Le cuivre, premier métal travaillé par l'homme - 10/03/2008

Le cuivre est le premier métal travaillé par l’homme avec l’or : l’âge du bronze porte bien son nom ! Dans ce dossier vous découvrirez ses propriétés physiques, chimiques, la civilisation du bronze, les celtes, les composés du cuivre, les alliages, les mines de cuivre, la métallurgie.....

«  Puis, autour de son torse, il passe la cuirasse. Sur son épaule, il jette ensuite son épée en bronze à clous d’argent, ainsi que son solide et vaste bouclier, dont l’éclat resplendit dans le lointain, pareil à celui de la lune. » Homère, L’Iliade, les armes d’Achille.

Cuivre

Du cuivre, on en trouve partout : dans le soleil où il a été identifié par spectroscopie, dans les aérolithes, dans les roches, les plantes, les animaux, chez lesquels il remplace parfois le fer dans le sang des crustacés par exemple.

Vidéo réalisée en 2007 pour l’Institut Européen du Cuivre (ECI), et présentant les expérimentations récentes sur le cuivre en milieu hospitalier. (3.56 Mo - format MPEG-4)

Facile à travailler, abondant et pas trop cher par voie de conséquence c’est en plus un métal pourvu de toutes les propriétés que peut souhaiter un métallurgiste comme nous le verrons et ses usages sont innombrables. Utilisé en métallurgie traditionnelle il est aussi l’objet d’applications très pointues comme son utilisation en laboratoire comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction sur poudres.

Coupe stratigraphique de vert égyptien synthétisé au C2RMF, montrant l'influence de la température. A 1 000 °C, la couronne amorphe cernant les grains de quartz résiduels a pris une teinte turquoise, provenant de la diffusion des ions cuivre dans cette matrice. Le cuivre n'est pas complètement dissout dans les phases siliceuses et le quartz demeure encore très présent.
© CNRS Photothèque  /  PAGES - CAMAGNA Sandrine - UMR171 - Laboratoire du centre de recherche et de restauration des musées de France (LC2RMF), PARIS - Tous droits réservés

En plus, il est beau et vieillit bien, donnant un charme particulier à ses vieux toits vert-de-gris qui ont vu tant et tant de ciels bleus et d’orages, à ses statues de bronze qui ornent nos rues et nos places. C’est donc le cuivre que nous allons découvrir dans ce dossier selon un plan devenu habituel au fil de ces dossiers « métalliques ».

Azurite © Lou Perloff - Photo Atlas of Minerals

Pour obtenir du cuivre pur, aujourd’hui, on procède par affinage électrolytique du sulfate.

Le cuivre à l'état natif se trouve rarement dans la nature. Généralement on le trouve dans les sulfures tels que la chalcopyrite (CuFeS₂), la covelline ou covellite (CuS), la chalcosine ou chalcocite (Cu₂S) ou la cuprite (Cu₂O).

Chalcopyrite www.fabreminerals.com - Fabre Minerals photo

- Symbole : Cu
- Poids atomique : 63,54
- Numéro atomique  : 29
- Rayon atomique (Van der Waals)  0,128 nm
- Structure électronique 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3d¹⁰, 4s¹
- Isotopes : Cu ⁶³ (69,2 %) ; Cu ⁶⁵ (30,8 %)
- Densité : 8,92  (selon une autre source 8,86 à 15° C et 8,36 à 1100°C)
- Dureté 3 (Mohr)
- Température de fusion : 1084°C
- Température ébullition : 2305 à Patm.
- Résistivité : 1,7347 microohm par cm³ à 20°C
- Potentiel électrode : Cu cristallisé – 0,3472 V à 25°C
- Potentiel électrode : Cu finement divisé – 0,3452 V à 25°C
- Coefficient de dilatation : 1,7 mm/m pour 100 degrés
- Coefficient de Poisson 0,34 à 20°C
- Solubilité dans l’eau à 30°C après 6 jours : 170.10-6 g/l
- Solubilité dans l’eau à 30°C après 29 jours : 180.10-6 g/l
- Propriétés catalytiques bonnes pour adsorption de H₂ ou SO₂ ou CO par ex.
Avec l'or, le seul métal naturellement coloré.

- Présence moyenne dans l'ensemble de l'écorce terrestre : 55 g à la tonne .
- Présence dans les organismes vivants : 1 à 10 milligrammes par kg. 
- La raie Kα du cuivre a pour longueur d'onde moyenne 1,54182 Å.

Cuivre natif © Dan Weinrich

Le meilleur conducteur de l'électricité après l'argent. La conductibilité électrique du cuivre a été prise comme référence par la Commission Électrotechnique Internationale en 1913 et la résistivité du cuivre, d'une valeur de 1,724 microhm. cm à l'état recuit, est l'étalon de cette mesure. La conductibilité du cuivre est, par définition, égale à 100 % IACS (International Annealed Copper Standard). Seul l'argent a des performances légèrement meilleures sur ce point (environ 106 IACS).

La solidité du fil cuivre et la fiabilité des contacts qu'il permet d'obtenir sont les raisons essentielles de l'emploi généralisé du cuivre dans toute l'industrie de la construction électrique et des composants électroniques. A titre d'exemple, 95 % des fils conducteurs d'un Airbus sont en cuivre. Si une très haute fiabilité de contact est nécessaire, comme dans un satellite, on envisage alors une dorure, une argenture ou un étamage : le cuivre s'adapte très bien à ces revêtements de surface.

Cuprite © Dan Weinrich

Conductibilité thermique : le cuivre étant le métal usuel conduisant le mieux la chaleur, cette propriété est mise à profit pour chauffer ou refroidir rapidement un liquide ou un gaz : chauffe-eau ou chaudières, radiateurs, condenseurs et réchauffeurs des centrales électriques, thermiques, nucléaires (environ 200 tonnes d'alliages de cuivre pour 1000 mégawatts installés).

Résistance à la corrosion : le cuivre et ses alliages ne sont pas attaqués par l'eau ni par un grand nombre de produits chimiques : tuyaux en cuivre, récipients, conteneurs  robinetterie  toitures. En milieu marin, on l'allie à l'aluminium ou au nickel pour lui donner une bonne résistance à l'agression contre l'eau de mer. Les pompes et canalisations d'eau de mer, dont les débits atteignent parfois plusieurs m³ par seconde (plate-formes pétrolières off-shore, navires, centrales électriques de bord de mer sont et en cupro-aluminium ou cupro-nickel).  Les bronzes et laitons résistent mieux à l’eau de mer seulement si le % de cuivre est plus grand que 70. La dégradation des cuivres dans les milieux contenant de l’oxygène est souvent due aux courants électriques résultant de l’inégalité d’accès de l’oxygène aux différentes parties de la surface du métal. Dans les chaudières par exemples, la corrosion est alors due à la soude caustique qui se forme dans l’eau.

