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Artisanat et savoir-faire : archéologie des techniques

 | 
Fanny Bouché
, 
Liora Bouzaglou
, 
Alexandre Pinto
, 
et al.

Métallurgie

La place du charbon de terre dans les chaines opératoires dans le Nord de la France de l’Antiquité jusqu’au second Moyen Âge

Benjamin Jagou

Résumé

L’utilisation de charbon de terre a longtemps été documentée par les données textuelles. Depuis 2008, l’archéologie préventive a démontré son utilisation dès l’Antiquité romaine. L’analyse archéologique et archéométrique de ce matériau permet de mieux connaître les contextes de son utilisation. Ces analyses permettent à la fois d’identifier les gisements utilisés ainsi que la qualité du charbon de terre utilisé.

Texte intégral

Introduction

1Les sources textuelles attestent de l’importance du charbon de terre pour différents artisanats : productions métallurgiques, céramique ou encore la brasserie. Elles témoignent des circuits d’approvisionnement étendus, qui ont acheminé le charbon depuis les gisements du Nord de la France, du Hainaut et des îles Britanniques, où son extraction était fortement développée depuis l’Antiquité romaine. La mise en évidence archéologique de l’utilisation de charbons de terre dans différents contextes artisanaux de l’Antiquité et du second Moyen Âge dans le Nord de la France soulève de nombreuses interrogations concernant les circuits d’approvisionnement ainsi que sur les causes et les conséquences d’un tel usage (Jagou 2020).

Définition du terme charbon de terre

2Le charbon de terre est une expression qui désigne toute une famille de roches contenant du carbone et servant de combustible. Il est communément appelé houille, mais ce terme est erroné pour dénommer cette famille diversifiée de minéraux. La houille est une sous-catégorie des charbons de terre et son exploitation lors des xixe et xxe siècles dans les bassins miniers français a fait passer ce terme dans le langage courant afin de désigner ce type de combustible. En réalité, le charbon de terre tire son nom de son origine minérale fossile par opposition au charbon végétal issu de la transformation du bois. Cette terminologie liée à l’origine minérale de ce combustible est également présente dans la langue germanique et néerlandaise avec les termes steinkohl et steenkohl qui peuvent se traduire par charbon de pierre.

3L’origine de cette roche est sédimentaire, c’est-à-dire qu’il est formé par l’accumulation de restes végétaux qui se sont déposés au sol, puis qui ont été ensevelis sous différents dépôts sédimentaires. La dégradation de ces végétaux dans ces conditions sans oxygène, associée aux conditions de tassement et à l’augmentation de la température lors de l’enfouissement de ces séries, provoquent un effet de carbonisation qui a eu pour conséquence de diminuer la teneur en oxygène, d’augmenter les concentrations en carbone présent dans ces résidus et ainsi de transformer progressivement ces végétaux en tourbe, puis en lignite, en houille et enfin en anthracite (fig. 1).

Fig. 1. Différents types de charbon de terre et leurs teneurs en carbone

Fig. 1. Différents types de charbon de terre et leurs teneurs en carbone

Wever et Baudin, 2015, p. 8.

4Enfin, les mouvements tectoniques ont permis à ces différentes strates de charbon de remonter à des niveaux plus ou moins proches de la surface permettant à cette ressource d’être affleurante dans certaines parties de l’Europe et ainsi de la rendre exploitable par les sociétés anciennes.

5Durant la dernière décennie, l’archéologie préventive, dans l’ancienne région administrative du Nord-Pas-de-Calais, a permis de mettre en évidence plusieurs sites avec des indices d’une utilisation ancienne du charbon de terre comme combustible. Ainsi, entre 2008 et 2014, les opérations archéologiques réalisées sur les sites, de la RD 244 à Guînes (62) (Willot et al., 2011), du boulevard Jean Moulin à Béthune (62) (Lançon et al., en préparation), du lycée Benjamin Morel à Dunkerque (59) (Colliou et al., 2014) et de la rue des tilleuls à Fiennes (62) (Willot et al., 2014) ont démontré la présence d’utilisation de ce combustible fossile au sein de contextes du second Moyen Âge, alors que la fouille rue Henri Barbuse à Saultain (59) (Henton et al., 2014) a, quant à elle, permis d’étudier des restes liés à une occupation de la fin du Haut-Empire (fig. 2).

Fig. 2. Corpus initial de recherche

Fig. 2. Corpus initial de recherche

Benjamin Jagou.

6De plus, ces découvertes de charbon de terre étaient toutes associées à des vestiges sidérurgiques démontrant l’usage de ce combustible pour des activités de travail du fer en forge. Les différentes études réalisées sur le mobilier issu de ces contextes, dans le cadre des rapports finaux d’opérations (RFO), ont permis la mise en place de problématiques de recherches spécifiques à l’utilisation de cette ressource dans cette partie du territoire français au cours de l’Antiquité et de la période médiévale

Définir l’ampleur du phénomène

  • 1 En 2012 le territoire du bassin minier du Nord-Pas-de-Calais a été classé au patrimoine mondial de (...)

