Pendant des siècles, les habitants de ce qui est aujourd'hui la région de Trøndelag en Norvège ont fabriqué de grandes quantités de fer de première qualité. Fait à partir de minerai provenant des tourbières, ce fer servait à fabriquer des armes et des outils.
La production a atteint un pic d'environ 40 tonnes par an aux alentours de 200 après JC. Avec des niveaux de production aussi hauts, il est très probable qu'ils aient exporté du fer vers le continent européen.
Mais d'où leur est venu cette expertise dans la fusion du minerai ?
Arne Wang Espelund, professeur au département des sciences et de l'ingénierie des matériaux à l'Université norvégienne de sciences et de technologies (NTNU), s'intéresse à la fabrication du fer depuis les années 1970. Il a lui-même aidé à fondre du fer avec une méthode décrite dans les années 1700 par Ole Evenstad à Stor-Elvdal, juste au nord de Lillehammer.
Cependant, cette méthode est différente des techniques utilisées en Norvège pendant près 900 ans jusqu'à environ 600 après JC. Au cours de cette même période, la peste et le ralentissement économique frappaient l'Europe et l'art de la fabrication du fer tombait dans l'oubli.
Pour le moment, personne ne sait vraiment comment les norvégiens de l'âge du fer ont appris à fabriquer du fer.
Des scientifiques ont découvert un four en Autriche avec exactement les mêmes mesures et les mêmes caractéristiques que les fours norvégiens. Cette partie de l'Autriche appartenait alors à l'Empire Romain.
L'archéologue Brigitte Cech a trouvé un four à Semlach, un village qui était dans le norique (royaume celtique) pendant la période romaine. Le four date d'environ 100 après JC. "C'est une copie parfaite des fours du Trøndelag. Il a les mêmes dimensions et une ouverture latérale" rapporte Espelund. Il est vrai cependant que la fosse à scories est construite en argile, alors que celles en Norvège étaient en pierre. Ce four autrichien est plus vieux que les plus anciens fours de Norvège de même conception.
Des fours encore plus anciens se trouvent à proximité de Populoniaet en Italie et de Burgenland en Autriche. "Je pense que la technologie d'extraction du fer doit provenir de l'extérieur de la Norvège," estime Espelund.
Son opinion est renforcée par le fait que personne n'a encore trouvé de preuve d'expérimentation de fabrication du fer en Norvège. Cela signifierait que les anciens norvégiens aurait maîtrisé l'art de fabriquer du fer de haute qualité, avec moins de 0,2 pour cent de contamination au carbone, sans aucune trace d'essais et d'erreur. Autrement dit, ils ont forcement appris l'art ailleurs.
Il se peut que les étrusques aient été les premiers à apprendre à faire du fer en Europe. Ils vivaient dans ce qui est aujourd'hui l'Italie et la Corse à partir de 700 avant JC. Les étrusques dominaient Rome au début de l'empire.
Les Celtes quant à eux ont amélioré le métal en ajoutant du carbone et en faisant ainsi de l'acier. La technique s'est répandue dans tout l'Empire Romain. Et peut-être même en Norvège. Le fer y était fabriqué à partir du minerai des tourbières. Le minerai était recueilli au printemps, tandis que la fusion était faite en automne.
Dans la Norvège peu peuplée, où beaucoup est encore préservé, il y a des centaines d'endroits avec des preuves de cette production, depuis les zones où le minerai était recueilli jusqu'aux endroits où le fer était extrait du minerai.
Aujourd'hui, le signe le plus courant de la production de fer antique est le terril. Des analyses chimiques de ces terrils sont au cœur de la compréhension sur la façon dont le minerai était fondu.
Espelund est en fait un ingénieur minier, non un archéologue. Cependant, dans cette situation cela est un avantage. Il est habitué aux analyses chimiques et aux sciences naturelles, ce qui peut aider à apporter une contribution importante dans un sujet qui, selon lui, est souvent quelque peu descriptif.
Espelund, qui remercie les archéologues de NTNU pour leur coopération fiable sur le terrain, a cependant une approche différente lorsqu'il est confronté à un site archéologique, il aime s'appuyer sur sa boîte à outils de sciences naturelles.
Le minerai de fer contient différents composés riches en oxygène (FeOOH). Le minerai brut est d'abord chauffé sur un feu ouvert pour créer de l'oxyde de fer (Fe2O3). Lorsqu'il est placé dans un four, cette matière première est ensuite transformée en fer très pur, car le monoxyde de carbone dans le four réagit avec l'oxyde de fer.
Cependant, un certain pourcentage du fer reste dans les scories, comme l'oxyde ferreux (FeO), cela renseigne sur la qualité du fer.