Usinabilité et traitements de surface : le cuivre n'a pas en lui-même une grande aptitude à être usiné. En revanche, certains de ses alliages, et tout particulièrement le laiton ont d'excellentes capacités d'usinabilité et notamment aux grandes vitesses. Le cuivre et ses alliages se prêtent très bien à la plupart des traitements de surface.

Malléabilité et plasticité : c’est un métal extrêmement ductile. Non allié, il n'y a pratiquement pas de limite à son travail à froid. Le cuivre et les alliages cuivreux se laminent facilement en tôles, se martèlent en feuilles très minces et s'étirent en fils extrêmement fins. Ils se prêtent particulièrement bien à la déformation à chaud.

Soudabilité : le cuivre et ses alliages se soudent bien, qu'il s'agisse de soudage autogène, de soudure électrique, de brasage ou de soudage à l'étain

Soudure

Esthétique : l'or de bijouterie contient d'ailleurs jusqu'à 15 % de cuivre. La couleur naturelle du cuivre est rose saumon, mais il apparaît souvent rouge par suite de son oxydation superficielle ; cette couleur est recherchée en décoration de même que la couleur jaune du laiton, qui se révèle plus ou moins soutenue suivant le pourcentage de zinc contenu. Soumis aux intempéries lorsqu'il est utilisé en toiture, le cuivre prend dans un premier temps une couleur brun foncé, puis une patine vert clair très adhérente, qui le protège de toute oxydation ultérieure.

Amagnétisme : cette propriété lui vaut de nombreuses applications, en tout premier lieu dans l'horlogerie, mais aussi dans la construction électrique et électronique, et dans l'armement (dragueurs de mines).

Un nouveau comportement mécanique obtenu dans le cuivre nanocristallin
Centre d'études de chimie métallurgique du CNRS (CECM, Vitry-sur-Seine) et du Laboratoire d'ingénierie des matériaux et des hautes pressions du CNRS (LIMHP, Villetaneuse). Ce matériau présente un comportement élasto-plastique quasi-parfait, un phénomène qui n'avait encore jamais été observé. Publication dans Science du 11.04.2003.

Les grains sont très petits : 80 nanomètres. On suit la déformation en fonction de la force appliquée. Pour obtenir un tel matériau, deux techniques ont été employées: la production de poudre ultra fine par évaporation-condensation cryogénique et l'extrusion différentielle à froid. Les propriétés mécaniques obtenues sont exceptionnelles : le cuivre nanocristallin est trois fois plus résistant que le cuivre classique, il se déforme de manière homogène par un écoulement constant de la déformation jusqu'à la rupture. Les chercheurs ont ainsi observé pour la première fois un comportement élasto-plastique quasi-parfait. Ce comportement pourrait s'expliquer par un glissement des grains les uns par rapport aux autres dans un écoulement fluide. Le comportement observé ouvre des perspectives très intéressantes pour la mise en forme plastique des matériaux à température ambiante. (texte tiré du journal du CNRS)

Propriétés biologiques :  La circulaire DRT no 92-14 du 29 août 1992 précise l'interdiction de recourir à des travailleurs temporaires, notamment pour des travaux de soudure pouvant exposer à l'inhalation des poussières de métaux durs (nickel, cuivre, ...) (Circ. DRT no 92-14, 29 août 1992).

Poison dangereux, la dose mortelle est de 15 mg/kg de poids corporel, il est en général éliminé par l’organisme mais peut s’accumuler dans le foie ou les reins.

La maladie de Raynaud : Le cuivre est nécessaire à la vie : l'homme et les animaux ont besoin d'absorber quotidiennement quelques milligrammes de cuivre pour assurer la formation de l'hémoglobine du sang.  Le cuivre est largement distribué dans l'organisme, qui en contient environ 100 mg, principalement musculaire, hépatique et cérébral.

Le cuivre intervient dans diverses enzymes aux fonctions variées : minéralisation osseuse, synthèse protéique, neurotransmission, immunité, oxydation du glucose, c'est aussi un puissant anti-oxydant.

La cuprémie est habituellement comprise entre 64 et 156 µg/dl et les valeurs normales de la céruléoplasmine varient entre 180 et 400 mg/l.

Hypocuprémie. Le syndrome de Menkès, maladie récessive liée à X, carence majeure en cuivre, se traduit par une anémie avec leucopénie, des anomalies osseuses (fractures, déformations), des troubles cutanés, des cheveux blancs cassants, un retard mental sévère, des hémorragies internes, des convulsions chez l'enfant et la mort vers 3 ans.

La déficience modérée en cuivre est quant à elle fréquente, 30%, dans la population française mais est cliniquement asymptomatique. Le déficit en cuivre est un facteur de risque des maladies cardiovasculaires. Elle altère également l'immunité, provoque de l’ostéoporose...

L'apport massif de cuivre est responsable d'une intoxication aiguë avec diarrhée hémorragique, vomissements (couleur bleue des sels cuivriques) et une anémie hémolytique.

Une intoxication chronique peut résulter d'un apport en cuivre quotidien trop élevé (plus de 0,5 mg de cuivre par kilo et par jour). La cirrhose indienne est due à la cuisson dans des récipients de cuivre. Une supplémentation non contrôlée peut constituer un risque d'intoxication. La maladie de Wilson, héréditaire autosomique récessive, résulte d'un défaut d'excrétion biliaire.

II n'existe pas de maladie professionnelle dans l'industrie du cuivre. Le cuivre a des propriétés bactéricides reconnues et assainit les canalisations qui sont utilisées dans le monde entier pour l'eau, la bière, les confitures et la distillation des alcools.

Antifouling

Ces propriétés anti-fouling consistent à empêcher la fixation d'algues et d'organismes marins. Cette propriété, qui s'ajoute à la résistance à la corrosion, est utilisée pour toutes les applications marines.

Les sels de cuivre, comme le sulfate, ou l'oxychlorure, présentent des propriétés fongicides mises à profit pour la viticulture et l'agriculture : bouillie bordelaise par exemple, qui fait même partie des produits chimiques utilisés en agriculture biologique.

Les propriétés chimiques du cuivre : les réactions REDOX et les piles

Le cuivre est, en effet, le cas d’école pour étudier ces réactions. Ce type de réaction est caractérisé par un transfert d’électrons entre un oxydant, capable de capter des électrons, et un réducteur, capable de céder des électrons. Ces derniers n’existent pas libres en solution aqueuse, donc il faut que tout électron perdu par un réducteur soit capté par un oxydant. Les oxydants et les réducteurs peuvent être des atomes, des ions ou des molécules. Les ions cuivre sont de très bons oxydants.