7Le passé récent de la région du Nord-Pas-de-Calais est très fortement marqué par l’exploitation du charbon. En effet, lors de la révolution industrielle, ce bassin minier était l’un des principaux fournisseurs français en charbon. Cette activité a fortement transformé son histoire sociale et son paysage1. Les découvertes archéologiques démontrent que ce combustible était exploité, voire extrait, bien avant cette période industrielle.

8Afin de comprendre, d’une part, l’importance de ce phénomène et son rôle dans cette partie de la France et, d’autre part, pour déterminer quelles chaines opératoires, autres que celles du fer, pouvaient être susceptibles d’utiliser ce combustible, un premier travail d’inventaire et de cartographie a été réalisé. Un recensement des mentions de charbon de terre dans la documentation archéologique (RFO, visite des dépôts archéologiques, etc.), ainsi que dans les différentes sources textuelles (archives, travaux universitaires, articles, etc.) a été effectué. Il a permis de lister 57 découvertes archéologiques et 120 mentions écrites (fig. 3).

Fig. 3. Résultats de l’inventaire des traces archéologiques et des mentions écrites de charbon de terre

Fig. 3. Résultats de l’inventaire des traces archéologiques et des mentions écrites de charbon de terre

Benjamin Jagou.

9Il a de plus été possible de mettre en évidence plusieurs phénomènes tout à la fois, chronologique, géographique et technique.

Mise en évidence d’un premier phénomène antique

10Le recensement des restes archéologiques compte sept sites antiques où des restes de charbon de terre ont été découverts (fig. 4), tous datés de la fin du iie siècle et de la première moitié du iiie siècle, et situés en grande majorité sur l’ancien territoire nervien. Hormis les découvertes faites sur le site de l’embarcadère de Pommerœul (province du Hainaut, Belgique), l’ensemble des restes de charbon de terre inventoriés était associé à des vestiges de travail du fer à la forge.

Fig. 4. Découvertes antiques

Fig. 4. Découvertes antiques

Benjamin Jagou.

11Ces premiers résultats mettent clairement en lumière l’utilisation du charbon de terre pour le travail du fer chez les Nerviens durant une période assez courte, correspondant à la fin de l’apogée économique de ce territoire au cours de l’Antiquité (Deru, 2017). Cette expansion provoque une forte pression sur le couvert forestier local et provoquer des phénomènes récurrents de manque en bois. Dans d’autres espaces de l’Empire, comme les îles Britanniques ou la région liégeoise, le charbon de terre a été utilisé pour d’autres activités (chauffage, hypocauste, etc.) et sur l’ensemble de la période d’occupation romaine (Travis, 2008). En effet, dans ces secteurs, les ingénieurs des mines qui accompagnaient l’armée romaine en campagne ont très vite compris l’utilité de ce combustible et ont procédé, dès les premiers temps de la conquête de ces territoires, à des travaux d’extraction sur les affleurements géologiques de ces régions. Le territoire nervien, situé actuellement à cheval entre territoires français et belge, qui dispose pourtant d’affleurement le long du bassin de la Haine, ne semble pas avoir connu une utilisation sur une aussi longue durée. L’emploi de ce combustible chez les Nerviens – comme il le sera abordé par la suite – ne semble donc pas avoir été dicté par une quelconque volonté technique, mais plutôt par nécessité.

Une utilisation importante tout au long du second Moyen Âge

12La majorité des éléments recueillis dans le cadre de ma thèse a permis de démontrer l’utilisation du charbon de terre tout au long du second Moyen Âge. Ainsi, 50 découvertes archéologiques et 120 mentions dans la documentation écrite ont été inventoriées (fig. 5).

Fig. 5. Découvertes et mentions du second Moyen Âge

Fig. 5. Découvertes et mentions du second Moyen Âge

Benjamin Jagou.

13Les sources textuelles permettent d’éclairer la « redécouverte » de l’utilisation de ce combustible dans cette région de l’Europe à partir de la fin du xiie siècle. Presque un millénaire sépare la dernière occurrence antique, datée de la fin de la première moitié du iiie siècle, et la première mention d’importation de charbon de terre britannique dans le port de Gravelines en 1165 (Degryse, 2005). En effet, aucun indice relatif à l’utilisation ou à l’extraction du charbon de terre n’a pu être recensé dans l’aire étudiée. Cela laisse à penser que de telles pratiques n’ont pas eu lieu au cours du Bas-Empire et/ou du premier Moyen Âge dans le Nord de la France.

