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Métallurgie du fer

La métallurgie du bronze et celle du fer sont très différentes. Le principal avantage du fer sur le bronze est que les minerais dont il est tiré sont très répandus, contrairement à ceux de cuivre et de l’étain dont l'approvisionnement nécessite un commerce à longue distance et des produits de valeur à échanger. C’est aussi un métal pur et non un alliage. Il est plus résistant et plus léger que le bronze, mais plus difficile à travailler. Il ne fond qu’à une température très élevée, à près de 2 000 °C.

Les premiers fours, comme ceux des bronziers, étaient de petites fosses. Puis le bas fourneau a été inventé, fosse surmontée d’une cheminée d’argile, ou grosse d'argile façonnée sur le sol autour d’une armature en clayonnage et percée de deux trous à la base pour l’oxygénation. De tels fours ont fonctionné en Afrique jusqu'au début du XX^e siècle : ils permettent de se faire une idée sur la technique traditionnelle d’extraction du fer. On estime que 50 kg de minerai pouvait donner jusqu'à 30 kg de scories environ — ces chiffres variant avec la qualité du minerai —, dont on tirait une douzaine de kilogrammes de fer. Le minerai concassé était jeté dans un four où brûlait du charbon de bois. L'approvisionnement en charbon était de ce fait si indispensable qu’il a entraîné le déboisement de régions entières au Proche-Orient et en Afrique, qui, en raison de la fragilité des sols, a favorisé une désertification. La combustion était accélérée au moyen de soufflets dont les tuyères, introduites à la base du four, et actionnées en permanence permettaient d'atteindre la température de fusion minimale pour la fonte du minerai. La cheminée était brisée pour récupérer la loupe de fer mélangée à la gangue spongieuse de scories qu’il fallait marteler vigoureusement à chaud sur une enclume pour éliminer les impuretés. On donnait ensuite une forme déterminée à cet amas de plus en plus purifié pour en faire des outils ou des lingots, mais il fallait réchauffer au rouge cette masse de fer pour pouvoir la travailler. Cette chaîne opératoire durait environ six heures. La méthode du ¹⁴C, appliquée aux charbons de bois résiduels trouvés dans les fonds en argile des anciens fours, permet de dater les sites où se pratiquait la métallurgie du fer. (Voir datation, méthodes de.)

La cémentation, qui consiste à ajouter du carbone pour durcir le fer et obtenir de l’acier, était probablement maîtrisée au tout début du I^er millénaire av. J.-C. comme le laissent supposer les objets de fer moulé (bijoux, clous, hampes de flèches, lames de poignards, houes), découverts dans un atelier de forgeron à Hasanlu, au nord-est de l'Iran. Les métallurgistes celtes l’ont pratiquée ainsi que la technique du corroyage (ou paquetage), où plusieurs barres de fer superposées et différemment carburées (chauffées fortement pour qu'elles absorbent le carbone du charbon de bois) sont martelées pour en combiner les diverses qualités de souplesse ou de dureté. (Voir sidérurgie).