Flamme bleue au bec Bunsen, caractéristique du cuivre © Webmineral

Par exemple, en plongeant une lame de zinc dans une solution de sulfate de cuivre CuSO₄ un dépôt rouge de cuivre métallique pur se forme sur la lame de zinc. Les ions cuivre ont réagi : Cu + 2 e¯ -> Cu. En captant deux électrons, les ions cuivre jouent le rôle d’oxydant, ils subissent une réduction (gain d’électrons).

Le zinc métallique a lui été transformé en ions : Zn -> Zn + 2 e¯.  En cédant deux électrons, Zn joue le rôle de réducteur et subit une oxydation (perte d’électrons). Ce sont des couples oxydant/réducteur. Chaque oxydant possède en effet son réducteur conjugué, il existe ainsi un nombre important de couples, répertoriés dans des tables. Voici quelques potentiels de réduction pour des équations avec du cuivre :

Potentiels de réduction

Les piles et générateurs

Une pile est un générateur électrochimique qui doit son fonctionnement au transfert d'électrons d'un réducteur vers un oxydant, par l'intermédiaire d'un circuit électrique extérieur. La réaction d'oxydoréduction qui a lieu permet de stocker de l'énergie sous forme chimique. Celle-ci est alors restituée sous forme d'un courant électrique. Alessandro Volta est l'inventeur de la pile électrique.

Une pile est un générateur qui transforme de l’énergie chimique en énergie électrique. Une pile est constituée de deux compartiments séparés comportant chacun une électrode, et d’une jonction (un pont salin ou une paroi poreuse) permettant de les relier tout en évitant le mélange des deux solutions.

Une demi-pile est formée d’une solution contenant un cation métallique dans laquelle est plongée une électrode solide du métal. Le cation et l’électrode solide forment le couple oxydant/réducteur. L'électrode peut être constituée d'un matériau conducteur inerte comme le platine ou le graphite.

- Pile de Volta

Tout couple de métaux plongeant dans un liquide ionique peut constituer une pile, par exemple une lame de cuivre et une lame de zinc piqués dans une pomme de terre ou un citron. On n'augmente pas la force-électromotrice en augmentant la surface des électrodes. Elle ne dépend que de la nature des métaux. Pour obtenir une tension plus forte, on doit placer plusieurs piles en série.

Pile de Volta

Biographie résumée de Alessandro Volta : Il est né à Côme en 1745 d'une famille noble que la malchance et les malheurs ont appauvrie. En 1758, Volta entra au collège des Jésuites où ses poèmes étaient tellement bons que les Jésuites lui ont demandé d'entrer dans l'Ordre. Volta refusa.

Vers 1775, Volta commença ses premiers travaux sur l’électricité. Il mit au point l'électrophore qui permettait de multiplier des charges électriques et l'électroscope qui permettait de déceler les différences de potentiel qu'on désigna du terme Volt en son honneur. Ensuite, il fut nommé professeur de physique expérimentale à l'École de Côme et en 1777, il effectuera des rencontres importantes Daniel Bernoulli et Albrecht Von Haller par exemple.

En 1779, il est nommé à la chaire de physique de Pavie. Suite à ces travaux, en 1800, la première pile était née.

Fonctionnement pile de Volta

Bien sûr c’était « dans l’air du temps » et d’autres chercheurs avant lui l'ont influencé : Luigi Galvani, professeur d'anatomie à l'Université de Bologne en est un. Les expériences de Galvani démontraient que les grenouilles avaient des contractions musculaires et que les contractions étaient optimales lorsque la grenouille était reliée par un fil de cuivre et un fil de zinc. Après maintes observations, Volta démontra que les convulsions de la grenouille étaient résultat d'une source de courant extérieur. Il émit donc l'hypothèse que l'électricité était générée par les deux plaques de métal. Ses plaques doivent alors être mises en contact avec un conducteur humide. Volta réalisa la première pile. Cette pile était composée de rondelles de métal différent, soit du zinc et du cuivre. Entre chaque superposition de rondelle, il y en avait une imbibée de saumure pour conduire le courant. Alessandro Volta intéressa le monde entier par la découverte de sa pile.

Ensuite, les premières batteries firent leur apparition. Elles étaient composées de plusieurs piles voltaïques réunies. En 1820, on découvrit que les phénomènes électriques étaient reliés aux phénomènes magnétiques : la boussole changeait de direction quand on la déplaçait autour d'un fil relié à la pile de Volta.  En 1836, Daniell mit au point sa première pile…

- La pile de Daniell

Elle est constituée de deux demi-piles. La première formée d’une solution de ions zinc et d’une électrode de zinc. La seconde d’une électrode de cuivre plongée dans une solution d’ions cuivre.

Pile de Daniell

Une paroi poreuse sépare les deux solutions et les électrodes sont reliées par un fil conducteur. L’électrode de cuivre constitue le pôle positif et l’électrode de zinc le pôle négatif. Les électrons se déplacent dans le sens inverse du courant électrique.

Le pôle positif de la pile est toujours le siège d’une réduction. Les ions cuivre captent les électrons et se transforment en cuivre métal : Cu(aq) + 2 e¯ -> Cu(s). La solution perd sa couleur bleue caractéristique un dépôt de cuivre s'installe sur l'électrode. Le zinc cède des électrons au circuit : Zn(s) -> Zn(aq) + 2 e¯. L'électrode de zinc est consommée. L’équation globale d’oxydoréduction s’écrit donc : Cu(aq) + Zn(s) -> Cu(s) + Zn(aq).

Une pile fonctionne donc grâce à une anode qui libère des électrons, une cathode qui les reçoit et un électrolyte qui permet aux électrons de voyager entre les deux pôles. L’énergie chimique de la réaction d’oxydoréduction est transformée, grâce au transfert d’électrons, en énergie électrique. Tant que la pile débite des électrons sont transférés du réducteur vers l’oxydant. Lorsque le quotient de réaction devient égal à K, constante d’équilibre, le système chimique est à l’équilibre et la pile ne débite plus. La pile est alors usée ou déchargée.

Une partie de l’énergie chimique est cédée au milieu extérieur par transfert thermique. C’est pourquoi une pile s’échauffe.