14Comme pour la période antique, les éléments inventoriés ont permis de circonscrire ce phénomène d’utilisation du charbon de terre à deux espaces : les anciens comtés de Flandre et de Hainaut. L’ensemble des découvertes archéologiques, ainsi que les diverses mentions écrites sont restreints à ces deux territoires historiques des provinces du Nord. Du point de vue de son utilisation, outre la métallurgie du fer déjà mise en évidence par les sites de Béthune, Dunkerque, Fiennes et Guînes, ce travail d’inventaire a permis de déterminer que ce combustible était également employé dans trois autres chaines opératoires : la fabrication de chaux, la brasserie et l’élaboration de teintures.

Les circuits d’approvisionnement de cette ressource

15La partie septentrionale de l’actuelle région des Hauts-de-France dispose dans son sous-sol d’une importante ressource en charbon de terre de type houille. Sa présence pourrait laisser penser que les restes de combustible fossile retrouvés archéologiquement pouvaient être issus de ce bassin minier. Les veines de charbon sont toutefois situées trop profondément dans le sous-sol (plus de 200 m) pour en envisager une exploitation aux périodes concernées. En effet, les nombreux problèmes liés à l’évacuation des eaux souterraines, à l’apport en air dans les galeries et à l’évacuation des gaz sont des freins importants pour ces activités d’extraction. Il faut attendre les avancées techniques de la fin du xviie et du xviiie siècle pour permettre de telles exploitations profondes. C’est d’ailleurs à cette période qu’est créée la première compagnie minière du Nord dans la ville d’Anzin en 1757. Les contextes géologiques expliquent probablement que le charbon de terre utilisé durant l’Antiquité chez les Nerviens et au cours du second Moyen Âge par les Flamands et les Hennuyers provient d’autres espaces géographiques.

Définition des zones d’approvisionnement à partir des sources écrites

16Pour l’époque antique, les connaissances de l’utilisation de charbon de terre dans le territoire nervien et le Nord de la Gaule reposent entièrement sur les découvertes archéologiques. Celles-ci ont permis d’identifier les sources d’approvisionnement possibles ainsi que les activités qui ont fait appel à ce combustible. Dans le second Moyen Âge, plus précisément dès la fin du xiie siècle, les sources textuelles font ressortir deux zones principales d’approvisionnement des comtés de Flandre et de Hainaut tout au long du second Moyen Âge. Les nombreux documents administratifs (tonlieux, comptes, etc.) conservés pour ces deux territoires permettent de reconnaitre deux principaux secteurs d’approvisionnements : les îles Britanniques et la région du Borinage. Les premières mentions écrites médiévales flamandes retrouvées dans les tonlieux de Gravelines et de Saint-Omer (Degryse, 2005 ; Derville, 2002), informent sur les taxations en vigueur à la fin du xiie siècle et sont appliquées sur les importations de charbons de terre britanniques vers ces villes. Par la suite, les mentions d’importations de charbon de terre britanniques se multiplient tout au long du second Moyen Âge. Certains documents comptables ont également permis de mettre en évidence la prépondérance de la ville de Newcastle dans ces activités d’exportations britanniques. En effet, les comptes médiévaux conservés dans ses archives municipales montrent clairement des envois réguliers de cargaisons de combustible fossile vers les grands ports flamands entre les xive et xvie siècles (Blake, 1967). Cela démontre donc clairement qu’une partie du charbon utilisé dans l’est de la Flandre est issue de ces zones d’extractions.

17Les données textuelles indiquent également que les comtés de Flandre et de Hainaut se sont aussi approvisionnés en charbon de terre extrait dans la région du Borinage située entre les rives de la Haine et Mons et Condé-sur-l’Escaut. Dans cette zone, qui fut l’un des principaux bassins d’approvisionnement de l’industrie charbonnière belge du xixe et xxe siècle, le charbon est affleurant dans plusieurs secteurs. Les données issues des comptes de Jemmapes attestent leur exploitation tout au long du second Moyen Âge (Bruwier, 1990). De même, plusieurs opérations d’archéologie préventive réalisées à Elouges ou Frameries (fig. 6) par le service archéologique de Wallonie (SPW) ont permis de mettre au jour des vestiges d’extractions médiévales de charbon de terre (Denis, 2011).

Fig. 6. Reste de minière découvert à Élouges (Belgique)

Fig. 6. Reste de minière découvert à Élouges (Belgique)

Marceline Denis.

18L’apport des données textuelles a donc permis de mettre en lumière deux sources d’approvisionnement, mais des zones d’ombres subsistent., Dans certaines zones de la Flandre médiévale, les sources textuelles, notamment les comptes de la ville de Béthune ont omis de préciser la provenance du charbon de terre importé. De ce fait, l’apport d’analyses de provenance sur le charbon s’est avéré indispensable afin de tenter de répondre aux nombreuses interrogations encore en suspens, mais également de confirmer ou non les connaissances bâties sur la documentation écrite.

L’apport des analyses de provenance

  • 2 Information orale donnée par Michel Dubois professeur de géologie à l’université Lille 1.

