L'Âge du Cuivre : Métallurgie et Innovations

Le Chalcolithique : Une Période de Transition

Le Chalcolithique, également connu sous le nom d'Énéolithique ou Âge du Cuivre, est une période de transition entre le Néolithique et l'Âge du Bronze. Il désigne les sociétés humaines qui ont utilisé les métaux (l'or et le cuivre) avant que leur usage ne se généralise.

En raison de son caractère transitoire, de nombreux auteurs ne le prennent pas en compte, passant directement du Néolithique à l'Âge du Bronze, et incluant les premières cultures chalcolithiques dans le Néolithique, puis les plus tardives dans l'Âge du Bronze. Il est important d'individualiser la période chalcolithique, non seulement par le développement de la métallurgie, mais aussi parce que cette évolution est le résultat de progrès techniques qui ont apporté de nouvelles formes de production.

La Révolution des Produits Secondaires

Cette période est marquée par la Révolution des Produits Secondaires, une intensification économique majeure du 5^e millénaire avant J.-C.

Nouvelles utilisations des animaux

• Le lait d'origine animale pour la consommation humaine.
• L'utilisation des animaux de trait pour le labour.
• La production de laine.
• L'extension de l'irrigation.

Le cheval est domestiqué et peut être utilisé pour l'alimentation et comme animal de trait, tout comme les ânes et les taureaux.

La consommation de lait

La consommation de lait se développe, avec les premières traces en Mésopotamie et en Égypte, vers le 4^e millénaire avant J.-C. Le lait est composé de lactose, qui doit être absorbée par l'intestin pour être décomposée en glucose et galactose par l'action de la lactase. Chez l'enfant, la production de lactase diminue avec l'âge.

La capacité à consommer du lait à l'âge adulte est due à une mutation génétique. Cette mutation, apparue avec la domestication des animaux et la consommation de lait, était initialement neutre, puis est devenue bénéfique, augmentant les chances de survie des populations. Cet avantage était crucial dans les régions où le calcium était difficile à obtenir. Pour absorber le calcium, la vitamine D3 est essentielle, et elle est synthétisée grâce à la lumière du soleil. Une peau plus claire permet une meilleure pénétration des rayons solaires et une absorption plus facile du calcium. En Europe du Nord, une faible proportion de la population présente une intolérance au lactose, tandis que cet indice augmente à mesure que l'on se déplace vers le sud du continent.

La laine

La laine a été utilisée pour la première fois au 6^e millénaire avant J.-C., mais son usage ne s'est généralisé qu'au 5^e millénaire avant J.-C. Chez les premières brebis, le pelage était composé de deux couches : une couche extérieure de poils épais et longs, et une couche intérieure de poils fins et doux, qui sera utilisée pour fabriquer la laine. Cette laine était obtenue uniquement pendant l'hiver.

L'irrigation

Sa présence est possible à Çatal Höyük. En Mésopotamie, elle s'est répandue avec la culture de Samarra, vers 5500 av. J.-C.

L'araire

L'araire (ou charrue primitive) est une innovation agricole majeure de cette période.

Augmentation du commerce

Au cours des périodes néolithique et chalcolithique, le commerce des produits et les réseaux d'échanges se sont intensifiés.

La Métallurgie : Caractéristiques et Procédés

Caractéristiques des métaux

Les métaux présentent des caractéristiques spécifiques :

• Ils sont brillants à l'état solide (et cristallins une fois polis).
• Ils sont durs et malléables.
• Ce sont de bons conducteurs.
• Ils sont tenaces (résistants à la rupture).
• Ils sont résistants à la fatigue et stables.
• Ils sont ductiles.

Le Cuivre

Le cuivre peut se présenter à l'état pur sous forme de cuivre natif. Cependant, il apparaît généralement mélangé à d'autres éléments, formant des minerais de cuivre tels que la cuprite, les carbonates (azurite et malachite), ou les silicates et sulfures de cuivre comme la chalcopyrite. Ces minerais se trouvent souvent sous forme d'affleurements qui pénètrent le sol, formant des filons minéraux.

Extraction minière

Pour l'extraire, le développement de l'exploitation minière est nécessaire, avec les précédentes mines de silex. Dans certaines mines, la technique de Caldas était utilisée : elle consiste à chauffer les roches à briser, puis, une fois suffisamment chaudes, à les refroidir brusquement avec de l'eau. Ce choc thermique provoque des fissures, facilitant ainsi le travail d'extraction.

Utilisation du cuivre avant la métallurgie

Des éléments en cuivre étaient utilisés avant la métallurgie pour :

• Des embellissements (preuves du Zarziense de Shanidar).
• Des colliers en malachite (pendant le PPNB).
• Le maquillage.
• Les émaux.
• La céramique.