- Petite biographie de John Frederic Daniell

Physicien et chimiste anglais né à Londres en 1790, mort dans cette même ville en 1845. Diplôme à l'Université d'Oxford. Il commence sa carrière dans une sucrerie puis quitte l'industrie pour un poste de professeur de physique à l' université d’Edinburgh à 23 ans. Vers 1817, il dirige la Continental Gas Company où il développe de nombreuses améliorations dans les techniques générales de fabrication du gaz. Il est, entre autres, l'inventeur d'un hygromètre à condensation dit "à point de rosée" en 1820, et d'un pyromètre en 1830.

Il est nommé en 1831 professeur de chimie et météorologie au King's College de Londres où il enseignera jusqu'à sa mort. Il y rencontre Michael Faraday qui recherche une source de courant plus performante que la pile de Volta. Il va mettre au point en 1836, une pile impolarisable à 2 liquides : «sa» pile.

Son prestige et ses qualités de chimiste lui vaudront d'être nommé en 1841 Vice-Président de la Chemical Society of London. Il s'intéressera aussi à la météorologie. Il meurt à 55 ans d'une crise cardiaque lors d'un exposé devant la Royal Society.

1 - L'âge du cuivre 

Il correspond au Chalcolithique des préhistoriens français, c’est l’Eonéolithique des Italiens. Il désigne l'industrie métallurgique naissante. La production demeure en pierre et en os même si on travaille déjà quelques métaux : le cuivre, l’or et l’argent natifs. L'âge du cuivre n'étant pas une période historique reconnue, il est exclu d'en donner une chronologie, on peut dire cependant que le chalcolithique se situe vers 3000 -2500 av. JC en zone tempérée, même si la première production métallurgique de la façade atlantique est celle de l'or suivi directement par le bronze, sans passer par le cuivre. Les populations ont d'abord utilisé les ressources de cuivre et d'or natifs, le précieux métal étant destiné aux objets de parure et le cuivre employé principalement pour les outils.

L'évolution des grands groupes culturels du Chalcolithique, beaucoup plus anciens: Vinca, Gumelnita, Cucuteni, Varna a généré l'apparition de centres métallurgiques individualisés. Pour l’Europe mentionnons le sanctuaire d’art rupestre du Mont Bego en France, la découverte d’Otzi, l’homme des glaces, dans les Alpes, et la citadelle de Los Minares dans la péninsule Ibérique.

À la différence du bronze et du fer, le cuivre semble avoir coexisté avec la pierre, sans amener de bouleversements dans les civilisations: recueilli à l'état naturel, il est martelé, puis fondu et moulé vers 1000°C, on ne savait pas faire des fours dont la température était plus élevée. Quelques points valent la peine d’être soulignés :

Céramique campaniforme

-- La «retouche par pression» détachement successif de petits éclats de la pierre taillée
-- La céramique campaniforme dite «cordée» des régions du Jutland, de l'Allemagne et de la Hollande.
-- Les mégalithes de la façade atlantique, Carnac, Stonehenge.
-- Les stèles anthropomorphes (Sardaigne).

Carte du développement de la métallurgie du cuivre
Légende carte : La métallurgie du cuivre est probablement apparue en Anatolie vers - 5000 Elle se diffuse en deux temps. Un premier par l'Europe centrale jusqu'à la Suisse autour de - 4000, mais ce courant sera brutalement interrompu, et vers - 3000 un deuxième courant, maritime, atteint la Méditerranée occidentale, puis le nord de l'Europe.

En Égypte, on trouve des objets en cuivre depuis -4000 : haches et épingles par exemple. En Inde c’est -2500 et à Troies - 2300 alors qu’en Bulgarie c’est comme pour l’or vers – 4000. En Amérique cependant l’arrivée de la métallurgie du cuivre est tardive. Tout ceci est indicatif.

L'écriture, apparue presque simultanément en Mésopotamie et en Chine, 3 à 4.000 ans avant notre ère, engendre les premiers États avec un embryon d'administration. L'humanité entre dans l'Histoire…

2 - Le bassin danubien  et la culture de Vinca

On sait que la métallurgie s’est développée dans le bassin danubien dès le Vème millénaire de manière autonome. Il s’agit de la culture Vinca dans le bassin éruptif du Timok. Les mineurs y extrayaient uniquement des carbonates de cuivre, malachite et azurite, qui sont les premiers minéraux à avoir été utilisés dans toute culture préhistorique. L’apparition des premiers outils massifs en cuivre est attestée sur de nombreux sites de la culture de Vinca dans la partie centrale des Balkans ainsi qu’en Thrace et en Pannonie. Il y avait d’ailleurs déjà un commerce de métaux puisque les objets en cuivre des cultures de Cucuteni et Tripolie, plus loin à l’est, au-delà du delta du Danube ont été confectionnés avec du cuivre provenant de Thrace ou des Carpathes. La métallurgie des contrées danubiennes du centre des Balkans a contribué à une révision des thèses concernant l’origine, le développement et le rôle joués par l’industrie minière et la métallurgie préhistoriques dans cette partie de l’ancienne Europe. Il apparaît ainsi une longue période d’introduction des techniques : ce processus n’est pas uniforme et ne dénote pas une découverte unique et capitale. Il ne comporte pas non plus de voies de diffusion et d’échanges économiques intensifs et caractérisés.

3 - L’âge du bronze

Les progrès dans la construction des fours rendirent les hommes capables de faire fondre des minerais métalliques, la maîtrise des températures élevées rendit l'homme capable de fondre des métaux de plus en plus résistants. Sur le plan social, l'âge des métaux semble marqué par une accélération de la hiérarchisation de la société. Les guerres de l'époque néolithique deviennent plus fréquentes et la course aux armements est, déjà permise par la maîtrise du métal. D'abord les poignards en cuivre martelés, puis les épées de bronze que supplanteront, plus tard, les armes en fer.

Différentes haches en bronze de différentes époques

A) Le bronze ancien 2500-1600 ans av. J.-C.

L'extraction du cuivre et de l'étain se fait en mines à ciel ouvert ou en galeries. En chauffant la roche et en la refroidissant brutalement, elle éclate, on recueille le minerai, fondu et stocké en lingots.

Ce commerce permit au monde occidental d'avoir des contacts avec la civilisation d'Asie Mineure. Encore attachés au travail du silex, les hommes du bronze ancien façonnèrent de très beaux objets en pierre polie. Leurs sépultures évoluent bientôt en tumulus. C'est donc en bronze que sont coulés les fines épées, les poignards triangulaires, les pointes de lance, les haches mais aussi les épingles, les alènes, les bracelets, etc. que l’on trouve dans les tombes. L'étude des dépôts de fondeurs permet aussi de préciser les subdivisions chronologiques et des influences.

