RÉDUCTION D’UN MINERAI DE FER DANS UN BAS -FOURNEAU Le 16 et 17 octobre 2004 Cette expérimentation a été dirigée par J.C. LEBLANC, paléo-métallurgiste, docteur ès Sciences des Matériaux de l’Université de Toulouse-Mirail. Elle a consisté a recréer les conditions d’une réduction telle qu’elle se pratiquait à l’âge du fer et au début du Moyen-Age. Il a fallu, préalablement à la réduction proprement dite, se procurer un minerai de fer local, puis construire le bas-fourneau avec des briques fabriquées à partir d’un mélange d’argile, de sable et de foin.

L’obtention du minerai Le minerai de fer utilisé, de la limonite, provient d’un site sur la commune de La Ferrière dont l’exploitation, très ancienne, s’est étendue sur une longue période comme en témoignent les résidus de bas-fourneau, le laitier, que l’on trouve en abondance sur de nombreux terrains de la commune.

Une fois extraits, les blocs de minerai doivent être fragmentés

Le grillage du minerai Le minerai de fer ne peut être mis en l’état dans le bas-fourneau. On doit préalablement à la réduction, le griller, c’est-à-dire le soumettre pendant plusieurs heures à une forte température dans un brasier, de façon à éliminer l’eau et le soufre nuisibles à une bonne réduction

Le minerai, après l’opération de grillage se présente sous cet aspect Le minerai, après l’opération de grillage se présente sous cet aspect. Il est devenu friable et cassant.

La confection des briques en pisé On mélange de l’argile finement broyée, du foin et du sable. On ajoute ensuite à ce mélange de l’eau jusqu’à obtenir une pâte malléable. Cette pâte est ensuite moulée dans des formes en bois de 18 cmx12cmx6cm. 300 briques sont ainsi réalisées. 100 de ces briques sont coupées en deux. Les 400 briques ainsi obtenues ont été mises à sécher pendant une dizaine de jours.

Préparation du pisé

Confection de boules de pisé préalablement au moulage.

Fabrication des briques à l’aide de moules

Préparation du minerai de fer Le minerai de fer rendu friable par le grillage est concassé, réduit en poudre, puis tamisé.

La construction du bas-fourneau On creuse légèrement le sol à l’emplacement choisi pour la construction.

Positionnement des tuyères On va inclure 2 tuyères en argile dans la paroi arrière. Elles seront superposées. La plus basse sera utilisée en premier. Puis, quand la masse des scories sera devenue trop importante, on assurera la ventilation avec la tuyère la plus haute. Elles sont positionnées de telle sorte que l’air soufflé arrive au centre de la chambre de combustion.

Achèvement de la chambre de combustion. Construction du portique.

La partie inférieure du bas-fourneau est terminée La partie inférieure du bas-fourneau est terminée. Elle consiste en un cylindre dont le diamètre est de 25 cm. pour une hauteur également de 25 cm. Cette partie du bas-fourneau se prolongera verticalement par une cheminée également cylindrique et de même diamètre que la chambre de combustion. L’ensemble du bas-fourneau, compte tenu de ce diamètre de 25 cm. devra atteindre une hauteur de 140 cm. pour que les différentes réactions permettant la réduction du minerai soient optimales.

Construction de la cheminée à l’aide d’un guide La paroi intérieure de la chambre de combustion et de la cheminée est lissée avec de la barbotine de sorte que le charbon de bois et la poudre de minerai de fer puissent descendre régulièrement. En final, la paroi extérieure du bas-fourneau est enduite d’une couche d’argile.

Installation des soufflets à l’arrière du bas-fourneau sur la tuyère la plus basse. Un feu sera ensuite allumé devant l’entrée. Il sera alimenté pendant plusieurs heures et, peu à peu, repoussé vers l’intérieur de la chambre pour assurer un séchage régulier et progressif de l’argile. Après cette opération, le bas-fourneau sera devenu opérationnel.

Réduction du minerai de fer Un feu est allumé à l’intérieur du bas-fourneau. On alimente ce feu avec des bûches. Il s’agit d’obtenir une quantité suffisante de braises. La combustion est activée à l’aide des deux soufflets qui doivent être manipulés alternativement et non pas simultanément sous peine de provoquer un retour de flamme qui les endommagerait gravement. L’orifice de la seconde tuyère qui sera utilisée ultérieurement n’est pas obturé. Ce regard permettra de vérifier, en se référant à la couleur, la température atteinte.

Lorsque le feu de bûches a donné suffisamment de braises, on ajoute quelques seaux de charbon de bois en le versant par la cheminée. Le charbon de bois sera ensuite le seul combustible utilisé pour mener à bien l’opération de réduction. Pour obtenir une meilleure combustion, il est fragmenté par écrasement en morceaux plus petits.

Lorsque la quantité de braises est jugée suffisante, le bas-fourneau est totalement vidé Les braises sont entreposées dans un enclos de briques pour limiter leur refroidissement. L’opération suivante doit être exécutée le plus rapidement possibles, les braises devant servir à relancer une combustion.

Les braises extraites de la chambre lors de l’opération précédente sont reversées dans le bas-fourneau par la cheminée. Elles sont remises à incandescence à l’aide des soufflets; A partir de cet instant, les soufflets devront être constamment maniés, durant tout le temps de la réduction. L’entrée du bas-fourneau, dont la chambre a été vidée de ses braises, est hermétiquement bouchée à l’aide de briques cimentées d’argile.

On verse peu à peu le charbon de bois jusqu’à remplir totalement le bas-fourneau.

L’adjonction de minerai ne pourra se faire que lorsqu’une température de 1200-1300° sera atteinte dans la chambre de combustion et une température de 850°, au moins, dans le corps de la cheminée. La bonne température s’apprécie lorsque le gaz sortant de la cheminée du bas-fourneau s’enflamme. Lorsque cette température est atteinte, on laisse descendre le niveau du combustible (qui affleurait le bord de la cheminée) d’une dizaine de centimètres. On verse alors, précisément, 2 kg. de minerai. On attend de nouveau que la combustion ait suffisamment abaissé le niveau pour pouvoir y déverser 1 kg. de charbon de bois (8 litres). On répète autant de fois qu’il est nécessaire cette opération : 2kg de minerai, 8 litres de charbon de bois.

Le fer obtenu par réduction s’accumule dans la partie basse de la chambre, de même que les scories (Fe2SiO4) Cette masse, lorsqu’elle arrive au niveau de la tuyère basse perturbe l’efficacité de celle-ci. On déconnecte alors les soufflets de la tuyère basse pour les positionner sur la tuyère haute. L’entrée de la tuyère basse est hermétiquement bouchée à l’aide d’argile

Lorsque tout le minerai prévu a été utilisé, on continue à approvisionner le bas-fourneau en charbon de bois un certain temps, puis on laisse la combustion vider presque entièrement la cheminée avant de dégager l’entrée du bas-fourneau pour en extraire le fer et les scories.

Une fois débarrassé de ses impuretés, le fer obtenu se présente sous la forme d’une masse métallique spongieuse. 30 kg. de minerai ont fourni une quinzaine de kg. de fer utilisable. De nombreuses et délicates opérations sont ensuite nécessaires pour transformer ce fer en outils ou en armes.

Les objets présentés ci-dessous ont été réalisés par Jean Claude LEBLANC à partir d’un fer de bas-fourneau.