Brève histoire de la métallurgie
Encore très utilisé aujourd’hui, le cuivre a été l’un des premiers métaux exploités pendant la préhistoire. En effet, la métallurgie du cuivre commence dès le troisième millénaire av. J.-C. Plus tard, l’âge du bronze définit la production d’un alliage de cuivre et d’étain. Nous ne pouvons pas parler du métal en général, car il y a de nombreuses différences entre un bronze (alliage de cuivre et d’étain), un laiton (alliage de cuivre et de zinc), une fonte de fer, un argent ou de l’or. Les alliages de cuivre sont particulièrement intéressants, car leur utilisation remonte aux origines de nos civilisations, et se poursuit jusqu’à nos jours.
L’étude de la composition chimique par microscopie optique et microscopie électronique à balayage
Comme les bronzes ne peuvent pas être datés directement, nous devons chercher des marqueurs chronologiques exploitables, comme des indices techniques, le degré de corrosion et la composition des produits de corrosion.
L’approche la plus pertinente pour les objets en bronze reste l’observation et l’étude de la composition chimique par microscopie optique et microscopie électronique à balayage (MEB-EDS).
Étude de la microstructure du métal
La première étape est l’étude de la microstructure du métal qui apportera des informations sur les techniques de fabrication. Par exemple :
· La présence de dendrites caractérisera une fonte ;
· Des inclusions aplaties et alignées témoigneront d’un travail de martelage ;
· Un alignement très régulier correspondra à un laminage.
Étude de la composition du métal
La seconde étape est l’étude de la composition chimique du métal. L’analyse élémentaire des concentrations en éléments majeurs, mineurs et éventuellement la présence de traces permet d’identifier la nature de l’alliage. Les principaux éléments majeurs sont le cuivre, l’étain, le zinc et le plomb. Les éléments mineurs sont le fer, l’arsenic, l’antimoine, le nickel… Les éléments traces sont multiples et varient dans l’espace et dans le temps.
La caractérisation des objets métalliques et l’analyse de la corrosion
L’ultime étape de la caractérisation d’un objet métallique est l’analyse de sa corrosion. On parlera de patine. Alors que ce terme sous-entend une approche de la surface, l’étude de la corrosion s’intéresse en particulier à la nature des produits de corrosion superficiels (la patine à proprement parler), mais également au développement des processus de corrosion à l’intérieur de l’alliage.
Un alliage de cuivre vieux de centaines ou milliers d’années aura subi de nombreuses attaques de l’environnement : l’humidité, la variation de température, le développement de micro-organismes… Ces éléments entraînent la dégradation du métal et donc sa corrosion. Parmi les signes les plus caractéristiques d’une corrosion naturelle, on citera par exemple :
· Les altérations aux joints de grains ;
· La corrosion dendritique, inter-granulaire ou trans-granulaire ;
· La minéralisation.
Les produits de corrosion seront de natures multiples, car ils dépendent de la composition du métal et de la nature de l’environnement. On rencontrera la cuprite (oxyde de cuivre), l’azurite et la malachite (carbonates de cuivre), l’atacamite, la paratacamite et la nantokite (chlorures de cuivre), des oxydes d’étain, des sels de plomb… Associés à ces produits de corrosion, on détectera également des sédiments d’enfouissement, des résidus végétaux, des microorganismes…
Il est crucial de garder à l’esprit que l’étude de la composition chimique et du degré d’altération d’un métal fournit des indices techniques et chronologiques indirects. Il est impossible d’obtenir des informations chronologiques quantifiables sur le métal.
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