19La recherche sur la provenance du charbon de terre en est à ses débuts et les méthodes archéométriques pour déterminer les gisements exploités sont encore peu développés. La réflectance de la vitrine du charbon est actuellement la méthode la plus répandue pour caractériser la qualité technique des charbons. Depuis l’arrêt de l’industrie houillère en France, plus aucun laboratoire ne réalise ces analyses2, lesquelles ne sont peut-être pas pertinente pour définir l’origine précise de ces charbons. Il fallait donc trouver une technique alternative afin de pouvoir répondre aux questions de la provenance des charbons de terre archéologique. Le développement d’une méthode expérimentale d’analyse de surface à l’aide de la méthode LIBS (Laser-Inducted Breakdown Spectrometry) par Jean-Marc Baele de l’université de géologie de Mons apporte une première solution. Cette méthode consiste à réaliser sur la surface du matériau plusieurs tirs laser afin de créer un plasma qui est ensuite analysé par le spectromètre de l’appareil. Au total, trente-trois échantillons ont été analysés par la méthode LIBS. Les résultats obtenus, une fois normalisés par rapport au carbone, ont permis de détecter plusieurs éléments significatifs de la composition de ces charbons et en premier lieu, le taux d’hydrogène (H) présent dans chacun de ces échantillons. Ces taux permettent d’élaborer un classement qualitatif des combustibles utilisés, notamment en distinguant une houille grasse, une houille maigre ou d’anthracite. Un faible taux d’hydrogène indique ainsi une forte concentration en carbone, qui va de pair avec la qualité calorifique.

20Les analyses au LIBS ont également permis de détecter la présence de nombreux éléments constitutifs de la cendre comme le barium (Ba) ou le strontium (Sr), qui comme des taux d’hydrogènes élevés témoignent d’un charbon de qualité médiocre. Par la suite, ces résultats ont été traités à l’aide de différentes méthodes d’analyse statistique multifactorielle. Une première analyse en composante principale (ACP) a été réalisée, suivie, dans un second temps, d’une classification hiérarchique (CAH). Les différentes matrices et plans factoriels obtenus ont permis de cerner trois zones de provenance bien distinctes (fig. 7).

Fig. 7. Provenance des charbons de terre analysés au LIPS

Fig. 7. Provenance des charbons de terre analysés au LIPS

Benjamin Jagou.

21Dans un premier temps, ils ont permis de confirmer les hypothèses fondées sur les sources écrites concernant les zones d’extraction britanniques et hennuyères. De plus, les analyses ont permis de mettre en avant la présence de charbon extrait dans les affleurements du Boulonnais. Ainsi, les échantillons du site antique de Saint-Augustin et ceux du site médiéval de Fiennes ont révélé des concentrations d’éléments caractéristiques de la pyrite. Or, le charbon des gîtes miniers du Boulonnais est connu pour sa concentration en pyrite (Dolé, 1985). Sa présence indique un charbon de mauvaise qualité à la combustion rapide. Lors de la révolution industrielle, le faible rendement du charbon du Boulonnais a conduit à abandonner son extraction, qui était difficile et peu rentable. Les ingénieurs des mines privilégiant le charbon du Hainaut. Les analyses archéométriques des scories ont d’ailleurs révélé que cette ressource a pu être extraite et utilisée localement dès la fin du Haut-Empire.

Les réseaux commerciaux du charbon de terre

22Les données collectées lors du recensement des découvertes archéologiques et des mentions écrites de charbon ainsi que les résultats des analyses de composition, font apparaitre plusieurs réseaux de circulation terrestres et fluviaux pour l’Antiquité et le second Moyen Âge.

Le transport maritime et fluvial

23Le transport maritime constitue le mode de circulation principal voire unique pour transporter le charbon de terre depuis les gisements britanniques (fig. 8).

Fig. 8. Exportations britanniques vers les ports flamands

Fig. 8. Exportations britanniques vers les ports flamands

Benjamin Jagou.

24La navigation a permis de transporter de grandes quantités de charbons dans les îles Britanniques, par exemple jusqu’à Londres, et vers les marchés continentaux. La méthode de navigation par cabotage a été, durant l’Antiquité et une partie du second Moyen Âge, la technique employée pour ce transport maritime. Une fois cette marchandise déchargée dans les différents ports, les réseaux fluviaux prenaient ensuite le relais afin d’alimenter les marchés et les lieux de consommation situés à l’intérieur des terres (fig. 9).

Fig. 9. Exportation depuis les ports flamands vers les villes par le biais du réseau de canaux

Fig. 9. Exportation depuis les ports flamands vers les villes par le biais du réseau de canaux

Benjamin Jagou.

  • 3 Embarcadère antique retrouvé dans d’anciens niveaux humide de la Haine.

