Techniques préparatoires antérieures à la forge (affinage, carburation et grappage)

              Une fois le métal obtenu par réduction, celui-ci ne pouvait être utilisé directement à la forge [1].

Il nécessitait auparavant de passer par un certain nombre de traitement comme l’affinage, permettant de transformer la fonte en acier ou en fer par oxydation du carbone ; et l’épuration, une opération au cours de laquelle les déchets (scories, charbons de bois) étaient principalement évacués par martelage. Ces opérations avaient très souvent lieu au sein de la forge.

Ces techniques durent apparaître dans l’archipel japonais en même temps que l’arrivée des métallurgistes de la péninsule coréenne aux Ve et VIe siècles et simultanément également à la mise en place des premiers fourneaux de réduction (Furuse, 1991).

1 – La question de l’affinage

              Les produits variés issus des sites de réduction que ce soit de l’acier ou de la fonte, étaient donc rarement directement forgeables. Les forgerons japonais ont donc été vraisemblablement capables de composer avec ses différents matériaux.

Les travaux de Furuse Kiyohide sur la question des techniques de forge des périodes Kofun et antique nous sont ici très utiles (Furuse, 1991 et 2000).

Il apparait effectivement que d’après les expérimentations menées par Furuse, un foyer de forge quelque peu rudimentaire, à savoir une fosse circulaire de 40cm de diamètre et de 15cm de profondeur (Cf. Figure 1), surmontée d’une tuyère elle-même placée dans une paroi de près de 15cm de haut (ce qui porte la profondeur totale du fourneau à près de 30cm), permettait de réaliser sans soucis l’oroshi卸し, une technique permettant à la fois de décarburer des morceaux de fonte ou d’acier fortement carburé (zuku oroshi銑卸し) et de carburer des fragments de fer doux voire d’acier faiblement carburé, en fonction de la disposition initiale des fragments par rapport à la tuyère.

Cette même technique d’oroshi pouvait enfin également permettre de faire du « grappage », une technique consistant à recycler des objets anciens en les portant à haute température afin de reformer en l’occurrence une sorte de masse métallique.

Figure 1, Foyer de forge réalisé par Furuse Kiyohide avec l’aide du forgeron de sabre Mikami Sadanao (Furuse, 2000).

Il est à noter que le métal issu de la technique d’oroshi porte le nom d’oroshigane卸し金.

1.1 – Technique du Zuku oroshi

Pour réaliser son expérimentation, Furuse Kiyohide se basa notamment sur la technique encore utilisée actuellement par les forgerons de sabre et la description qui en est faite par Tawara Kuni.ichi (Tawara, 1933), sous l’appellation de sage下げ.

Le sage est alors une opération succédant directement à la production du métal au sein du tatara, dans la forge qui y est généralement associée l’ōkaji大鍛冶. La technique consiste en fait à affiner la fonte en exploitant la propriété du fer à avoir tendance à relâcher du carbone en présence d’oxygène. L’opération était réalisée par un maître de forge, le daiku大工, aidé de 4 compagnons (tego手子) et 1 apprenti (komawari小廻り).

Des tekkai de fonte d’un gabarit de 6 à 13cm de grosseur étaient alors sélectionnés (Cf. Figure 2). Les tekkai les plus gros étaient disposés face à la tuyère de la forge, légèrement écartés et se touchant par le sommet de telle manière à former un tunnel pour laisser passer l’air provenant de la tuyère au cœur de la zone ainsi formée. Le reste des tekkai était disposé au-dessus. Le tout était enfin recouvert par du charbon de bois[2].

Figure 2, Procédé du Zuku oroshi. Les chiffres correspondent à l’ordre dans lesquels ils sont disposés (Tawara, 1933).

Après allumage du foyer, le soufflet était activé de manière ample et relativement lente. Puis au bout d’une heure, lorsque la surface des tekkai commençait à fondre, le rythme du soufflet était accéléré afin d’augmenter rapidement la température et ainsi favoriser l’oxydation des blocs de fonte. Au bout de près de 2 heures, le forgeron obtenait alors une masse de fer affiné.