Les scories, provenant de trois sites en Norvège, mais aussi d'Islande, de Catalogne et d'Autriche, ont tous une composition remarquablement similaire. Ces scories contiennent environ 65% de mélange d'oxyde de fer et d'oxyde de manganèse. Environ 20% est de l'oxyde de silicium. Ce mélange s'appelle de la fayalite. Celui-ci peut à son tour nous éclairer sur la qualité du minerai et nous fournir des valeurs comparables entre les scories provenant de différents sites.
Heglesvollen dans le Trøndela, est l'un des sites les plus importants pour la production du fer. Depuis 1982, quatre fours et 96 tonnes de scories ont été trouvés dans la zone. Cela suggère qu'il y avait une grande quantité de production de fer à cet endroit pendant un certain nombre d'années. Les chercheurs ont aussi vu que les fours avaient été réparés plusieurs fois.
Les archéologues ont découvert les restes de quelque chose qui aurait pu être une prise d'air pour un four qui aurait été alimenté par effet de cheminée à Vårhussetra. Mais c'est le seul site où ce type de prise d'air a été trouvé. "Se pourrait-il que certaines parties du processus de production aient été tenues secrètes et que ces prises d'air aient été détruites?" se demande Espelund. On ne le sait pas, mais il dit qu'une approche possible pourrait impliquer cinq prises d'air qui provoqueraient une sorte de feu de cheminée qui, à son tour, créerait des températures élevées.
Les datations carbone et d'autres analyses sur du bois suggèrent que les habitants de Trøndelag comptaient presque exclusivement sur le bois de pin pour la production de fer. "C'est parce que le pin brûle deux fois" dit Espelund; tout d'abord, le bois brûle avec de grandes flammes, ensuite il se transforme en charbon de bois qui tombe au fond du four, il peut alors être brûlé à nouveau et aider à la fusion.
L'ajout de bois créé un effet cheminée dans le four, ce qui, combiné avec des prises d'air dans les endroits appropriés pourrait éliminer la nécessité d'utiliser un soufflet qui peut être épuisant.
Espelund continue d'assister à des conférences pour en apprendre davantage et contribuer au débat.
Il reste cependant encore beaucoup de questions, et il n'est pas sûr qu'on trouvera toutes les réponses. "Vous devez être curieux" dit-il.
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Des fours, souvent quatre d'affilés, avec des tas de scories de la même taille indiquant que tous les fours ont fonctionné simultanément. Chaque four fonctionnait selon un programme cyclique, jusqu'à ce que la fosse à scories soit pleine. (Illustration: Inkalill)
La production a atteint un pic d'environ 40 tonnes par an aux alentours de 200 après JC. Avec des niveaux de production aussi hauts, il est très probable qu'ils aient exporté du fer vers le continent européen.
Mais d'où leur est venu cette expertise dans la fusion du minerai ?
Arne Wang Espelund, professeur au département des sciences et de l'ingénierie des matériaux à l'Université norvégienne de sciences et de technologies (NTNU), s'intéresse à la fabrication du fer depuis les années 1970. Il a lui-même aidé à fondre du fer avec une méthode décrite dans les années 1700 par Ole Evenstad à Stor-Elvdal, juste au nord de Lillehammer.
Cependant, cette méthode est différente des techniques utilisées en Norvège pendant près 900 ans jusqu'à environ 600 après JC. Au cours de cette même période, la peste et le ralentissement économique frappaient l'Europe et l'art de la fabrication du fer tombait dans l'oubli.
Pour le moment, personne ne sait vraiment comment les norvégiens de l'âge du fer ont appris à fabriquer du fer.
Espelund a trouvé des indices qui mènent à l'Empire Romain.
Des scientifiques ont découvert un four en Autriche avec exactement les mêmes mesures et les mêmes caractéristiques que les fours norvégiens. Cette partie de l'Autriche appartenait alors à l'Empire Romain.
Des scientifiques en Autriche ont trouvé un four avec exactement les mêmes mesures et caractéristiques que les fours norvégiens. (Photo: Brigitte Cech)
L'archéologue Brigitte Cech a trouvé un four à Semlach, un village qui était dans le norique (royaume celtique) pendant la période romaine. Le four date d'environ 100 après JC. "C'est une copie parfaite des fours du Trøndelag. Il a les mêmes dimensions et une ouverture latérale" rapporte Espelund. Il est vrai cependant que la fosse à scories est construite en argile, alors que celles en Norvège étaient en pierre. Ce four autrichien est plus vieux que les plus anciens fours de Norvège de même conception.
Des fours encore plus anciens se trouvent à proximité de Populoniaet en Italie et de Burgenland en Autriche. "Je pense que la technologie d'extraction du fer doit provenir de l'extérieur de la Norvège," estime Espelund.