25Le transport fluvial joue donc un rôle important dans la diffusion du charbon. Les questionnements sur ce mode de circulation pour l’Antiquité restent encore en suspens par manque de données archéologiques et textuelles, et ce malgré les découvertes exceptionnelles de l’embarcadère de Pommerœul3. Pour le second Moyen Âge, les données archéologiques et la documentation abondante sur le transport des marchandises ont montré que le charbon de terre circulait sur tout le réseau fluvial du comté de Flandre et du Hainaut entre les xiiie et xviie siècle. Les canaux reliant les avant-ports aux grandes villes permettaient aux exportations britanniques, en temps de paix, d’atteindre très facilement les marchés des grandes villes flamandes. De même, l’Escaut permettait d’exporter les productions minières du Borinage tout le long de sa vallée et celles de ses affluents (fig. 10). Malgré tout, l’utilisation du charbon de terre avérée dans certaines localités éloignées des voies navigables, suggère qu’il était acheminé par voie terrestre.

Fig. 10. Exportation le long de l’Escaut et de ses affluents

Fig. 10. Exportation le long de l’Escaut et de ses affluents

Benjamin Jagou.

Le transport terrestre

26L’importance des réseaux de voies antiques ne doit pas nous conduire à le surestimer par rapport aux voies navigables. Cependant, la qualité des réseaux a probablement offert une alternative importante pour transporter des denrées vers les terres intérieures. À partir de toutes les informations collectées, un modèle de transport du charbon de terre sur le territoire Nervien peut être supposé (fig. 11). En partant du postulat d’exploitation des affleurements des vallées de la Haine, il est possible d’envisager que le charbon ait transité dans un premier temps le long de la Haine jusqu’à Pommerœul. À son arrivée, le charbon est déchargé pour être expédié sur des charrettes jusqu’au chef-lieu de cité par l’intermédiaire de l’axe reliant Blicquy à Bavay. De là, il peut profiter pleinement du réseau routier en étoile pour être acheminé vers Famars ou Cambrai et leurs territoires périphériques.

Fig. 11. Exportation antique par voie terrestre

Fig. 11. Exportation antique par voie terrestre

Crédit : Benjamin Jagou et Atlas des provinces romaines de Belgique et de Germanie (ABG).

27Pour le second Moyen Âge, le transport terrestre a été employé pour acheminer le charbon de terre vers certains lieux de consommation. Il a également permis d’étendre la diffusion des importations britanniques et/ou hennuyères aux espaces limitrophes des comtés de Flandre et de Hainaut.

28Ces différentes données montrent qu’il était possible d’avoir très facilement accès à cette ressource, que ce soit pour l’Antiquité ou le second Moyen Âge, aussi bien par voies navigables que par voies terrestres.

L’utilisation de ce combustible : l’exemple de la métallurgie du fer

29Après avoir caractérisé les lieux de provenance et les modes de circulation utilisés par les sociétés antiques et médiévales de cette partie de l’Europe, il est indispensable d’en cerner l’usage. C’est par la métallurgie du fer que de telles pratiques ont pu être les mieux caractérisées. En effet, les découvertes archéologiques de charbon de terre sont, dans leur grande majorité, liées au travail du fer en forge. De même, de nombreuses données textuelles médiévales confirment que ce combustible fossile était principalement utilisé par les forgerons flamands. Enfin, les fouilles de ces sites métallurgiques fonctionnant au charbon de terre ont permis de caractériser la présence d’une catégorie de culot de forge spécifique à cet usage. Les différentes analyses (macroscopiques, microscopiques et chimiques) réalisées sur ces vestiges de forge au charbon de terre ont permis d’identifier très clairement les effets de l’utilisation de ce combustible sur les processus de forge.

Aspect morphologique de ces culots

30Les études paléométallurgiques réalisées ont permis de mettre en évidence des spécificités morphologiques pour les culots de forge issus du travail au charbon de terre. D’un point de vue métrologique, ces culots de forge se trouvent être moins denses et de dimensions moindres que ceux produits lors de travaux de forge au charbon de bois. Cette faible densité semble s’expliquer par la composition et l’aspect de ces culots. Peu de pertes métalliques ont été détectées dans cette catégorie de culot. Lors du passage de l’aimant sur les différentes surfaces des culots étudiés, aucune – voire seulement une très faible – réaction a été observée. Cela laisse à penser, avant de s’intéresser à la formation cristalline de ces culots, que ces derniers sont constitués en grande majorité d’éléments siliceux avec de rares pertes en oxydes métalliques.

31Cette faible densité s’explique également par les nombreuses porosités présentes à l’intérieur et à l’extérieur de ces culots. Ces dernières sont dues aux gaz libérés lors de la combustion du charbon (fig. 12).

Fig. 12. Exemple de culot de forge déchiqueté retrouvé sur les sites de forge au charbon de terre (boulevard Jean Moulin, Béthune)

Fig. 12. Exemple de culot de forge déchiqueté retrouvé sur les sites de forge au charbon de terre (boulevard Jean Moulin, Béthune)

Benjamin Jagou.

