11.1. Les minerais de fer les plus fréquents sont des oxydes, la magnétite et l’hématite, qui possèdent une gangue silicieuse. Pour réduire ces oxydes et pour éliminer la gangue, la technique moderne utilise, depuis le xiv^e siècle, le haut fourneau : on introduit par le haut un mélange de minerai, de coke et de fondants destinés à faciliter la liquéfaction de la gangue. On souffle de l’air à la base, le coke se transforme par combustion en oxyde de carbone, lequel réduit l’oxyde de fer. Mais en descendant dans le haut fourneau, le fer absorbe du carbone (3 ou 4 %) et d’autres impuretés qui abaissent son point de fusion de 1535°C à environ 1200° C. Ce fer impur, qui coule à la base du haut fourneau, c’est la fonte, qu’il faut décarburer pour obtenir du fer ou de l’acier (fer contenant généralement de 0,1 à 1,7 % de carbone). Telle est, grossièrement simplifiée, la méthode actuelle.

21.2. Les historiens de la métallurgie sont unanimes à affirmer que les anciens n’ont jamais recouru à ces procédés. A cause de la difficulté d’atteindre une telle température et de réaliser une atmosphère suffisamment réductrice dans les fours de l’époque, les anciens ont produit le fer par le procédé direct. Dans de petits fours creusés dans le sol, ménagés à flanc de colline et plus tard maçonnés avec une faible élévation, ils réduisaient l’oxyde de fer par le charbon de bois à température moyenne (900-1150° C). L’oxygène nécessaire à la combustion des charbons était fourni soit par un courant d’air naturel soit par des soufflets. Au terme de l’opération, la scorie était liquéfiée, entraînant une partie de l’oxyde de fer, et on obtenait une loupe de fer spongieux qu’il fallait réchauffer et marteler plusieurs fois pour chasser les restes d’oxyde et de scorie. Par suite des conditions de production, la loupe était carburée de façon extrêmement irrégulière : certaines parties étaient aciérées, d’autres pas1.

31.3. C’est à un tel procédé que se réfèrent tous les textes anciens qui traitent de sidérurgie. Ainsi, Hésiode décrit, dans la Théogonie, un four à fer creusé dans le sol2. La plus belle description se trouve au livre IV du traité hippocratique des Maladies, que les érudits datent de la fin du v^e3ou du début du iv^e siècle avant notre ère4. Ce passage compare la formation de la lithiase dans la vessie à l’agglomération du fer en loupe5 :

ὥσπερ σίδηρος ἐϰ τῶν λίθων ϰαὶ τῆς γῆς συγϰαιομένης γίνεται, ϰαὶ ἐν μὲν τῇ πρώτῃ ἐς τὸ πῦρ ἐμβολῇ ϰεϰόλληνται τῇ σϰωρίῃ οἱ λίθοι ϰαὶ ἡ γῆ πρὸς ἄλληλα, ϰαὶ ἐπὴν τὸ δεύτερον ϰαὶ τὸ τρίτον ἐς τὸ πῦρ ἐμβληθῇ, ἡ μὲν σϰωρίη ἔξω ἔρχεται τηϰομένη ἐϰ τοῦ σιδήρου, ϰαὶ ὄψει ὁρᾶται τὸ γενόμενον. ὁ δὲ σίδηρος λιμπάνεται ἐν τῷ πυρὶ ϰαὶ συμπίπτει προσδιδούσης τῆς σϰωρίης ϰαὶ γίνεται στερεός τε ϰαὶ πυϰνός.

« De même, le fer se forme à partir des pierres et de la terre brûlées ensemble, et dans la première mise au feu, les pierres et la terre se collent ensemble dans la scorie. Quand le minerai est mis au feu pour la deuxième et la troisième fois, la scorie liquéfiée sort du fer, et cela est perceptible au regard. Le fer, laissé dans le feu, tombe, la scorie lui laissant place ; et il devient dur et serré. »

4La première réduction a donc donné une loupe de fer mêlée de scorie pâteuse. Dans la seconde opération, la scorie se liquéfie, éventuellement avec l’aide de fondants6. La loupe de fer, laissée au milieu du laitier, descend et le laitier surnage.