En Crète c’est la civilisation minoenne, mais c’est aussi la culture d’El Argar du côté de Grenade et l’essor des princes d’Armorique et du Wessex et des phases tardives de Stonehenge.

En Bretagne, les tumulus du bronze ancien (sur la côte) amènent à penser que ce peuplement est d'origine nordique. Dans le Jura et la vallée du Rhône, le bronze ancien est proche de celui de la Suisse. En dehors, la France recèle de nombreux vestiges isolés.

La Sardaigne : Avec l'age du cuivre (2500ans avant JC), on assiste au passage graduel de la culture Ozieri à celle de Filigosa et Abelazu, avec un appauvrissement notable par rapport à la phase Ozieri, à cause d'une agressivité progressive entre les populations ? agressivité sévissant à la même époque dans tout le bassin méditerranéen. Entre l'âge du cuivre et l'âge du bronze on trouve dans l'île la culture du "vase campaniforme": un courant culturel présent ailleurs en Europe.

L'Age du bronze, dans sa phase antique, c’est la culture de Bonnanaro, caractérisée par une céramique à anses particulières. A cette période les sépultures mégalithiques évoluent vers la "tombe des géants". C'est dans la phase finale de la culture de Bonnanaro que l'on situe le début de la civilisation Nuragique. Cette dernière subsistera, par endroits, jusqu'à la conquête romaine.

On date de l'âge du fer, seulement, les célèbres "petits bronzes": ex-voto figurant des personnages, des animaux du riche monde nuragique.

L'exploitation des minerais fait partie des ressources de cette période et, à coté des bronzes figurés, l'on trouve une production d'armes, d'ustensiles et d'objets divers coulés dans du bronze dont la qualité n'a pas son égal dans le reste du monde méditerranéen. Le métal de l'île poussa les marchands Crétois, Mycéniens, Chypriotes puis Phéniciens à fréquenter la Sardaigne, très tôt, y établissant des escales, qui devinrent des villes comme Karalis, Tharros, Sulci, Nora et Bithia.

B)  Le bronze moyen 1600-1300

Au bronze moyen, la métallurgie du bronze connaît un grand essor, surtout à l'embouchure des grands fleuves, ce qui facilite le commerce. L’apogée de l’âge du bronze à Mycènes ne doit pas occulter la culture des tumulus d’Europe centrale ni les impressionnantes tombes du Jutland danois qui datent de 1400 environ. Une des plus remarquables découvertes de cette époque est celle du chariot solaire de Trundholm (Danemark) ; le disque solaire en bronze placé verticalement est revêtu d'une mince plaque d'or estampée. En Alsace, Haguenau a fourni un très abondant mobilier : épingles, épées à languettes à rivets, jambières....

Détail d'un objet en bronze 1200 av JC.

Chypre : Dans l’Antiquité, l’île de Chypre appartient à un large monde hellénistique. Vers 1450 av. J.C., les Mycéniens y fondent une colonie. Dès le 14ème av J.C. le cuivre de Chypre fait l’objet d’un commerce maritime (épaves du Cap Gelidonya, d’Ulu Burun), déjà transméditerranéen, comme le montrent les lingots en forme de peau de bœuf transportés jusqu’en Sardaigne et peut-être aux Baléares. Et c'est à partir de 1200 av. J.C. que sont fondées les cités-royaumes grecques de Chypre. Vers 1000 av. J.C., s'était établie, à Kition, une colonie de Phéniciens. On y extrait du cuivre, que les Romains appellent aes cyprium qui deviendra cuivre en français. Chypre est ensuite incluse dans l’Empire romain…

Les grandes lignes du consensus actuel se fondent sur les conclusions d'analyses isotopiques du plomb provenant d'études sur l'origine du métal et sur les indications qu'apporte la structure du commerce du cuivre pendant l'âge de bronze en Méditerranée, en retenant spécialement les lingots de cuivre « peau de bœuf » de Chypre. Plusieurs approches erronées (Knapp1999, 2000) sont revues. On a démontré qu’il y a une corrélation isotopique entre ces lingots et les dépôts de minerais de la région d'Apliki sur l’île de Chypre, donc pas de regroupement, direct ou indirect des minerais de Chypre,  ni un recyclage général des métaux au niveau de la Méditerranée.

La route de l'étain nécessaire au bronze

C’était une organisation commerciale internationale assurant l’épanouissement des civilisations méditerranéennes de l'antiquité. Les Phéniciens se sont associés aux Gaulois (et à leurs prédécesseurs) pour convoyer le précieux minerai d'étain d'Armorique et de Cornouailles jusqu'à la Loire et donc jusqu'à Roanne. Le minerai qui assurait la production de bronze pour l'ensemble des civilisations méditerranéennes, était transbordé par voie de terre jusqu'à la vallée du Rhône. Les Ségusiaves, tribu gauloise installée entre Loire et Rhône, ont entretenu une relation privilégiée avec les Phéniciens. La route de l'étain - Loire-Rhône - a été l'unique voie d'approvisionnement en minerai d'étain pendant l'âge du bronze. Les Gaulois préféraient la Loire car ils devaient partager la Garonne et la Seine avec leurs voisins Aquitains et Belges.

Route de l’étain

Les Phéniciens avaient développé un système de navigation en se repérant sur l’étoile polaire; s’ils avaient pratiqué une navigation régulière le long des côtes, la position des Cornouailles aurait été connue depuis l’Âge du bronze ! Vers le milieu du dernier millénaire avant l'ère chrétienne, le fer est venu chambarder l'économie. Les Phéniciens ont dû renoncer à la suprématie des mers. Des routes parallèles se sont développées : Seine ou Toulouse- Narbonne pour les Étrusques. Les Phéniciens ont cherché de nouvelles sources d'approvisionnement. Les alluvions de certaines rivières d'Ibérie occidentale ont fourni de l'étain à Carthage via Cadiz à l'embouchure du Guadalquivir.

D'autres Gaulois, sous l'impulsion des Bituriges, vont palier à la crise de l'étain en explorant d'autres routes comme celle de l'ambre. Mais l'indiscipline et l'individualisme des Gaulois (déjà !) ont transformé ces entreprises commerciales en vulgaires hordes de pillards.

C)  Le bronze final 1300-900 av JC.

