgeage.

cl. LAM, Jarville

FIG. 119 – Structure ferritique et ferrito‑perlitique.

cl. LAM, Jarville

FIG. 120 – Structure ferritique avec des fissures inter‑granulaires.

cl. LAM, Jarville

6.3.5 Conclusion

163Le métal sur les ferriers des Clérimois est présent pour l’essentiel dans les scories de réduction. Il s’agit d’un métal à l’aspect de filament ou de petites masses. Sa représentativité pour la réduction demeure pour le moment inconnue. La récupération de ces masses par séparation mécanique, n’est pas envisageable, compte tenu de la disparité et de la faible quantité de métal. Seule, une séparation à chaud par liquation de la scorie et grappage du métal serait concevable ; toutefois, cette entreprise aurait un rendement dérisoire. Le métal n’est donc pas recyclable et fait partie des déchets, soit extraits du fourneau en fin d’opération (scories internes), soit au cours de celle‑ci (scories coulées à l’extérieur). Ces échantillons ne sont pas caractéristiques d’un type particulier de fourneau. En effet, on les rencontre dans tous les ferriers, associés tantôt aux fours du type II, tantôt aux fours du type IV.

164La très faible quantité de métal découverte sur les ferriers empêche la détermination de la nature du fer produit. Les rares fragments des masses métalliques, qui peuvent s’apparenter avec la loupe, constituent une base trop fragile pour se prononcer définitivement sur la qualité du métal fabriqué. D’autant plus qu’ils proviennent tous de l’amas de déchets associé à un seul fourneau (F50, ferrier 3a). Néanmoins, les résultats d’observation permettent d’entrevoir un produit final de réduction à tendance moyennement aciérée.

165Les quatre fragments de métal ouvré provenant du ferrier démontrent que l’activité de fabrication d’objets ne se déroulait pas sur le secteur fouillé. La forge aurait plutôt un caractère occasionnel, sans commune mesure, avec les estimations du métal produit sur les sites.

166Le produit final de réduction, dont on ignore totalement la forme et le poids, a été vraisemblablement acheminé vers des ateliers de forge, dont les emplacements ne sont pas connus dans l’état actuel de la recherche.

167La chaîne opératoire de production du fer aux Clérimois reste donc incomplète, car dépourvue de la finalité de toutes les opérations effectuées sur les sites pendant plusieurs siècles.

Notes

1 Les analyses palynologiques réalisées par Chantal Leroyer (CNP) sur des prélèvements effectués sur les trois ferriers se sont avérées négatives, nous privant ainsi de précieux renseignements sur l’environnement des ateliers métallurgiques aux Fouetteries et l’évolution des paysages avoisinants.

2 Philippe Fluzin distingue trois facteurs principaux d’élaboration du métal : le minerai, le combustible et le comburant (Fluzin 1983 : 18‑22).

3 Le minerai se présente aussi en remplissage de poches karstiques. Le matériel ferrifère provient de lessivage des formations sus‑jacentes ou bien de décalcification et concrétionnement sur place. La forme de ce minerai relève de phénomènes pédologiques et karstiques (Delépine et al. 1991).

4 Les concentrations rencontrées sont de petites dimensions et ne pourraient pas faire l’objet d’une exploitation intensive.

5 Par exemple, au lieu‑dit Le Bois de l’Ormeau, à 2 km au N./N.‑E. des Fouetteries, une telle excavation de plus de 15 m de diamètre est visible. Elle est située à environ 40 m d’un ensemble de ferriers dont le volume est comparable à ceux étudiés sur les Fouetteries.

6 Il est probable que celles‑ci n’avaient pas pour première fonction de servir de dépotoir. En effet, les ferriers 2 et 3b ne comprenaient quasiment aucune fosse ; les déchets y étaient rassemblés en amas (cette stratégie a également été observée sur les ferriers 1 et 3a). Il ne semble donc pas nécessaire d’entreprendre de telles opérations afin de se débarrasser des déchets.