5Il y avait donc au moins trois passages au feu. On appelait ἐλατρεύς « marteleur », l’ouvrier chargé de la troisième mise au feu7. En effet, ces réchauffements étaient accompagnés de martelages8, dans le but d’éliminer les impuretés et les scories restantes, et de rendre la masse homogène. L’épithète homérique πολύϰμητος « difficile à travailler »9 se réfère davantage à un tel martelage qu’à une fusion. On appelait μύδρος10 ou σόλος11, en latin massa12, la loupe de fer progressivement affinée. Au terme du processus, le fer contenait encore souvent des failles, des traces de laitier ou d’oxyde (διπλοή)13.

6On le voit, aucun texte ancien ne décrit l’action, si caractéristique, de couler la fonte. Au contraire, plusieurs auteurs sont formels : le fer ne se coule pas14.

72.1. Cependant, des objets en fonte paraissent attestés dans des descriptions littéraires et des trouvailles archéologiques.

8A Délos, les comptes des hiéropes citent, en 179 av. J.-C, une petite statue de fer15.

9Pline mentionne à Rhodes une statue d’Hercule en fer, œuvre d’Alcon, et, à Rome, des coupes en fer dans le temple de Mars16. Pausanias décrit plusieurs œuvres plastiques en fer : à Messène une statue d’Epaminondas17, à Delphes un groupe d’Héraclès et de l’hydre, ouvrage de Tisagoras qui en fit une « offrande-brevet » au sanctuaire, à Pergame une tête de lion et une de sanglier18. Pour aucune de ces œuvres, la technique de fabrication n’est mentionnée, et ces statues, dont la taille n’est pas connue, peuvent avoir été ciselées, limées ou encore faites de tôle martelée sur forme par la technique du sphyrelaton. Toutefois, Pausanias, décrivant, à Sparte, une Skias de Théodore de Samos, ajoute19 : ὃς πρῶτος διαχέαι σίδηρον εὗρε ϰαὶ ἀγάλματα ἀπ’ αὐτοῦ πλάσαι « qui le premier trouva le moyen de couler le fer et d’en façonner des statues ». Ce Théodore, selon Pline l’Ancien, est du vi^e siècle, donc antérieur de sept siècles à Pausanias. D’autres témoignages lui attribuent des progrès dans l’art de couler le bronze20. N’y a-t-il pas là une confusion de Pausanias ou de sa tradition manuscrite21 ?

10D’autre part, quelques objets en fonte, conservés depuis longtemps dans divers musées, paraissent appartenir à l’époque hellénistique ou romaine, mais leur authenticité est discutée22. Seules, des gueuses de fonte trouvées dans des ateliers romains de Grande-Bretagne ont des titres sérieux à l’authenticité23. Il n’est certes pas exclu a priori que, si une température suffisante était atteinte dans le procédé direct à l’aide d’une soufflerie adéquate, et si une atmosphère suffisamment carburée était réalisée, le fer ait absorbé suffisamment de carbone pour fondre. Mais en général, il a dû se solidifier rapidement, sous l’action oxydante de la scorie et du souffle d’air, qui le décarburaient et élevaient ainsi le point de fusion. Ces objets doivent être considérés comme des accidents du procédé direct, dont les anciens métallurgistes ne savaient que faire. C’est ce qui explique que les gueuses de fonte aient été laissées dans les déchets.

113.2.2. Le seul argument pour une production intentionnelle de la fonte à l’époque classique est, par conséquent, le texte des Météorologiques, IV, 6 (p. 383 A 30 - Β 5) :

ταῦτα δὲ ἄλυτα μὴ ὑπερβαλλούσῃ θερμότητα ἀλλὰ μαλάττεται, οἷον σίδηρος ϰαὶ ϰέρας, τήϰεται δὲ ϰαὶ ὁ εἰργασμένος σίδηρος, ὥστε ὑγρὸς γίγνεσθαι ϰαὶ πάλιν πήγνυσθαι. ϰαὶ τὰ στομώματα ποιοῦσιν οὕτως · ὑφίσταται γὰρ ϰαὶ ἀποϰαθαίρεται ϰάτω ἡ σϰωρία · ὅταν δὲ πολλάϰις πάθῃ ϰαὶ ϰαθαρὸς γένηται, τοῦτο στόμωμα γίγνεται. οὐ ποιοῦσι δὲ πολλάϰις αὐτὸ διὰ τὸ ἀπουσίαν γίγνεσθαι πολλὴν ϰαὶ τὸν σταθμὸν ἐλάττω ἀποϰαθαιρομένου. ἔστι δ’ἀμείνων σίδηρος ὁ ἐλάττω ἔχων ἀποϰάθαρσιν.