La période du bronze final est marquée par des guerres et des invasions. En Asie Mineure et en Europe orientale ces troubles entraînent l’effondrement de l'Empire hittite, la disparition de la civilisation mycénienne : les peuples de la mer.  En Europe centrale, les peuples adoptent le rite de l'incinération (civilisation des champs d'urnes). On y voit la civilisation des palafittes émerger. La vénération de l’eau est attestée par de nombreux lieux cultuels à cette époque (Saint-Moritz dans les Grisons en Suisse, par ex.). Les roues de Coulon, en Charentes semblent avoir été coulées d’une seule pièce, ce qui représente un prodige métallurgique! C’est aussi l’Epoque de la domestication du cheval…le triomphe de l’or…et l’achèvement de Stonehenge…C’est encore l’époque dont parle Homère !

On considère ces peuples comme étant les premiers Celtes qui se sont répandus vers l'ouest de l'Europe. La délicatesse de certains objets de bronze montre que ceux-ci ont été coulés par le procédé de la cire perdue. Cette période est, à certains endroits, contemporaine du début du premier âge du fer (Hallstatt), comme en Languedoc, en Roussillon, en Catalogne. D'autres régions n'ont pas subi l'influence des Champs d'urnes ; c'est le cas de la zone atlantique (voir ci-dessous).

Age du bronze dates finales

La façade atlantique

Dans cette dernière se multiplient les dépôts de fondeurs. Les relations commerciales sont très actives ; ainsi, certaines haches fabriquées dans le nord-ouest de l'Espagne sont exportées en Bretagne, en Angleterre et dans les pays scandinaves, et aussi en Sardaigne. L'épée en bronze, dite en langue de carpe, est fort répandue. Il est normal de trouver en Touraine ou en Charente, à la fois des éléments « Champs d'urnes » et d'autres « atlantiques ». En Bretagne, les haches en bronze ont une douille de section carrée et ont été exportées jusqu'en Belgique et en Allemagne.

Les épées sont largement réparties dans la partie la plus occidentale de l’Europe, appelée Complexe atlantique, mais aussi dans les régions limitrophes. Le Complexe atlantique regroupe plusieurs cultures, dont les affinités et les modes de vie sont analogues. Près de 4 000 épées de ce type, datant de 1350-800 avant JC environ, sont recensées. Elles proviennent de dépôts et de découvertes isolées et ont été trouvées enterrées ou  immergées. Les découvertes dans des sépultures ou des lieux habités sont peu nombreuses. À l’extrême fin du Bronze final, quatre dynamiques d'échanges peuvent être mises en évidence :
-- Les choix techniques de fabrication sont différents entre la zone cœur du Complexe atlantique (de part et d’autre de la Manche) et les régions les plus éloignées. Les actions de destruction et d’enfouissement des objets sont interprétées, du fait de leur caractère systématique, comme des pratiques rituelles, des actes culturels.
-- L’opposition nord-sud réapparaît à la fin du Bronze final, avec l’adoption par les groupes de types d’épées différents : différences de forme (lame à bords droits ou courbes), de décor et de fabrication. Ceci témoigne d’une identité mais aussi de techniques de combat différentes.
-- Les zones périphériques nord et sud échangent aussi l’une avec l’autre. Malgré des différences dans la forme des épées, une circulation directe existe.
-- Enfin, des contacts avec les régions limitrophes du complexe atlantique sont identifiables. Ces interfaces correspondent à des zones de passage, de contact, dans des milieux géographiques privilégiés (fleuves, plaines, vallées) où s’exercent une concurrence et des influences mutuelles soutenues.
-- Il existe donc en Europe occidentale des groupes qui, sans être proches, ont des pratiques communes. Même dans les régions les plus éloignées, les hommes ont des habitudes culturelles ou artisanales similaires Ceci montre l’existence de circulations sur de longues distances, avec ou sans intermédiaires. Les mers et les fleuves sont des voies naturelles de circulations utilisées depuis longtemps.

1 - Les Celtes et le bronze

L'appellation Celtes apparaît en premier chez Hécatée de Milet vers 500 av JC, puis chez Hérodote vers 450 av JC. Ce mot viendrait de l'indo-européen "keletos", rapide, ou "kel-kol", habitant, colon. Le mot Galate apparaît dans la littérature grecque en 279 av JC. Galli apparaît pour la première fois en 168 av JC dans les "Origines "de Caton l'Ancien (traduction latine de Galates ?).

Les termes de Gaulois et de Celtes sont au début synonymes. Puis les Romains réservent le premier terme seulement à une partie des Celtes qui sont fixés en Gaule cisalpine et transalpine. César était conscient du caractère conventionnel de ces distinctions "Ceux que nous nommons Gaulois dans notre langue, se nomment Celtes dans la leur". Aujourd'hui, on admet généralement le terme de Gaulois pour les habitants de la Gaule à partir du IIIème siècle av JC. Pour les périodes précédentes et les autre zones géographiques on parle de Celtes. Mais les Belges et les Boïens sont aussi des Celtes.

Les origines des Celtes demeurent obscures et, aujourd'hui, deux théories s'affrontent, celle, classique, des migrations et une théorie plus récente qui laisse penser que les Celtes seraient une population autochtone…

Torque bronze celte IV à IIème av

La migration des Celtes : une culture homogène apparaît sur les steppes d'Asie Centrale  au VIème millénaire av JC, le peuple de Kourgan (pratique funéraire du tumulus) atteint l'Europe orientale vers 4000 av JC, puis migre vers l'Europe de l'Ouest à partir de 2500 av JC et remplace les populations autochtones, non indo-européennes (culture des vases campaniformes). Les Celtes auraient pénétré en Gaule (et en Espagne) vers 1200 av JC.

L'utilisation intensive du bronze va entraîner des mutations considérables dans la vie des hommes, des progrès décisifs sont accomplis, entre autres dans la technique du bronze : coulage dans des moules, martelage à chaud, durcissement par écrouissage  pour fabriquer des armes (couteaux et épées) beaucoup plus tranchantes que celles en pierre ou en os.

Char cultuel, bronze, époque Halstatt vers 800 av JC.

Les échanges commerciaux : pour fabriquer le bronze il faut aller chercher l'étain qui vient d'Armorique ou de Grande-Bretagne, et le cuivre qui vient des Alpes ou d'Europe de l'Est. Des échanges importants vont donc voir le jour entre la Gaule et le monde méditerranéen (Grecs et Etrusques) avide de bronze. La recherche de l'ambre (Baltique, mer du Nord) et du sel (Autriche) vont aussi contribuer à ces échanges. Au début du Ier millénaire, vers 900 av JC, une nouvelle civilisation s'implante dans notre pays, celle du fer avec Hallstatt puis la Tène.  A ce sujet voir le dossier sur le fer qui traite de ces 2 époques.

C’est sur cette fameuse route de l’étain que se situe la tombe de Vix. A environ 5 km au nord nord-ouest de Châtillon-sur-Seine, en Bourgogne du Nord, dominant le village de Vix se trouve une butte appelée le mont St. Marcel ou encore mont Lassois.