32Pour ces culots de forge, il est possible de déterminer un lien direct avec la combustion du charbon minéral et cette morphologie boursouflée. Les températures élevées obtenues lors de la combustion du charbon de terre permettent à la scorie présente dans le foyer de forge de se retrouver dans un état de fluidification assez important. Mais le dégazage lié à la libération des matières volatiles et du soufre du charbon de terre provoque la formation de bulles de gaz qui se retrouvent ensuite piégées au sein de la matrice lors de son refroidissement. Ce sont ces dernières qui donnent cet aspect boursouflé voire déchiqueté à la scorie. Outre ces aspects morphologiques, l’utilisation de ce charbon semble jouer un rôle dans la formation cristalline de ces déchets.

Aspects cristallins

33De nombreux culots de forge ont été étudiés au laboratoire de « Métallurgies et Cultures », (Iramat, UMR 5060, de l’université de technologie de Belfort Montbéliard) avec l’aide de M. Berranger et P. Fluzin, ou au sein du laboratoire « Archéomatériaux et prévision de l’altération » (Lapa du NIMBE UMR 3699 du CEA de Saclay) avec l’aide de S. Bauvais. Au cours de ces analyses, il a été possible d’observer la présence de matrices fayalitiques à lattes. Cette formation cristalline est un silicate de fer (Fe2SiO4) typique des scories (Serneels, 1993). Il est donc tout à fait normal d’observer la présence d’une telle cristallisation dans les scories de forge. Mais, de nouveau, la présence de charbon de terre semble jouer un rôle particulier dans la formation des matrices. En effet, il a été possible d’observer dans les échantillons renfermant de grandes proportions de fragments de charbon de terre, la présence de matrices majoritairement siliceuses et non plus fayalitiques (fig. 13).

Fig. 13. Matrice majoritairement siliceuse d’un culot de forge au charbon de terre

Fig. 13. Matrice majoritairement siliceuse d’un culot de forge au charbon de terre

Vue de la matrice du culot de forge présent sur la figure 12.

Benjamin Jagou et Marion Berranger.

34Ces phases siliceuses sont également observables dans des culots de forge au charbon de bois. Lorsque qu’un ou plusieurs grains de silice en cours de dissolution sont présents dans la matrice. Ces ajouts, généralement employés lors de travaux de soudure, constituent un apport supplémentaire en silice dans la scorie et ainsi transformer la fayalite située en périphérie de ces grains en une matrice siliceuse. Ce même phénomène s’observe également pour les fragments de charbon de terre (fig. 14).

Fig. 14. Fragment de charbon de terre piégé dans la matrice d’un culot de forge

Fig. 14. Fragment de charbon de terre piégé dans la matrice d’un culot de forge

Scorie découverte sur le site de la Grand place à Tourcoing.

Benjamin Jagou.

35Outre la présence de fragments de charbon de terre, la totalité des échantillons observés sous microscope métallographique contient des cristaux de formes cubiques appelés spinelles. Il en existe deux catégories principales : la magnétite (Fe3O4) et la hercynite (FeAl2O4) (Leroy et al., 2015). Il est possible que ces spinelles soient de la hercynite plutôt que de la magnétite. Certes, les spinelles de hercynite sont plus communément présents dans les scories de réduction de minerai alumineux et ne devraient pas se trouver en quantité aussi importante dans des scories de forge. Mais les analyses de charbon de terre ont montré que l’aluminium en était l’un des composants principaux avec le carbone et le silicium (voir supra). Ainsi l’aluminium du charbon de terre entré en interaction avec les oxydes de fer a pu former les spinelles de hercynite (fig. 15).

Fig. 15. Spinelles de hercynite

Fig. 15. Spinelles de hercynite

Scorie découverte lors de la fouille de la RD 244 à Guînes.

Benjamin Jagou et Marion Berranger.

36Les observations au microscope métallographique ont donc permis de mettre clairement en évidence les spécificités minéralogiques des scories produites lors de travaux au charbon de terre. La chauffe de ce combustible dans le foyer de forge et son interaction avec la scorie provoquent des cristallisations de la scorie différentes des scories issues de la métallurgie au charbon de bois. Ainsi, plus le charbon de terre semble être en proportion importante dans le foyer de forge, plus le silicium présent dans ce combustible minéral semble transformer les matrices fayalitiques des culots en matrices majoritairement siliceuses. De plus, la présence d’aluminium dans ce charbon joue également un rôle avec la cristallisation de spinelles de hercynite et d’autres dérivés de l’alumine.