« Ces corps, par exemple le fer et la corne, ne peuvent être dissous, sauf par une extrême chaleur, mais ils peuvent être amollis. Cependant, même le fer travaillé fond au point de devenir liquide et de se solidifier à nouveau. C’est d’ailleurs ainsi que l’on fait l’acier : la scorie tombe au fond et est éliminée par le dessous. Quand le fer a subi plusieurs fois ce traitement et qu’il est devenu pur, on obtient l’acier. On ne fait pas cela souvent, parce que la purification du métal entraîne une grande déperdition de poids : mais le fer est meilleur quand il a moins de scorie. »

12Tout d’abord, la lettre même du texte oblige à admettre que le fer y est, pendant un bref intervalle de temps, liquide (ὑγρόν), mais qu’il se solidifie presque aussitôt. Cette liquéfaction ne se produit pas pendant que le fer est tiré de son minerai, mais quand on retravaille le fer déjà travaillé (εἰργασμένος).

13Mais le détail même du procédé soulève de graves difficultés : tout d’abord, quand on produit la fonte, le laitier, qui est plus léger que la fonte, flotte au-dessus. Or ici, la scorie se dépose au fond du four24, ce qui est confirmé par d’autres textes25. En outre, la production de fonte n’est pas ici un accident du procédé direct, mais une phase de l’élaboration d’un produit appelé στομώματα.

14Depuis Homère, στόμα désigne le tranchant ou la pointe d’une arme26, d’où les adjectifs μονόστομος « à un seul tranchant »27, ἀμφίστομος « à deux tranchants »28, ἄστομος « émoussé »29, πρόστομος « muni d’une pointe »30. Le verbe στομόω désigne l’action de durcir le tranchant ou la pointe d’une arme ou d’un outil31, par des procédés sur lesquels on reviendra ; στόμωσις est l’abstrait verbal correspondant32 et στόμωμα le fer durci par une telle opération33. La plus ancienne attestation de ce dernier terme est, dans un fragment de Cratinos34, l’expression Χαλυβδιϰὸν στόμωμα « le fer dur des Chalybes », peuple du Pont qui jouissait d’une réputation de maîtres métallurges35. L’équivalent de στόμα est acies36. C’est de son dérivé tardif aciarium (ferrum s. ent.) « fer de tranchant » que provient notre acier37.

15La façon la plus courante de produire des στομώματα était, selon les textes anciens, la trempe (βαφή), c’est-à-dire l’immersion rapide du fer rouge dans l’eau froide. En fait, les auteurs anciens ont été frappés par l’aspect le plus spectaculaire de l’opération38, mais la trempe n’est rien sans cémentation. Il a d’abord fallu chauffer l’objet au rouge en présence de carbone (charbon de bois) et le marteler. Le fer absorbe alors suffisamment de carbone pour être aciéré superficiellement. Ce composé de fer et de carbone est stabilisé par un refroidissement brusque. On peut donc traduire στόμωμα par « acier »39.

162.3. Mais s’agit-il de cela dans notre texte ? Plusieurs commentateurs considèrent qu’Aristote décrit simplement l’affinage du bloom au procédé direct et la carburation du fer par cémentation. Ainsi, J.L. Ideler40, non sans entorse au sens des mots, comprend que le fer est seulement amolli (excoctum ac fere liquatum) et que la scorie flotte à la surface (supernatat cinis). Blümner41 et Forbes42 pensent que le fer est seulement amolli. O. Olshausen voit dans la description aristotélicienne le simple martelage de la loupe de fer humide sur une enclume43. L. Beck et H.D.P. Lee comprennent qu’Aristote décrit le réchauffement de la loupe et le premier temps, pendant lequel la scorie liquéfiée passe à travers le fer spongieux et se dépose dans la cendre du four, avant que le fer ne descende dans la scorie en fusion44. C’est aussi l’opinion de R. Pleiner, fondée sur une reconstitution expérimentale45.