7 M. R. Laurent, prospecteur local, nous a indiqué un endroit, situé sur la commune de Chigy où « les nodules de minerai sont de deux types : de l’hématite en structure bréchique scoriacée de masse volumique 2,24 kg/l et de l’hématite massive de masse volumique 3,29 kg/l » (Delépine et al. 1991 : 29).

8 Les échantillons analysés au BRGM montrent des teneurs en calcium inférieures à la limite du dosage (< 1 %).

9 La présence de Zn, élément volatil, dans les échantillons semble indiquer l’absence d’opération de grillage. Cette opération aurait pour but de concentrer les oxydes de fer par une déshydratation et une décarbonatation du minerai, l’élimination d’éléments volatils tels que S, As, Zn et enfin le développement d’une porosité. Lors de la fouille aucune structure de traitement thermique du minerai n’a été découverte. Néanmoins deux échantillons présentaient les caractéristiques du minerai « grillé » : ces échantillons présentent une aimantation et une faible perte au feu (nos 959 et 948 CRPG) ; il peut s’agir de fragments résiduels ayant partiellement échappé à la réduction.

10 Les dimensions des nodules correspondent avec les moyennes des mesures relevées sur 30 échantillons de minerai, récoltés sur la commune de Chigy lors d’un ramassage de surface.

11 En effet, une partie de la gangue a pu être employée comme fondant, lors de la réduction.

12 Dans les zones 2 et 3 (ferriers 2, 3a, 3b et 4), aucun affleurement.

13 Aucune scorie externe n’a été découverte en place.

14 Leurs caractéristiques sont très voisines des scories découvertes en place à la base des cuves ; elles se distinguent très nettement des scories externes.

15 Le ferrier 3b a fourni des plaques de scories qui ont été repliées sur elles‑mêmes alors qu’elles étaient encore à l’état pâteux, très peu de temps après leur évacuation du four.

16 La plaque de scorie coulée a dû être rejetée dans les zones de déchet lors de l’opération de réduction.

17 Le contexte étant très calcique (craie) Il n’est pas possible d’affirmer s’il s’agit de contamination accidentelle, de traitement préliminaire « imparfait » d’un minerai « pollué » en craie, ou d’un ajout volontaire de calcium. Cet ajout, mis en évidence sur d’autres sites, améliore le taux de récupération possible du fer.

18 Nous tenons à remercier M.C. Forrières (directeur du laboratoire d’Archéologie du musée du Fer de Nancy) pour l’aide apportée au cours de l’étude des échantillons métalliques et la mise à notre disposition de l’infrastructure du laboratoire.