La répartition du carbone y restait plus ou moins hétérogène, avec notamment certaine zone demeurant à 1,5% de carbone mais la plus grande partie de la masse offrait des teneurs en carbone inférieur à 0,7%.

De manière plus précise, plus la zone occupée par la masse était éloignée de la tuyère moins le vent permettant d’oxyder le fer pouvait y pénétrer. Par conséquent, les teneurs en carbone dans ces zones étaient demeurés particulièrement élevées (Tawara, 1933).

Or Furuse Kiyohide a donc pu reproduire ce type de technique avec un foyer somme toute très élémentaire, décrit plus avant.

Son expérimentation a permis d’affiner en près d’1h25, 6,826kg de tekkai de fonte, obtenant plusieurs masses affinées de fer s’échelonnant entre 40g et 2,16kg, soit 6,61kg au total. Furuse relève alors le faible taux de scories produites (225g), qu’il suppose lié à la qualité de la fonte utilisée au départ[3].

En outre, Furuse souligne la quasi-absence d’argile dans la réalisation de son foyer (la paroi de la tuyère était effectivement réalisée en briques), ce qui limite également la production de scories.

1.2 – Technique de carburation et de grappage

La deuxième technique sous-entendu par l’appellation d’oroshigane, consiste donc à carburer le fer si celui-ci était jugé trop doux, par méthode de cémentation (Yoshihara, 1987). La même technique permet également de récupérer et de concentrer le fer qui pourrait se trouver emprisonné dans des scories (Furuse 2000), ou encore, peut également être employée dans le but de récupérer et de « grapper » le métal de sables ferrifères mal réduit, occasionnant une « seconde réduction » (Merluzzo, Forrières, 1995 ; Aranda et al., 2009).

En tant que petite réduction, cette technique peut également permettre de recycler tout objet en fer, y compris un sabre cassé en petits morceaux[4], afin de le retransformer en masse métallique. Des objets finis en fonte pouvaient également être recyclés de la même manière. Il suffisait alors de les casser, de les décarburer, puis de les faire passer par la technique d’oroshi pour obtenir également une masse métallique (Furuse, 2000).

Furuse établit ici aussi une référence particulièrement intéressante dans ces travaux à ce sujet (Furuse, 2000).

A l’aide du même foyer précédemment cité, l’expérimentation de production d’oroshigane fut réalisée en se servant notamment de scories comportant encore une certaine quantité de fer (tekkaikei ibutsu) et produites lors de l’opération d’orikaeshi折り返し (opération de corroyage par série de pliages et de soudures d’un bloc d’acier[5]), par le forgeron de sabres avec lequel il travaillait[6].

Le but de l’expérimentation était de concentrer à nouveau le fer en petites masses exploitables à la forge et bien séparées de la scorie.

On est en présence ici d’éléments qui sont d’ailleurs très proches morphologiquement et structurellement parlant des tekkaikei ibutsu retrouvées sur différents sites.

Figure 3, Procédé d’oroshigane (d’après Furuse, 2000).

Pour procéder, le foyer de forge est empli de charbons de bois jusqu’à atteindre près de 30cm au-dessus de la zone où débouche la tuyère. Après allumage du foyer et l’apparition d’une flamme, la matière première est disposée au sommet du monticule de charbons. Les charges furent définies à 300g dans le cadre de cette expérimentation.

Il semble que le placement de la matière première à l’opposé de la tuyère permette d’en ralentir la descente dans le foyer, afin que l’opération – qui fonctionne somme toute comme une réduction – soit la plus efficace possible.

Le charbon en se consumant cède peu à peu sa place à la matière première, qui se rapproche alors petit à petit du point chaud de la tuyère. La scorie se sépare du fer et ce dernier se charge alors en carbone et se grappe avec les autres fragments

En une heure, après avoir chargé près de 3,5kg de matière première répartie en 10 charges, Furuse obtint une masse d’1,62kg d’oroshigane, ainsi qu’en-dessous une scorie de type culot de forge d’1,475kg.