Maîtrise du feu et matériaux

La maîtrise du feu a évolué :

• Paléolithique moyen : Chauffage, éclairage.
• Paléolithique supérieur : Obtention d'hématite, premières sculptures d'argile. Le feu est aussi utilisé pour la sculpture et la retouche.
• Néolithique : Production de chaux vive (par chauffage du calcaire entre 750 et 850 °C) et de gypse (par chauffage du sulfate de calcium à environ 140 °C).

Températures de fusion

• Le cuivre natif devient malléable lorsqu'il est chauffé entre 200 et 300 °C.
• Pour la métallurgie du cuivre, il doit fondre à 1084 °C.

Définitions des procédés métallurgiques

• Fusion

  Passage d'un corps solide à l'état liquide sous l'action de la chaleur.

• Réduction

  Opération chimique consistant à éliminer l'oxygène des oxydes métalliques pour obtenir le métal pur.

• Grillage

  Consiste à exposer un minerai à l'action oxydante de l'air par chauffage en atmosphère oxydante pour le transformer en oxyde.

• Flux

  Du charbon de bois est ajouté au minerai pour faciliter l'élimination de la gangue sous forme de scories. La gangue est constituée des éléments non métalliques du minerai.

Procédés de réduction des minerais de cuivre

Les étapes comprennent la pulvérisation du minerai, le mélange avec le flux, et la réduction. Une meilleure réduction permet de mieux éliminer la gangue. Une fois le matériau liquide obtenu, il est versé dans le moule désiré.

Recuit

Le recuit consiste à chauffer un métal pendant une certaine période (jusqu'à ce qu'il soit rougeoyant), puis à le laisser refroidir lentement pour obtenir son assemblage, sa régénération et sa cristallisation.

Les Alliages

Le bronze à l'arsenic

Le premier alliage est le bronze à l'arsenic, un alliage de cuivre et d'arsenic, apparu volontairement ou aléatoirement à l'âge chalcolithique. Il est difficile d'étudier cet alliage car l'arsenic se volatilise facilement avec la chaleur. Ainsi, lors de processus comme le recuit ou la refusion, il y a une perte significative du volume initial d'arsenic.

• Entre 0 et 4 % d'arsenic : pas d'impact sur les propriétés mécaniques de l'alliage.
• Entre 4 et 8 % d'arsenic : l'alliage a un effet similaire à celui de l'alliage d'étain.
• Si le pourcentage dépasse 8 % : le produit devient cassant.

Le bronze à l'étain

L'étain est obtenu à partir d'un minerai appelé cassitérite, souvent extrait par orpaillage dans les rivières. L'étain ne se trouve jamais à l'état natif.

Avantages du bronze à l'étain

Les avantages du bronze (alliage de cuivre et d'environ 10 % d'étain) sont :

• Une diminution de la température de fusion.
• L'obtention d'un métal en fusion avec un minimum de gaz.
• Un métal plus dur après refroidissement.

Si l'alliage dépasse 13 % d'étain, le bronze devient fragile et son martelage est compliqué, bien que cette composition puisse être utilisée à des fins ornementales nécessitant une grande fluidité dans le moule.

Les bronzes ternaires

Ces bronzes (cuivre-étain-plomb) ne sont pas de véritables alliages, mais plutôt des intrusions de plomb dans un alliage de bronze normal. Les alliages typiques de ce bronze contiennent environ 8-9 % de plomb et 5-6 % d'étain.

Le laiton

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc.

Éléments impliqués dans le processus métallurgique

Les fours de réduction

La plupart de ces fours partent d'un trou dans le sol, parfois avec des dalles, ou ce qu'on appelle des fours-poteries, qui sont de petites fosses enterrées dans le sol, où l'on place le minerai pulvérisé. On éteint le four et on le couvre pour qu'il conserve la chaleur. Le refroidissement à l'intérieur du récipient prend la forme du four.

Les buses

Les buses sont l'instrument par lequel l'air est introduit dans le four de réduction. Elles sont généralement en argile.

Le creuset

Le creuset est l'instrument utilisé pour affiner le métal une fois l'extraction effectuée. Les creusets en céramique sont utilisés pour verser le minerai fluide dans les moules.

Autres métaux précieux

L'Or

L'or apparaît à l'état natif. On le trouve en cherchant des pépites d'or dans les rivières. Il fond à 1063 °C et, après cela, il est travaillé de manière similaire au cuivre.

L'Argent

L'argent est utilisé dès l'Âge du Bronze. Ce minéral est extrait des mines. Bien que l'argent natif existe, la majeure partie de l'argent préhistorique est obtenue à partir de la galène.