Les aspects chimiques

37Dans le cadre des RFO de Dunkerque (lycée Benjamin Morel) et Paris (45 rue du Faubourg Saint-Antoine) (Celly et al., 2015), plusieurs échantillons ont fait l’objet d’analyses de composition au MEB-EDS qui ont confirmé la présence d’aluminium dans ces scories. De plus, elles ont permis de mettre en évidence des concentrations anormales de soufre et de potassium. Ces analyses démontrent bien que ces différents éléments présents dans le charbon de terre ont migré dans la scorie lors de la chauffe de ce combustible par les forgerons. Elles ont également permis d’identifier les dépôts jaunâtres qui comblent une grande partie des porosités internes et externes de ces culots au charbon de terre. Il s’agit de la jarosite, un sulfate hydraté de fer (K+Fe3+3(OH−)6(SO42−)2), qui se forme également lors de l’interaction entre le charbon de terre et la scorie. Ces dépôts caractéristiques deviennent de ce fait un des marqueurs macroscopiques permettant d’identifier les vestiges laissés par une telle pratique et ainsi faciliter leur reconnaissance en l’absence de restes de combustible fossile.

38Les différents aspects macroscopiques, microscopiques et chimiques mis en évidence pour ces culots de forge au charbon de terre ont donc permis de mettre en place des critères d’identification spécifiques. Ainsi, la combustion du charbon et la libération des nombreux gaz ont pour conséquence la formation d’une scorie très légère, très boursouflée et très poreuses. La jarosite, présente en surface de ces culots, est également un marqueur macroscopique clair et évident. D’un point de vue chimique et minéralogique, l’aluminium, le silicium, le soufre et le potassium présents dans le charbon de terre vont entrer en interaction avec les oxydes de fer et les ajouts employés par le métallurgiste lors des chauffes du métal dans le foyer et ainsi contribuer pleinement à la formation de ces scories.

Peu de changements dans les procédés techniques

39Les principaux changements dans les procédés techniques sont uniquement liés à la conduite du foyer de forge et la gestion des fumées et des gaz produits par la combustion du charbon de terre. L’utilisation de ce combustible dans les activités de forge ne semble donc pas avoir modifié en profondeur les techniques et les processus utilisés par les métallurgistes, hormis pour les activités de cémentation. Cette permanence des techniques de forge a certainement facilité le passage du charbon de bois vers le charbon de terre dans ces espaces où la ressource forestière se faisait rare. De plus, le prix plus faible de cette matière première et sa combustion plus lente ont certainement été des facteurs d’accélération de cette transition.

La pollution entrainée par l’utilisation de ce combustible

40Lors de la chauffe du charbon de terre les matières volatiles et le soufre présent à l’intérieur sont libérés. Cette libération a pour conséquence la formation de nombreux gaz et fumées plus ou moins polluantes. Comme pour le charbon de bois, du dioxyde de carbone (CO2) est relâché dans l’atmosphère, mais la combustion du charbon de terre provoque également la formation de sulfure d’hydrogène (H2S) et de dioxyde de soufre (SO2). De ce fait, les fumées produites lors de ces combustions sont à la fois toxiques pour la santé humaine et pour l’environnement. En effet, le sulfure d’hydrogène est un gaz incolore caractérisé par son odeur d’œuf pourri. Il peut être considéré comme un poison pour l’homme à haute dose et en faible quantité provoquer des lésions du système respiratoire ou oculaire. Le dioxyde de soufre est également un gaz incolore à l’odeur âcre. Il s’agit d’un important polluant atmosphérique qui peut provoquer la formation de pluies acides lorsqu’il entre en contact avec le dioxyde d’azote (NO2) présent dans l’air. De plus, son inhalation par l’homme peut également provoquer des inflammations du système respiratoire. La nocivité des fumées liées à la combustion du charbon de terre semble avoir très rapidement été prise au sérieux par les sociétés médiévales. Ainsi, la première mention d’un désagrément engendré par l’utilisation de ce combustible est datée de 1257. Lors de la visite du château de Nottingham la reine Éléonore d’Aquitaine a été prise de malaise après avoir inhalé les fumées produites par les fours à chaux au charbon de terre utilisés lors des travaux de rénovation de ce château (Hatcher, 1993).

41Les documents conservés dans les archives municipales de Rouen apportent des informations sur la gestion de ces problèmes sanitaires et environnementaux par le pouvoir. La plus ancienne mention de charbon de terre rouennaise date de 1309 (Sauvage, 1889). Il s’agit d’un droit de pontage qui fixe la taxe pour la pesée de charbon de terre à quatre deniers. Par la suite, les importations par la Seine de cette ressource vont perdurer tout le long du second Moyen Âge (Lardin, 1999). Au xvie siècle, un cas montre très bien les conséquences de l’utilisation de ce charbon dans les centres urbains. Il s’agit d’un conflit opposant un serrurier de la ville au curé de Saint-Maclou dont le presbytère est situé à proximité de l’atelier de cet artisan. Le curé se plaint auprès des autorités municipales de la puanteur des fumées qui se dégagent de cet atelier utilisant le charbon de terre. Ce cas va faire débat au sein des autorités. Certains sont pour l’interdiction de l’utilisation du charbon de terre en ville, d’autres pour un déplacement de ces ateliers en dehors de la ville. Dans un premier temps, il est demandé aux artisans utilisant cette ressource de faire surélever les cheminées de leurs foyers. Dans un second temps, il leur est demandé de déplacer leurs ateliers dans les faubourgs de la ville.