C’était en Janvier 1953, René Joffroy, devait rentrer à Châtillon-sur-Seine et Moisson resta seul pour creuser. Le lendemain matin, Moisson arrive tôt chez René Joffroy : « Hier soir, dit-il, en enlevant la terre, un gros objet est apparu. »

Joffroy se rend sur les fouilles et réalise l’importance de la découverte: l’objet apparu est l’anse d’un vase, d’un cratère antique, mais si grande…

C’est dans la pluie, le froid et la boue que sera extrait le cratère; avec toutes les précautions nécessaires, il faudra 4 jours pour le sortir et il est dans un triste état: écrasé, le col et le pied sont rentré dans la panse, les anses ne tiennent que par un rivet. Mais tous les morceaux sont là ! Le cratère est transporté à Châtillon et nettoyé. La boue mise dans des caisses pour les passer dans un tamis afin de récupérer les petits morceaux. Mais voilà des curieux qui viennent gêner les travaux. Il faudra leur dire que les fouilles sont finies. Les 12 et 13 février 1953, on découvrait le corps de l’inhumée parée de nombreux bijoux  dont des bracelets en schiste et en perles d’ambre. Le crâne apparut avec un admirable torque en or de 24 carats et de 480 g encore au cou de la femme depuis 2500 ans. Cette femme d’une trentaine d’années est morte vers 500 av. J.-C.  La défunte appartenait à la race nordique qui semble avoir prédominé parmi les peuples germano-celtiques de la fin de l’âge du bronze et du début de l’âge de fer. A en juger par la richesse de ses bijoux, par la somptuosité de ses funérailles, elle était de haut rang.

Cratère de Vix

Le cratère de la tombe de Vix. C’est un vase antique à deux anses, en forme de coupe, dans lequel on mêlait l’eau et le vin. Il peut contenir quelque 1100 litres. La cuve et le col sont martelés en une seule pièce. La plupart des autres parties semblent avoir été coulées. Le cratère était recouvert d’un couvercle sur lequel était fixée une statuette de femme haute de 19 cm, dont la tête est significative de la fin de l’art grec archaïque. Selon toute vraisemblance, le vase a été fabriqué dans l’une des colonies grecques d’Italie du Sud. Le transport du cratère (208 kg) jusqu’en Bourgogne apparaît comme extraordinaire et, selon le conservateur il semble qu’il ait été démonté pour le transport et remonté sur place, il apparaît, en effet, sur le vase lui-même, des marques – repères de montage. La vallée du Rhône n’était pas une voie de communication facile. L’usage du vase reste obscur. Des traces de corrosion semblent indiquer qu’au moment de la fermeture de la tombe, le récipient était à moitié rempli d’une boisson sans doute alcoolisée, comme c’était le cas pour un chaudron de bronze dans une tombe de Hallstatt (Autriche).

2 - Les gallo-romains et le bronze en Bourgogne

Au sud de Chevroches se trouve un méandre fossile de l’Yonne. Ce site est occupé depuis le Néolithique. Au début de notre ère une grosse agglomération gallo-romaine a vu le jour au franchissement de l’Yonne par la voie reliant Entrains-sur-Nohain à Autun et ce gué reste visible aujourd’hui. A la fin du premier siècle une importante réorganisation des lieux avec des constructions en pierre et une trame romaine apparaît. Plusieurs remaniements sont faits au cours des siècles suivants jusqu’à la désaffectation du site vers la fin du IVème s. ap. J.C. Un incendie ? Un abandon violent ? Personne, en tous cas n’est venu récupérer les dépôts d’objets en métal enfouis…pour notre plus grand bonheur ! L’activité métallurgique y tenait une place importante au IVe siècle (fer et bronze) et s’organisait dans de vastes ateliers implantés au sein d’îlots délimités par des rues. De remarquables pièces de mobilier en bronze, fer ou plomb ont été découvertes en abondance : outils, éléments domestiques, harnachement, barres et chutes de forge, éléments de parure et même un élément de garniture de fourreau ajourée, trésors monétaires et dépôts d’objets métalliques, qui constituaient des réserves de métal voué à la refonte afin de fabriquer des fausses monnaies ou de servir aux réparations.

On y a trouvé quatre aires de travail de métal ont été découvertes et 2 objets remarquables :
-- Une garniture de fourreau en bronze signée Gemellianus à Aquae Helveticae qui confirme la renommée de cet artisan Helvète qui vient de Baden ( Aquae Helveticae) et qui oeuvrait au IIème s. ce qui prouve un commerce certain !
-- Un disque de bronze de 6 cm de diamètre, magnifique et gravé suscite nombre d’interrogations ! Le pourtour de ce disque bombé est divisé en 12 compartiments égaux dans chacun desquels sont gravés trois mots grecs superposés : la ligne extérieure indique les 12 mois égyptiens, la ligne médiane les 12 mois du zodiaque et la ligne intérieure les 12 mois romains….était-il destiné à établir des horoscopes ? Un mystère… L’analyse permet de dater la fabrication de ce disque astrologique à la fin du IIIe siècle de notre ère. Pour plus de détails consulter le dossier de l’exposition virtuelle de l’INRAP dont est tiré le document ci-dessous.

Disque de Chevroches © INRAP

3 - Le bronze au Moyen Age

Aux Ve/VIe siècles, les orfèvres produisent des bijoux cloisonnés magnifiques. C'est à Mohenjo-Daro (vallée de l'Indus), dans une couche archéologique datée d'environ 2750 avant JC., que furent retrouvés les plus anciens témoins de l'orfèvrerie cloisonnée connus. Ce sont les Sarmates qui l'ont transmise à l'Occident. Elèves à la fois des ateliers sarmates et hellènes de la mer Noire, les orfèvres Goths ont largement contribué à cette diffusion.

La technique de l'orfèvrerie cloisonnée - le cloisonné - est l'art de sertir dans un réseau de cloisons en métal, des pierres de couleur. C'est une technique qui fait partie de l'orfèvrerie battue (opposée à moulée) : le métal est battu en feuilles, minces et on sertit, à froid, des tables de verre ou des pierres précieuses découpées selon la forme désirée, dans des cloisons de métal rapportées, souvent du cuivre, ou de l’or. Pour donner de l'éclat aux tables de grenat, on fixe dessous un paillon, qui est un petit élément de métal gaufré ou guilloché, souvent d’argent.

Fibules bronze or argent grenat et verre, VIIème s. ap. JC.