Table des illustrations

Légende FIG. 85 – Coupes des fosses situées dans la zone réservée à la fabrication et au stockage du charbon de bois dans la zone 2, associée au ferrier 3b.
Crédits S.C. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 44k
Légende TABL. VIII – Tableau récapitulatif des résultats de l’analyse anthracologique (* tous les charbons de bois de l’échantillon ont été analysés).
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 117k
Légende FIG. 86 – Cartographie des structures excavées (en noir) dans le secteur des Clérimois (d’ap. Delépine et al. 1991 : 30, fig. 19a).
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 101k
Légende FIG. 87 – Coupes géologiques effectuées sur le gisement des Clérimois. Les coupes de PM 001 à PM 006 ont été relevées sur l’emprise de l’autoroute A5, dans la zone du point de coordonnées (683 000 ; 60 250). Elles montrent : un horizon brun‑rougeâtre, d’une épaisseur atteignant par endroit 70 cm, cet horizon, parfois sablonneux, se trouve surmonté d’un humus forestier et peut contenir localement une proportion considérable de scories ; la teinte brun‑rougeâtre résulte de phénomènes pédologiques et de l’existence de Fe et de Mn ; le limon présente une teinte moins sombre, de tendance jaune et il se trouve dans certains endroits mélangé à un matériel sableux et ou argileux ; la puissance de cette formation est très variable d’une coupe à l’autre ; un niveau d’une épaisseur moyenne de 50 cm, de forme très irrégulière, de couleur blanchâtre due au matériel carbonaté prend de l’importance vers le bas ; le limon de teinte blanche, sert souvent de liant aux éléments carbonatés et emballe également des rognons de silex ; la craie prédomine plus bas et se présente parfois comme une bouillie, suite à l’altération des assises crayeuses du Crétacé. Au niveau de la coupe PM 005, cette formation présente une épaisseur moyenne de 1,5 m. Au sein d’un matériel argileux à silex et craie humide, se trouvent incluses des poches sablo‑argileuses (PM 003 et PM 005). Ce matériel détritique est lié à la décalcification résultant d’une érosion karstique de la craie. Les coupes PM 001 et PM 002 montrent un niveau crayeux induré surmontant un matériel détritique argilolimoneux à concrétions carbonatées. On peut penser qu’une telle stratification est la conséquence d’un lessivage accompagné de recristallisation de la craie du substratum.
Crédits J.D./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 91k
Légende TABL. IX – Résultats des analyses chimiques : éléments majeurs (en %). Md déchet de minerai, M minerai, Pf sc paroi de four scorifiée, Pf nsc paroi de four non scorifiée, Sc ext scorie externe, Sc int scorie interne.
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Légende TABL. X – Description des échantillons soumis aux analyses chimiques.
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Légende TABL. X (suite) – Description des échantillons soumis aux analyses chimiques.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-8.jpg
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Légende TABL. XI – Résultats des analyses chimiques : éléments en traces (en ppm). Md déchet de minerai, M minerai, Pf sc paroi de four scorifiée, Pf nsc paroi de four non scorifiée, Sc ext scorie externe, Sc int score interne.
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Légende TABL. XII – Echantillons de minerai de fer provenant de la zone 1 (ferrier 1), de la zone 3 (terrier 2) et de Lailly (suface).
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Légende TABL. XIII – Echantillons de minerai de fer provenant de la zone 2 (ferriers 3a et 3b). ET : écart‑type.
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Légende FIG. 88 – Minerai de fer en nodules.
Crédits cl. Chr. D./AFAN
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Légende FIG. 89 – Poids et diamètres des blocs de minerai découverts dans le terrier 1, zone 1.
Crédits Chr. D./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-13.jpg
Fichier image/jpeg, 26k
Légende FIG. 90 – Poids et diamètres des blocs de minerai découverts dans le terrier 3a, zone 2 
Crédits Chr. D./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-14.jpg
Fichier image/jpeg, 30k
Légende FIG. 91 – Poids et diamètres des blocs de minerai découverts dans le terrier 3b, zone 2.
Crédits Chr. D./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-15.jpg
Fichier image/jpeg, 23k
Légende FIG. 92 – Scorie coulée externe du type I.1 associée au bas fourneau F150, zone 1, terrier 1, batterie D.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-16.jpg
Fichier image/jpeg, 27k
Légende FIG. 93 – Scorie coulée externe.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
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Légende FIG. 94 – Scorie coulée fossilisant la forme du canal d’évacuation, associée aux bas fourneaux du type II.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-18.jpg
Fichier image/jpeg, 21k
Légende FIG. 95 – Scorie coulée fossilisant la forme du canal d’évacuation, associée aux bas fourneaux du type II.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-19.jpg
Fichier image/jpeg, 31k
Légende FIG. 96 – Scorie coulée fossilisant la forme d’une fosse de récupération de la scorie, associée aux bas fourneaux du type II.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-20.jpg
Fichier image/jpeg, 26k
Légende FIG. 97 – Scorie coulée externe associée aux bas fourneaux du type II.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-21.jpg