17Si le problème de la scorie est, somme toute, mineur, on ne peut admettre qu’Aristote décrive un simple amollissement du fer. Cela n’explique ni l’adjectif ὑγρός ni l’insistance avec laquelle il souligne le caractère exceptionnel de l’opération, car cet amollissement est chose bien commune. Aussi, L. De Launay46 penche pour la fabrication de la fonte, mais sans préciser dans le cadre de quelle technique. A. Krawczuk et J. Piaskowski supposent une production intentionnelle de la fonte, que l’on oxydait ensuite47, mais il faut plus que ce texte ambigu pour vieillir le procédé Bessemer de plus de deux millénaires.

18Une troisième voie d’explication a été proposée par le métallurgiste grec C.J. Livadevs48. Il s’agirait, selon lui, d’une production d’acier au creuset par carburation de morceaux de loupe dans des récipients en terre réfractaire. C’est par un procédé de ce genre que les Indiens fabriquaient leur célèbre acier de Wootz49. On a découvert à Gradisče (Carinthie) des creusets romains imprégnés de fer qui peuvent avoir servi à une telle cémentation50. Enfin, c’est par le travail au creuset que H.C. Richardson tentait d’expliquer une allusion très obscure de Pline au fer liquide51. Dans le travail au creuset, les échanges thermiques sont au départ plus difficiles, mais il est plus aisé d’assurer une carburation suffisante pour produire de l’acier, voire de la fonte.

19Or, deux textes qui semblent jusqu’à présent ignorés des historiens, nous permettent d’assurer que l’on travaillait le fer au creuset dans l’Athènes du iv^e siècle.

20Le premier est un fragment du Traité des métaux de Théophraste52 : τὸ ἀγγεῖον ἐν ῷ ϰατεϰεράννυσαν τὸν σίδηρον, περίοδος ϰαλεῖται ἐν τῷ μεταλλιϰῷ « le récipient dans lequel on mélange le fer s’appelle περίοδος ». Les autres constituants du mélange sont inconnus, mais il s’agit vraisemblablement de charbon de bois et de fondants.

21Le second texte est une glose d’Hésychios, à l’article ϰάλαθος : ἀγγεῖον, ἐν ῷ χωνεύουσι σίδηρον « calathe, récipient où on fond le fer ». Nous ignorons l’origine et la date de cette glose, mais elle apporte une précision importante, la forme du creuset, puisque, à l’origine, le calathe est une corbeille à ouvrage de forme évasée53.

22Les détails du procédé nous demeurent inconnus, mais la scorie, par exemple, ne fait plus de problème : elle se dépose, non au fond du creuset, mais au fond du four, comme la litharge dans la coupellation.

23Il reste qu’Aristote ne pouvait pas comprendre les mécanismes chimiques du procédé. C’est ainsi qu’il semble considérer la liquéfaction sporadique du fer comme indispensable à la production d’acier, et qu’il voit dans cette production même une simple purification du fer, comme on purifie l’or et l’argent. C’était aussi l’opinion du glossateur anonyme qui définissait : στόμωμα · τὸ ϰάλλιστον σιδήριον54, et de bien des métallurgistes avant les travaux de Réaumur.

24Enfin, le mystérieux σταγών du Timée de Locres s’explique peut-être dans le cadre de la même technique, si l’on relit en ce sens la glose d’Hésychios : σταγών · ἐν τοῖς μεταλλιϰοῖς τὸ ϰαθαρὸν σιδήριον, ὅθεν ϰαὶ σταγονοθάλπον τὸν διαιροῦντα ταῦτα ϰαλοῦσιν « gouttelette : dans les traités de métallurgie le fer pur. C’est pourquoi on appelle « réchauffeur de gouttelettes » celui qui les recueille ». On séparait donc, à chaud, les gouttelettes de fonte du fer moins carburé, dans un but non autrement précisé.

25Quoi qu’il en soit, cette technique de liquéfaction du fer apparaît, somme toute, sporadique et confidentielle, sinon accidentelle, à cause de son faible rendement. Elle n’a pas ébranlé l’opinion commune que le fer ne se coule pas, et Aristote lui-même n’en a pas tiré toutes les conséquences.