Bronze

Le bronze est du cuivre allié à un peu d'étain, en général un dixième. Plus dur que le cuivre, il fond à plus basse température et remplit bien un moule ; à partir du IVe millénaire av. J.-C., il a donné son nom à un âge d'outils, d'armes, de vases et de statues.

Ce que c’est

Le bronze est un alliage, un métal composé de deux éléments ou plus, ici surtout du cuivre avec une part plus faible d’étain ; la recette classique compte environ neuf parts de cuivre pour une d’étain, en poids. Les objets anciens conservés contiennent de deux tiers à 95 % de cuivre environ, avec parfois d’autres métaux comme l’arsenic, le plomb ou le zinc.

L’étain durcit le cuivre, et une lame garde mieux son tranchant. Le bronze fond sur une plage de températures autour de 950 °C, selon la teneur en étain, alors que le cuivre pur fond à 1 085 °C ; cette température plus basse est plus facile à atteindre avec un feu de charbon de bois soufflé. Le bronze fondu coule aussi bien dans un moule.

Comment ça marche

Le cuivre pur est fait de cristaux dont les plans d’atomes glissent facilement les uns sur les autres : c’est pourquoi il plie et se bosselle. Les atomes d’étain sont plus gros. Dispersés dans le cuivre, ils bloquent ces plans, si bien que le métal résiste mieux à la flexion et aux chocs. Le martelage à froid le durcit encore : une lame de bronze pouvait être coulée, puis battue sur le fil pour le durcir.

Les matières premières du commerce de l’âge du bronze : un lingot de cuivre « en peau de bœuf » à quatre poignées et des morceaux d’étain.

La teneur en étain décide de l’usage du métal. Le bronze à 10 % d’étain environ était la norme pour couler outils et armes ; un bronze plus doux, à 6 %, se martelait en tôle. Le bronze de cloche dépasse 20 % d’étain : il est dur et sonne bien, mais se brise s’il tombe. Trop d’étain rend n’importe quel bronze cassant.

Les minerais de cuivre et d’étain se trouvent rarement au même endroit. Le cuivre s’extrayait dans bien des régions, Chypre parmi les plus riches ; l’étain venait de lieux beaucoup moins nombreux, comme la Cornouailles, le Taurus et l’Afghanistan ou ses voisins. Le bronze dépendait donc de longues routes commerciales, et une rupture de l’approvisionnement en étain pouvait arrêter la production très loin de là.

Un moule de pierre en deux parties : une fois refermées, les deux moitiés forment la hache, et le métal est versé par le bout étroit.

Les formes simples, comme les haches plates, se coulaient dans des moules ouverts ou dans des moules en deux parties, en pierre ou en argile. Les objets creux ou très détaillés pouvaient être faits par la fonte à la cire perdue. Le fondeur modelait l’objet en cire autour d’un noyau d’argile, ajoutait des tiges de cire qui deviendraient le canal de coulée, et enveloppait le tout d’argile fine. En cuisant le moule, on faisait fondre la cire. Le bronze versé dans le moule chaud remplissait la place laissée par la cire, et l’on cassait le moule une fois le métal refroidi. Les fonderies d’art procèdent encore ainsi : elles coulent le bronze bien au-delà de 1 000 °C dans un moule chauffé au préalable à plusieurs centaines de degrés, pour qu’il ne se fende pas.

Comment le fabriquer

Couler du bronze, c’est manipuler un métal à plus de 1 000 °C. Apprenez-le dans un stage de fonderie ou l’atelier d’une école, auprès d’un fondeur expérimenté, avant de le tenter ailleurs. Les étapes ci-dessous décrivent une petite fonte à la cire perdue.

Faire le modèle. Modelez un petit objet en cire de fonderie, plein et nulle part plus épais qu’un doigt. Fixez une tige et un godet de cire sur la partie la plus épaisse : ils formeront le canal de coulée.

L’envelopper. Fixez le godet de cire sur un socle de coulée en caoutchouc, posez un cylindre d’acier par-dessus et remplissez-le d’un revêtement vendu pour la fonte du bronze, mélange de plâtre et de silice ; une fois le socle retiré, le godet forme l’ouverture de coulée. Suivez exactement les instructions du fabricant pour le gâchage, la prise et le séchage : chaque produit a les siennes.