Son opinion est renforcée par le fait que personne n'a encore trouvé de preuve d'expérimentation de fabrication du fer en Norvège. Cela signifierait que les anciens norvégiens aurait maîtrisé l'art de fabriquer du fer de haute qualité, avec moins de 0,2 pour cent de contamination au carbone, sans aucune trace d'essais et d'erreur. Autrement dit, ils ont forcement appris l'art ailleurs.
Les ancêtres des romains.
Il se peut que les étrusques aient été les premiers à apprendre à faire du fer en Europe. Ils vivaient dans ce qui est aujourd'hui l'Italie et la Corse à partir de 700 avant JC. Les étrusques dominaient Rome au début de l'empire.
Les Celtes quant à eux ont amélioré le métal en ajoutant du carbone et en faisant ainsi de l'acier. La technique s'est répandue dans tout l'Empire Romain. Et peut-être même en Norvège. Le fer y était fabriqué à partir du minerai des tourbières. Le minerai était recueilli au printemps, tandis que la fusion était faite en automne.
Dans la Norvège peu peuplée, où beaucoup est encore préservé, il y a des centaines d'endroits avec des preuves de cette production, depuis les zones où le minerai était recueilli jusqu'aux endroits où le fer était extrait du minerai.
Résoudre le puzzle avec la chimie
Aujourd'hui, le signe le plus courant de la production de fer antique est le terril. Des analyses chimiques de ces terrils sont au cœur de la compréhension sur la façon dont le minerai était fondu.
Espelund est en fait un ingénieur minier, non un archéologue. Cependant, dans cette situation cela est un avantage. Il est habitué aux analyses chimiques et aux sciences naturelles, ce qui peut aider à apporter une contribution importante dans un sujet qui, selon lui, est souvent quelque peu descriptif.
Espelund, qui remercie les archéologues de NTNU pour leur coopération fiable sur le terrain, a cependant une approche différente lorsqu'il est confronté à un site archéologique, il aime s'appuyer sur sa boîte à outils de sciences naturelles.
Le minerai de fer contient différents composés riches en oxygène (FeOOH). Le minerai brut est d'abord chauffé sur un feu ouvert pour créer de l'oxyde de fer (Fe2O3). Lorsqu'il est placé dans un four, cette matière première est ensuite transformée en fer très pur, car le monoxyde de carbone dans le four réagit avec l'oxyde de fer.
Cependant, un certain pourcentage du fer reste dans les scories, comme l'oxyde ferreux (FeO), cela renseigne sur la qualité du fer.
Les scories.
Les scories, provenant de trois sites en Norvège, mais aussi d'Islande, de Catalogne et d'Autriche, ont tous une composition remarquablement similaire. Ces scories contiennent environ 65% de mélange d'oxyde de fer et d'oxyde de manganèse. Environ 20% est de l'oxyde de silicium. Ce mélange s'appelle de la fayalite. Celui-ci peut à son tour nous éclairer sur la qualité du minerai et nous fournir des valeurs comparables entre les scories provenant de différents sites.
Fosse à scories à Heglesvollen en Norvège. (Photo: Arne Espelund)
Heglesvollen dans le Trøndela, est l'un des sites les plus importants pour la production du fer. Depuis 1982, quatre fours et 96 tonnes de scories ont été trouvés dans la zone. Cela suggère qu'il y avait une grande quantité de production de fer à cet endroit pendant un certain nombre d'années. Les chercheurs ont aussi vu que les fours avaient été réparés plusieurs fois.
Les archéologues ont découvert les restes de quelque chose qui aurait pu être une prise d'air pour un four qui aurait été alimenté par effet de cheminée à Vårhussetra. Mais c'est le seul site où ce type de prise d'air a été trouvé. "Se pourrait-il que certaines parties du processus de production aient été tenues secrètes et que ces prises d'air aient été détruites?" se demande Espelund. On ne le sait pas, mais il dit qu'une approche possible pourrait impliquer cinq prises d'air qui provoqueraient une sorte de feu de cheminée qui, à son tour, créerait des températures élevées.
Du bois de pin
Les datations carbone et d'autres analyses sur du bois suggèrent que les habitants de Trøndelag comptaient presque exclusivement sur le bois de pin pour la production de fer. "C'est parce que le pin brûle deux fois" dit Espelund; tout d'abord, le bois brûle avec de grandes flammes, ensuite il se transforme en charbon de bois qui tombe au fond du four, il peut alors être brûlé à nouveau et aider à la fusion.
L'ajout de bois créé un effet cheminée dans le four, ce qui, combiné avec des prises d'air dans les endroits appropriés pourrait éliminer la nécessité d'utiliser un soufflet qui peut être épuisant.
Espelund continue d'assister à des conférences pour en apprendre davantage et contribuer au débat.
Il reste cependant encore beaucoup de questions, et il n'est pas sûr qu'on trouvera toutes les réponses. "Vous devez être curieux" dit-il.
Source:
- Science Nordic: "The enigma of early Norwegian iron production"
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