42L’exemple rouennais montre clairement que la cohabitation entre les habitants des villes et ces espaces artisanaux utilisant le charbon de terre était difficile. Les fumées nocives et les mauvaises odeurs qui se dégagent de ces ateliers les rendent persona non grata dans les cœurs urbains et par conséquent ils vont devoir s’implanter dans les espaces de faubourg situés à l’extérieur des murailles où nombre d’artisanats polluants se regroupent. Il est donc fort probable que de telles situations soient également apparues dans les villes flamandes et hennuyères, malgré l’absence de données textuelles mettant en évidence des conflits de cette nature entre les artisans et leurs voisinages. Les découvertes archéologiques régionales d’ateliers en contexte de faubourg associés à d’autres artisanats eux aussi polluants (tannerie, brasserie, etc.) semblent confirmer ces hypothèses.

Conclusion

43Cette recherche a donc permis de mettre en lumière l’utilisation du charbon de terre dès l’Antiquité dans le Nord de la Gaule. Son utilisation semble alors avoir été une réponse à un manque de bois qu’ont connues ces espaces à la fin du Haut-Empire et tout au long du second Moyen Âge. En effet, l’inflation des prix liée à ces manques en ressources forestières auraient poussé les artisanats de feu à trouver un combustible alternatif permettant de répondre à leurs besoins. Le charbon de terre semble avoir été la solution idoine. En effet, le faible coût de cette matière, la présence d’affleurements locaux et les réseaux commerciaux ont permis de fournir suffisamment ces nouveaux espaces de consommation. De plus, comme le prouve l’exemple de la métallurgie, l’utilisation de ce combustible ne provoque pas de changements techniques majeurs dans les chaines opératoires. Elle présente en revanche un inconvénient majeur à cause des gaz et des fumées libérées lors de sa combustion qui vont inciter à reléguer ces artisanats hors des centres urbains vers les espaces de faubourg.

Bibliographie

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Notes

1 En 2012 le territoire du bassin minier du Nord-Pas-de-Calais a été classé au patrimoine mondial de l’Unesco.

2 Information orale donnée par Michel Dubois professeur de géologie à l’université Lille 1.

3 Embarcadère antique retrouvé dans d’anciens niveaux humide de la Haine.

Table des illustrations

Titre Fig. 1. Différents types de charbon de terre et leurs teneurs en carbone
Crédits Wever et Baudin, 2015, p. 8.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 58k
Titre Fig. 2. Corpus initial de recherche
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-2.jpg
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Titre Fig. 3. Résultats de l’inventaire des traces archéologiques et des mentions écrites de charbon de terre
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 158k
Titre Fig. 4. Découvertes antiques
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 160k
Titre Fig. 5. Découvertes et mentions du second Moyen Âge
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 155k
Titre Fig. 6. Reste de minière découvert à Élouges (Belgique)
Crédits Marceline Denis.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 132k
Titre Fig. 7. Provenance des charbons de terre analysés au LIPS
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 178k
Titre Fig. 8. Exportations britanniques vers les ports flamands
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 186k
Titre Fig. 9. Exportation depuis les ports flamands vers les villes par le biais du réseau de canaux
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 170k
Titre Fig. 10. Exportation le long de l’Escaut et de ses affluents
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 154k
Titre Fig. 11. Exportation antique par voie terrestre
Crédits Crédit : Benjamin Jagou et Atlas des provinces romaines de Belgique et de Germanie (ABG).
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 242k
Titre Fig. 12. Exemple de culot de forge déchiqueté retrouvé sur les sites de forge au charbon de terre (boulevard Jean Moulin, Béthune)
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-12.jpg
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Titre Fig. 13. Matrice majoritairement siliceuse d’un culot de forge au charbon de terre
Légende Vue de la matrice du culot de forge présent sur la figure 12.
Crédits Benjamin Jagou et Marion Berranger.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-13.jpg
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Titre Fig. 14. Fragment de charbon de terre piégé dans la matrice d’un culot de forge
Légende Scorie découverte sur le site de la Grand place à Tourcoing.
Crédits Benjamin Jagou.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-14.jpg
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Titre Fig. 15. Spinelles de hercynite
Légende Scorie découverte lors de la fouille de la RD 244 à Guînes.
Crédits Benjamin Jagou et Marion Berranger.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/78729/img-15.jpg
Fichier image/jpeg, 169k

Auteur

Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne/Inrap, UMR 7041 ArScan, équipe TranSphères, UMR 5060 IRAMAT – LMC
Thèse sous la direction d’Anne Nissen et le tutorat de Danielle Arribet-Deroin : « L'usage du charbon de terre dans le Nord de la France jusqu'à l'époque moderne »

© Éditions de la Sorbonne, 2020

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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