Construire un bas fourneau et fondre le fer — l'âge du fer

Conception : le four à cuve

Un bas fourneau est une haute cuve qui crée une colonne réductrice : le minerai et le charbon sont chargés par le haut, l'air est soufflé par le bas et une loupe de fer se forme à la base.

Caractéristiques

• Hauteur : 80-120 cm, une taille courante pour les petits fourneaux expérimentaux (une cheminée plus haute laisse au gaz plus de temps pour réduire le minerai)
• Diamètre intérieur : 25-35 cm
• Épaisseur de paroi : 10-15 cm (mélange argile/sable, comme pour le four)
• Tuyère : un tube d'argile de quelques centimètres de diamètre intérieur, qui traverse la paroi près du bas, au-dessus du creuset, incliné vers le bas en direction du centre. Hauteurs et angles diffèrent selon les modèles de fourneau éprouvés : reprends-les d'un seul modèle documenté plutôt que de mélanger les chiffres
• Porte d'extraction (facultative) : une ouverture à la base pour sortir la loupe, fermée à l'argile pendant la réduction

Construction

1. Monte une base circulaire en argile avec une cuvette peu profonde (le creuset). C'est là que la loupe se forme.
2. Utilise la technique du colombin du Blueprint 02, en plus haut.
3. Pose la tuyère (un tube d'argile) à travers la paroi à la hauteur prévue par le modèle choisi, au-dessus du creuset.
4. Laisse sécher de plusieurs jours à une semaine ou plus, selon le temps. Un bas fourneau est plus épais qu'un four et demande plus de séchage.
5. Cuis-le par des feux de plus en plus chauds (même protocole que le Blueprint 02).

Préparation du minerai

1. Grille le minerai sur un feu ouvert pendant quelques heures. Cela chasse l'humidité et une partie des impuretés, transforme les oxydes hydratés et rend les minerais rocheux plus faciles à concasser.
2. Concasse le minerai grillé à la taille d'une noisette (1-2 cm). Pas trop fin : l'air doit pouvoir passer.
3. Lave le minerai concassé pour enlever l'argile et les impuretés légères.

La réduction (6-10 heures)

1. Préchauffage : remplis le bas fourneau de charbon de bois et allume-le. Laisse-le brûler avec les soufflets pendant environ une heure, en rechargeant en charbon, jusqu'à ce que toute la cuve soit chaude.
2. Première charge : ajoute une charge pesée de charbon, puis une charge pesée de minerai par-dessus. Pèse les charges au lieu de juger à l'épaisseur des couches : sur l'ensemble de la réduction, charbon et minerai s'emploient en poids à peu près égaux, et le charbon maintient l'atmosphère réductrice.
3. Charges suivantes : chaque fois que la colonne est descendue d'une charge, ajoute par le haut une nouvelle charge de charbon puis de minerai.
4. Soufflets — EN CONTINU : deux personnes qui se relaient, ou un soufflet à double effet. L'arrivée d'air ne doit pas s'arrêter : sans air forcé, le fourneau refroidit vite.
5. Coulée de la scorie : la scorie fondue (du verre liquide à ~1200 °C) s'accumule au-dessus de la loupe. Si le fourneau a un trou de coulée, ouvre-le régulièrement pour vider la scorie. S'il n'en a pas, la scorie reste dans le creuset : celui-ci doit être assez profond pour qu'elle ne monte pas jusqu'à la tuyère et ne bloque pas l'air.
6. Durée : 6-10 heures de marche continue. La réduction est terminée quand tout ton minerai est passé.

Ce qui se passe à l'intérieur

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂    (à ~800-1200 °C)

Le monoxyde de carbone (issu du charbon) réduit l'oxyde de fer en fer métallique. Mais contrairement au cuivre, le fer ne fond jamais : il se forme en particules solides qui se soudent entre elles en une masse spongieuse (la loupe) baignant dans une scorie liquide.

Extraction de la loupe

1. Sors la loupe à la fin de la réduction, tant qu'elle est encore à la chaude de soudure ; c'est le moment où elle se compacte le plus facilement, et on peut la réchauffer plus tard.
2. Si tu as une porte d'extraction : casse le joint d'argile et tire la loupe avec des tenailles.
3. Sans porte : casse le bas du fourneau pour extraire la loupe. (Le fourneau est sacrifiable — beaucoup de bas fourneaux historiques ne servaient qu'une fois.)

Ce que tu devrais voir

Une masse grossière et poreuse — pour une petite réduction, souvent de la taille d'un gros pamplemousse — brun-rouge à gris foncé, spongieuse, avec de la scorie vitreuse emprisonnée partout. C'est ta loupe.

Consolidation (étape critique)

La loupe brute est pleine de scorie, de débris de charbon et de vides. Il faut la marteler à chaud pour chasser les impuretés et souder entre elles les particules de fer :

1. Travaille la loupe à la chaude de soudure — jaune vif à blanc-jaune — en la réchauffant dans une forge chaque fois qu'elle refroidit.
2. Pose-la sur l'enclume et commence par des coups légers : une loupe fraîche est friable et peut se désagréger. Frappe plus fort à mesure qu'elle tient : la scorie jaillit en étincelles et en gouttelettes. C'est spectaculaire et dangereux ; porte des lunettes de protection et éloigne les spectateurs.
3. Une fois compacte, coupe-la, replie-la et soude-la de nouveau pour l'affiner. Compte de nombreuses chaudes.
4. Chaque soudure referme davantage de vides et chasse davantage de scorie.
5. Après la consolidation, tu obtiens une barre brute de fer forgé.

La chaîne d'innovation bouclée

Tu as maintenant parcouru le chemin bois → charbon de bois → four → cuivre → bronze → fer. Chaque étape s'est appuyée sur la précédente. Chacune a demandé un savoir cumulé. C'est ainsi que fonctionne l'innovation : non pas des inventions isolées, mais une chaîne reliée où chaque capacité rend possible la suivante.

La suite

Ton fer de loupe est utilisable mais tendre. Les innovations suivantes de la chaîne :

• Cémentation : enferme le fer dans du charbon et chauffe pendant des heures → le carbone diffuse → acier (plus dur)
• Trempe : chauffe l'acier au rouge, plonge-le dans l'eau → formation de martensite → très dur mais cassant
• Revenu : réchauffe l'acier trempé à une température donnée (la couleur de revenu bleue correspond à environ 300 °C) → il cède un peu de dureté contre beaucoup plus de ténacité
• Soudure en paquet (corroyage à motif) : replie et soude ensemble des aciers de teneurs en carbone différentes → acier damassé par corroyage (souvent appelé abusivement « Damas »)

Chacune fera l'objet d'un futur blueprint de la Piste de l'innovation.