D’après ces résultats et l’état du foyer, Furuse estime qu’avec un foyer de cette taille, il devait être possible de transformer en oroshigane près de 10kg de matière première en une opération complète.

2 – La question de l’épuration

              A l’issu de la réduction du fer, le massiot obtenu est une masse recelant encore des scories ou du charbon de bois, qu’il convient de séparer du fer métal avant de le forger. Le massiot est alors chauffé dans un foyer et compacté afin d’en séparer le métal de la scorie et des charbons de bois.

              Une deuxième étape consiste généralement à donner une forme au métal afin de pouvoir le transporter plus facilement et de lui donner éventuellement une valeur commerciale standardisée pour l’époque et en vue de son commerce. C’est ce qui a pu être supposé notamment de barres de fer romaines, des barres de fer à soie enroulée (« currency bars »), ou encore des barres en forme de double pyramides (Doppel-Sptizbarren) que l’on retrouve en Europe au cours de l’âge du Fer et la période romaine (Mangin, sous la dir. de, 2004). Ces masses de métal compactées et mises en forme portent le nom de demi-produits. Les études en la matière au Japon demeurent cependant peu nombreuses sur cette question.

A notre connaissance, seules les recherches de Sasaki Minoru se consacre à ce sujet (Sasaki et al., 2000 ; Sasaki et al., 2002). Ses recherches portent sur des barres d’acier qui furent retrouvées sur une dizaine de sites entre le Kyūshū et le nord du Tōhoku, ce qui couvre donc près de l’ensemble de l’archipel.

Les datations des sites où ceux-ci furent découverts s’échelonnent entre le XIIe et le XVIIe siècle. Ces barres de fer font entre 18 et 25cm en moyenne, s’affinant légèrement à une extrémité. Ces barres furent même retrouvées groupées au nombre de 34 sur le site des ruines du château Namioka浪岡城跡, dans le département d’Aomori. Le même type de barre fut également retrouvé en un seul exemplaire sur le site de l’agglomération médiévale de Kusado Sengen草戸千軒町遺跡 ou encore sur le site de la résidence de Kikkawa Motoharu吉川元春 dans le département de Hiroshima.

Figure 4, Barres groupées retrouvées sur le site du Château de Namioka (Sasaki et al., 2002).

Les différents vestiges sont tous caractérisés par une structure métallographique très similaire (Cf. Figure 5), avec des inclusions de wüstite, d’oxyde de titane, d’un composé de FeO-MgO-SiO2, ou encore dotée d’une matrice plus ou moins vitrifiée de ces inclusions (Sasaki et al., 2000). Un examen de la coupe métallographique d’une de ces pièces révèle d’une part un étirage ayant orienté les inclusions dans un même sens (témoin de l’activité de martelage) et d’autre part des soudures à chaud d’acier de différentes teneur en carbone pour une seule et même pièce (la majeure partie de la pièce est ainsi composée de près de 0,1% de carbone tandis que d’autres zones, rapportées à cette pièce, sont composées de 0,7 à 0,8% de carbone). Nous aurions donc ici, d’après Sasaki Minoru, un produit majoritairement composé de fer doux auquel fut rapporté par martelage et soudure à chaud des tekkai d’acier eutectoïde.

Compte tenu de la présence des tettei à la période Kofun et du hochō tetsu à la période moderne[7], l’absence de demi-produits avérés pour la période médiévale pose problème. Sasaki Minoru propose donc alors pour hypothèse de voir dans ces barres les demi-produits en circulation dans l’archipel au cours de cette période.

Néanmoins, le faible nombre de découvertes de ces éléments dans l’ensemble de l’archipel (seulement une dizaine de sites représentant une quarantaine de pièces pour une période courant sur près de quatre siècles) et leur caractéristique métallographique laissent planer de nombreux doutes.