Décirer. Chauffez le moule à l’envers dans un four en suivant le cycle de cuisson prévu pour le revêtement, pour que la cire s’écoule et que le moule soit parfaitement sec. Coulez pendant qu’il est encore chaud : un moule froid ou humide peut se fendre ou rejeter le métal.

Fondre le métal. Utilisez du bronze de fonderie tout prêt (cuivre à environ 10 % d’étain) ou pesez du cuivre et de l’étain propres dans le rapport 9 pour 1. Faites fondre dans un creuset argile-graphite, dans un four à air soufflé ; si vous faites l’alliage vous-même, ajoutez l’étain en dernier, puis écumez les crasses.

Couler et finir. Soulevez le creuset avec des pinces adaptées et versez d’un jet régulier jusqu’à remplir le godet. Laissez refroidir, cassez le moule, coupez le canal, puis limez, ciselez et polissez la surface.

Sécurité. Le métal en fusion provoque des brûlures graves et des incendies. Portez des vêtements conçus contre les projections de métal en fusion, une visière par-dessus des lunettes de sécurité, des gants et des bottes de fonderie, le pantalon par-dessus les bottes pour que le métal ne puisse pas y couler, et tenez les curieux à distance. Outils, moules et lingots doivent être parfaitement secs : une goutte d’eau sous du métal en fusion se change en vapeur et le projette. Coulez au-dessus de sable sec, jamais sur du béton, et travaillez dehors ou sous une aspiration puissante. Ne fondez jamais de déchets de composition inconnue : le laiton dégage des fumées de zinc, et certains vieux alliages contiennent du plomb ou d’autres métaux toxiques. Le revêtement et les moules cassés libèrent de la poussière de silice : gâchez-les et décochez-les à l’humide ou sous aspiration, et portez un appareil respiratoire certifié et bien ajusté contre les poussières fines de silice.

Histoire et évolution

Du cuivre allié à l’arsenic était produit sur le plateau iranien, sur des sites comme Tal-i Iblis, vers 3800 à 3400 av. J.-C. Le cuivre arsénié est dur, mais ses fumées sont toxiques. Le plus ancien bronze à l’étain connu à ce jour est une feuille de Pločnik, en Serbie, que ses fouilleurs datent d’environ 4650 av. J.-C., bien que le contexte de la découverte ait été contesté ; il a sans doute été obtenu à partir d’un minerai qui contenait déjà les deux métaux. Au Proche-Orient, on fait commencer l’âge du bronze au milieu du IVe millénaire av. J.-C., d’abord surtout avec du cuivre arsénié ; le bronze à l’étain y devient l’alliage courant au IIIe millénaire. En Chine, l’âge du bronze débute au début du IIe millénaire av. J.-C.

Un chaudron rituel shang de type ding. Les fondeurs chinois coulaient ces vases dans des moules assemblés à partir de nombreuses pièces d’argile.

L’épave d’Uluburun, qui a sombré au large du sud de la Turquie vers 1300 av. J.-C., montre l’ampleur de ce commerce. Sa cale contenait environ 10 tonnes de cuivre chypriote, dont quelque 350 lingots en peau de bœuf, et environ une tonne d’étain, à peu près la proportion de dix pour un du bronze. En Chine, les cours shang et zhou faisaient couler des vases rituels pour les offrandes et les tombes, selon une méthode de moules à pièces sans équivalent ailleurs.

Vers 1200 av. J.-C., guerres et migrations autour de la Méditerranée orientale coupèrent bien des routes commerciales ; une explication veut que l’étain se soit raréfié, mais les indices varient selon les régions. Le fer, dont le minerai se trouve presque partout, remplaça peu à peu le bronze pour les outils et les armes, à mesure que les forgerons apprirent à le travailler. Le bronze resta en usage pour les cloches, les statues, les miroirs, les monnaies et les ferrures de navire, et aujourd’hui pour les coussinets, les ressorts et les pièces marines qui doivent résister à l’eau de mer.