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Légende FIG. 98 – Agglomérat de scories coulées associé aux bas fourneaux du type II : 1 vue en plan du côté des canaux non soudés, 2 vue en coupe, a côté soudé, b canaux non soudés.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-22.jpg
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Légende FIG. 99 – Scorie coulée externe du type I.3 associée au bas fourneau F21 (type IV), zone 2, ferrier 3b.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-23.jpg
Fichier image/jpeg, 8,2k
Légende FIG. 100 – Scories coulées internes en gouttelettes (type II.1) du bas fourneau F146, zone 1, ensemble A.
Crédits cl. L. de Cargouët/AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-24.jpg
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Légende FIG. 101 – Scorie interne (type II.2) : fond de four en fosse F60 (type I.1), zone 1, ensemble A.
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Fichier image/jpeg, 21k
Légende FIG. 102 – Face supérieure du fond de four découvert à la base de la cuve du bas fourneau F106, zone 1, ferrier 1, batterie B.
Crédits cl. L. de Cargouët/AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-26.jpg
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Légende FIG. 103 – Coupe latérale et longitudinale du fond de four type II.2 découvert dans le fourneau F106, zone 1, ferrier 1, batterie B.
Crédits S.V.‑P. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-27.jpg
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Légende FIG. 104 – Fragment de fond de four provenant du bas fourneau F12, ferrier 2, zone 3.
Crédits Chr. D./AFAN
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Légende TABL. XIV – Récapitulatif des moyennes des composants majeurs des scories coulées externes. ET : écart‑type
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Légende FIG. 105 – Proportions des moyennes des composants majeurs des scories coulées externes.
Crédits Chr. D./AFAN
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Légende TABL. XV – Récapitulatif des moyennes des éléments en traces des scories coulées externes. ET : écart‑type.
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Légende FIG. 106 – Proportions des moyennes des éléments en traces des scories coulées externes.
Crédits Chr. D./AFAN
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Légende FIG. 107 – Diagramme ternaire SiO2‑Ca0‑Al2O3. Les compositions des minerais et scories sont « mal représentées » dans ce triangle (c’est‑à‑dire que leur somme SiO2 + A12O3 + CaO est très inférieure à 100 %) ; il ne faut donc pas les mettre en relation avec les surfaces liquides. Par contre le caractère relativement réfractaire des parois est lisible ; le caractère peu calcique de la majorité des scories et minerai est net.
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Légende FIG. 108 – Diagrammes ternaires SiO2‑A12O3‑FeO et SiO2‑ CaO‑FeO.
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Légende FIG. 109 – a vue en coupe d’un échantillon de minerai de fer en nodule, découvert dans le sondage géologique PM 2 ; b vue en coupe d’un échantillon de minerai de fer partiellement réduit.
Crédits cl. LAM, Jarville
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Fichier image/jpeg, 38k
Légende FIG. 110 – Réseaux filamenteux dans une matrice scoriacée.
Crédits cl. LAM, Jarville
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-36.jpg
Fichier image/jpeg, 22k
Légende FIG. 111 – Plages de perlite aux joints de grains.
Crédits cl. LAM, Jarville
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Fichier image/jpeg, 23k
Légende FIG. 112 – Structure vacuolaire. En vignette, les pointillés indiquent la zone où se répartit le métal en réseau filamenteux et en petites masses.
Crédits cl. LAM, Jarville
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Légende FIG. 113a structure ferritique avec précipités de cémentite aux joints de grains ; b structure ferritique avec le pourcentage variable de perlite.
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Fichier image/jpeg, 46k
Légende FIG. 114a structure vacuolaire ; b graphite lamellaire.
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Fichier image/jpeg, 48k
Légende FIG. 115 – Coupe de paroi du four F21 du terrier 3b, zone 2.
Crédits S.C. del./AFAN
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-41.jpg
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Légende FIG. 116a vue en coupe d’un « boudin » contenant du métal ; b structure vacuolaire.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-42.jpg
Fichier image/jpeg, 46k
Légende FIG. 117a vue en coupe d’une masse métallique ; b structure perlitique avec des aiguilles de cémentite ; c ferrite en arête de poisson.
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-43.jpg
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Légende FIG. 118 – Structure interne de la masse métallique avec des traces du forgeage.
Crédits cl. LAM, Jarville
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-44.jpg
Fichier image/jpeg, 18k
Légende FIG. 119 – Structure ferritique et ferrito‑perlitique.
Crédits cl. LAM, Jarville
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-45.jpg
Fichier image/jpeg, 19k
Légende FIG. 120 – Structure ferritique avec des fissures inter‑granulaires.
Crédits cl. LAM, Jarville
URL http://books.openedition.org/editionsmsh/docannexe/image/41253/img-46.jpg
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Auteurs

(Université d’Orléans)

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