Figure 5, Examen métallographique d’une des « barres ». a1 : Aspect extérieur ; b1 : Micrographie de la barre, R1 (fer allié à 0,6% de carbone), R2 (fer allié à 0,1% de carbone), R3 (fer allié à 0,2% de carbone) et R4 (fer allié à 0,8% de carbone) ; c1 : grossissement de la structure R1 ; c2 : grossissement de la structure R2 ; d1 : grossisement sur une inclusion comportant de la wüstite (W), un composé ferro-titane oxydé (XT) et un composé FeO-MgO-SiO2 (F) ; (Sasaki et al., 2002).

Si l’examen métallographique de différentes barres (réalisé jusqu’à présent sur une seule barre) confirmait une structure hétérogène et variant sensiblement d’une barre à l’autre suivant les vestiges, la considération de ce type de vestige en tant que demi-produit nous parait difficile à soutenir. Ces vestiges seraient alors trop différents pour former un seul et même type de produit pouvant avoir une même valeur marchande.

En considérant la structure métallographique présentée ici, on pourrait également supposer le témoignage d’une forge de réparation ou de recyclage. En effet, ce type de pièce pourrait effectivement être issu du soudage à chaud de plusieurs éléments et de leur allongement sous cette forme.

D’autre part, Matsui Kazuyuki (Matsui, 2001) permit de rapprocher ce type d’objets aux dents des charrues utilisées dans les rivières, lui permettant ainsi de remettre en question également cet emploi en tant que demi-produit avancé par Sasaki. Ce dernier répliqua justement à cette critique par l’observation métallographique qu’il a opéré précédemment. D’après Sasaki (Sasaki et al., 2002), l’hétérogénéité de l’objet le fragiliserait trop dans le cas d’une utilisation en tant qu’outil de labour. Sasaki, maintient donc son hypothèse tout en soulignant que cette étude nécessiterait des recherches plus approfondies.

La question de ces demi-produits est donc encore loin de pouvoir être élucidée, compte tenu du peu de données en présence. Il est à espérer que dans un avenir proche de nouvelles découvertes permettront de combler cette lacune dans la connaissance de la circulation des produits au Japon.

Les techniques d’affinage et d’épuration étaient donc présentes au Japon depuis la fin de la période Kofun et Furuse (Furuse, 1991, 2000), Kawase (Kawase, 1995b), ou encore Anma (Anma, 2007), supposent une continuité de leur emploi jusqu’à nos jours.


[1] On rappellera ici que la forge n’était pas la seule destination possible de la production des ateliers de réduction puisqu’il existait également des fonderies, parfois d’ailleurs tout aussi renommées que les forges de sabre, et qui se servaient de la fonte produite pour couler des pièces telles que marmites, bouilloires, outils agricoles, cloches de temple, statues bouddhiques… Cependant, nous concentrons ici notre attention sur les techniques uniquement mises en place dans le cadre de la production des lames de sabre.

[2] Ce sont près de 450kg de charbons de bois qui sont utilisés pour l’ensemble de l’opération.

[3] Une fonte provenant du tatara Nittōho et assez dépourvue d’impuretés pouvant produire de la scorie (Furuse, 2000).

[4] Cette expérience a déjà été réalisée par Mikami Sadanao三上貞直, forgeron de sabre (Entretien avec Mikami Sadanao, 2011).

[5] Rappelons que le travail du corroyage consiste à replier plusieurs fois l’acier en opérant des soudures à chaque pliage. Pour ce faire, le forgeron doit donc chauffer le matériau à une température proche de la fusion. Une petite partie de l’acier portée à une température aussi élevée à tendance à fondre et à se perdre au fond du foyer, refusionnant alors avec de la scorie formée par les impuretés résiduelles.

[6] Il s’agit de Mikami Sadanao.

[7] Dans les deux cas des demi-produits destinés à servir de produit de commerce et de matières premières pour les forges (Tawara, 1933 ; Furuse, 2004 ; Murakami, 2008).

Votre commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l’aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Photo Google

Vous commentez à l’aide de votre compte Google. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l’aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l’aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s

Créez votre site Web avec WordPress.com
Commencer
%d blogueurs aiment cette page :