Métallurgie du plomb

La métallurgie du plomb tire le métal de la galène, un sulfure de plomb gris qui contient souvent un peu d'argent. Le minerai livre son plomb dans un feu qui n'a pas besoin d'être très chaud, puis la coupellation en sépare l'argent. Le plus ancien objet dont on a démontré qu'il est en plomb fondu, trouvé dans la grotte d'Ashalim dans le Néguev, date de 4300 à 4000 av. J.-C. Les fumées et poussières de plomb sont toxiques.

Ce que c’est

Le plomb est un métal gris, lourd et mou, qui fond à 327 °C. Son principal minerai est la galène, un sulfure de plomb qui forme des cubes gris brillants et contient souvent un peu d’argent. La fonte enlève le soufre et laisse le métal, que l’on pouvait ensuite couler en feuilles, en tuyaux, en poids et en récipients.

Pendant la plus grande partie de l’histoire, plomb et argent ont été produits ensemble. L’argent était souvent tiré du minerai de plomb : les mines de plomb argentifère du Devon médiéval, par exemple, fondaient leur minerai en plomb puis en extrayaient l’argent par coupellation. La fonte ancienne et médiévale dégageait des fumées et des poussières de plomb, et les terres autour des sites de fonte à l’air libre devenaient trop toxiques pour le pâturage. L’Organisation mondiale de la santé indique qu’aucun niveau d’exposition au plomb n’est connu pour être sans danger, et les enfants sont les plus vulnérables.

Comment ça marche

La galène peut être fondue dans un feu qui ne devient jamais assez chaud pour vitrifier sa scorie, par exemple un foyer ouvert attisé par le vent. Dans ces feux, une partie de la galène brûlait à l’air en oxyde de plomb. Cet oxyde réagissait ensuite avec la galène restée intacte, et les deux ensemble donnaient du plomb métallique et du dioxyde de soufre. Le plomb fondu, très lourd, descend à travers le feu. La scorie gardait une part du plomb, que les fondeurs récupéraient en la refondant dans un four plus chaud, au charbon de bois.

Une petite coupelle d’essai en cendre d’os, avec la perle d’argent restée dedans.

La coupellation sépare l’argent. Le plomb argentifère est fondu dans une sole ou une coupe poreuse et peu profonde, la coupelle, faite de cendre d’os ou de cendre de bois, et l’on souffle de l’air à sa surface. Le plomb s’oxyde en litharge, un oxyde de plomb qui fond et que l’on écume ou que la sole poreuse absorbe. L’argent et l’or ne s’oxydent pas et restent sous forme d’un bouton brillant. La litharge pouvait être refondue pour en récupérer le plomb. De petites coupelles, comme une coupelle de 33 mm de diamètre trouvée à Montbéliard, servaient à mesurer la teneur en argent d’un minerai. Au XVe siècle, dans le Devon, les mines de plomb argentifère de Bere Ferrers réunissaient leur four de fonte et leur foyer de coupellation dans une seule affinerie, le « fining mill » de Maristow.

Histoire et évolution

La pièce de la grotte d’Ashalim est le plus ancien objet dont on a prouvé qu’il est en plomb fondu à partir du minerai.

Des perles de Çatalhöyük, en Anatolie, autrefois décrites comme du plomb, se sont révélées taillées dans la galène elle-même. Un bracelet en plomb de Yarim Tepe, dans le nord de l’Irak, d’environ 5700 av. J.-C., est plus ancien, mais on ignore si son métal a été obtenu par fonte. Le plus ancien objet dont on a démontré qu’il est en plomb fondu est une petite pièce biconique de la grotte d’Ashalim, dans le Néguev, fixée sur une hampe de bois datée par le radiocarbone de 4300 à 4000 av. J.-C. Elle est en plomb presque pur, et ses isotopes correspondent aux minerais du Taurus, en Anatolie.

L’argent apparaît dans tout le Proche-Orient au IVe millénaire av. J.-C., en même temps que les premières traces de coupellation, des restes de foyers de coupellation à Habuba Kabira en Syrie et à Fatmalı-Kalecik en Anatolie. Vers 3000 av. J.-C., on fait du plomb des bols, des plateaux et des bouteilles, à Ur en Mésopotamie et à Demircihöyük en Anatolie.

Un tronçon de carotte de glace : chaque année de neige forme une couche, et les poussières et métaux qu’elle portait restent piégés dans la glace.

Le plomb des glaces du Groenland enregistre ce que l’Europe a fondu. Des mesures publiées en 2018 montrent des émissions qui montent avec le commerce phénicien, s’accélèrent avec les mines carthaginoises et romaines de la péninsule Ibérique, culminent sous l’Empire romain et retombent après la peste antonine du IIe siècle. La plus grande part de ce plomb venait de la fonte de minerais d’argent destinés à la monnaie.

Dans l’Angleterre médiévale, on fond le plomb dans des boles à partir de la fin du XIIe siècle environ. Un bole est une enceinte de pierre basse, sur une crête exposée, où le vent entretenait un feu de bois. Le grand bole de Totley, près de Sheffield, d’environ sept mètres sur trois, pouvait produire jusqu’à 16 fothers de plomb, environ 15 tonnes, en une seule fonte. Les boles travaillaient par campagnes, quand les vents étaient les plus forts ; un rapport du XVIe siècle dit qu’il fallait attendre un vent du sud-ouest.

À partir du milieu du XVIe siècle, le foyer à minerai (ore hearth), animé par des soufflets, plus tard actionnés par l’eau, remplace le bole. En 1735, la London Lead Company construit à Kelstedge, près d’Ashover dans le Derbyshire, une « cupola » : un four à réverbère chauffé au charbon de terre, où le minerai ne touche jamais le combustible ; de longs carneaux et de hautes cheminées sont ajoutés pour refroidir et condenser les fumées. En 1850, Alexander Parkes fait breveter une méthode pour retirer l’argent du plomb en y brassant du zinc, qui capte l’argent. Aujourd’hui, plus de la moitié du plomb mondial vient du recyclage, surtout des vieilles batteries.