Dans le cas de l'émail cloisonné, les cloisons de métal sont rapportées sur le fond et soudées ou collées (colle de pépin de coing par ex.). L'adhérence se fait au moment de la fusion du verre, au four. Les cloisons, épaisses ou fines, sont rapportées selon les techniques du plein émail ou de l'émail enfoncé. Dans ce dernier cas, la plaque de métal est préalablement creusée.

Un atelier de fondeur de plaques-boucles mérovingien à St Denis, Paris, datant du premier millénaire. Document du Ministère de la culture : St Denis, une ville au Moyen Age.

Schéma de la fabrication en série d'un ardillon de plaque-boucle. © UASD / M. Wyss.

L'artisan crée un prototype, en bois ou en métal (B), qui lui sert à fabriquer un moule bivalve (A) dans lequel il coule de la cire pour obtenir plusieurs tirages (C) faciles à décorer (D). Il enrobe chacun d'argile (E) ; lors de la cuisson du moule, sous l'effet de la chaleur, la cire fond (F), mais l'objet décoré laisse son empreinte qui sera remplie d'une coulée de bronze (G). Une fois le métal refroidi, l'artisan casse le moule pour libérer la pièce (H).

Une aire de travail, reconnue en bordure de la nécropole, sur près de 30 m de long, comprenait des soles de foyers semi-enterrés, des fosses-cendriers et quantité de scories provenant de la fonte d'alliages cuivreux. Au centre de l'atelier, un fond de cabane était réutilisé comme dépotoir. Son comblement renfermait des résidus de curage de foyers et des fragments de moules en terre cuite attestant la technique de la fonte à cire perdue. L'atelier produisait des plaques-boucles caractéristiques de la fin du VIe et du début du VIIe siècle.

La dinanderie existe depuis très longtemps mais se développe beaucoup au Moyen Age. Le terme, lui, vient de Dinant, sur la Meuse. Il s’agit de l’art de battre un disque de métal (cuivre, étain, argent) et de le former au marteau pour exécuter poteries et sculptures, par retreint, recuit et planage. Pièces uniques allant des calices à des sculptures monumentales. Actuellement le poinçon DDD (dinanderie de dinandier) indique une œuvre martelée, PMD (poterie de métal du dinandier) une pièce martelée avec soudure, brasure et manchonnage.

Chandelier, dinanderie importée à Venise de Damas vers 1400, les Vénitiens commerçaient beaucoup avec l’Orient

Le Cuivre à Villedieu

Si la région ne possède pas de mines, il semble bien que le cuivre y ait été travaillé dès le début du XIVè, puisque les premiers statuts des "poesliers" ont été approuvés en 1328-1329. Vraisemblablement, on doit la naissance de cette corporation  au fait que Villedieu était située à la croisée de nombreuses routes, à la présence de la Sienne et aux privilèges accordés par Henri 1er Beauclerc à l'ordre de Saint Jean de Malte, dispensant les populations de nombreux impôts. Cette incitation fiscale a dû jouer un grand rôle dans le regroupement des artisans du cuivre à Villedieu. Ce sont actuellement une dizaine d'artisans et quatre entreprises qui perpétuent cette tradition.

Malachite © Lou Perloff Photo Atlas of Minerals

Le cuivre forme couramment 2 ions.

- Cu⁺ dont les composés sont réducteurs, vite oxydés et si on se trouve en solution concentrée on a assez vite : 2 Cu⁺ -> Cu + Cu²⁺ Les composés du cuivre monovalents sont en général incolores rouges ou jaunes.
- Le Cu⁺² donne des composés bleu intense, ont une saveur métallique très prononcée, sont toxiques et si le milieu devient basique ils deviennent verts et précipitent.

La solubilité du cuivre dans l’eau est fonction entre autres de la concentration en anhydride carbonique mais aussi de la quantité de sel de mer par exemple ou d’autres chlorures. On obtient ainsi de l’atakamite :  Cu₂Cl(OH)₃, si on a un milieu basique de la malachite : Cu₂(CO₃)(OH)₂ et si on a un milieu acide de l’azurite : Cu₃(CO₃)₂(OH)₂. Tous ces composés existent à l’état naturel et sont le résultat de processus géologiques, en général du thermalisme.

Atacamite - www.fabreminerals.com - Fabre Minerals photo

Les composés du cuivre sont innombrables tant ce métal se lie à tout ! Nous allons prendre quelques exemples.

1 - Les oxydes : on ne sait pas exactement si Cu₄O existe mais en revanche on a obtenu Cu₃O ( Bailey et Hopkins), une poudre orange,  en calcinant CuO à 1700°C, mais ce sont surtout Cu₂O qui peut se fabriquer de nombreuses manières, la cuprite dont le PF = 1100°c et d = 6

Cuprite  © Tom Loomis /Dakota Matrix

L’autre oxyde courant est le CuO. Il est noir et obtenu souvent par oxydation du cuivre, déshadratation de l’hydroxyde ou par électrolyse. A l’état naturel c’est la mélaconite ou ténorite.

Ce composé est généralement soluble dans une solution alcaline et donne un complexe anionique selon la réaction suivante :
CuO + OH- <--> HCuO^2- <--> H⁺ + CuO₂^2- ce dernier est le ion dominant même à des concentrations de 0,1N.

2 - les hydroxydes : Il n’existe que l’hydroxyde bleu Cu(OH)₂ insoluble dans l’eau. S’il est sec et pulvérent il est nommé Bleu de brême. Les hydroxydes de cuivre se trouvent souvent sous formes de complexes divers spécialement dans l’altérations des bronzes par exemple :

Brochantite - www.fabreminerals.com - Fabre Minerals photo

-- Hydroxyde sulfate de cuivre (II);  brochantite;   Cu₄(SO₄)(OH)₆
-- Hydroxyde sulfate de cuivre (II);  antlérite ;   Cu₃(SO₄)(OH)₄
-- Chlorure hydroxyde de cuivre (II);  atacamite;   Cu₂(OH)₃Cl
-- Chlorure hydroxyde de cuivre (II);  paratacamite ;  Cu₂(OH)₃Cl
Mais aussi des complexes du type :
Na₂ [Cu ( OH)₄] ou encore Ba₂ [Cu ( OH)₆] et d’autres encore.

Antlérite © Thomas Witzke

3 - les chlorures : On trouve le CuCl, ou nantoquite du Chili ou nantokite, dans les fumerolles volcaniques, découverte en 1868 par Breithaupt à Nankoro au Chili.

Le CuCl₂, lui est une poudre jaune ou marron de densité Egale à 3,05 de PF 498°C et cristallise dans le système monoclinique la tolbachite.

Tolbachite © Thomas Witzke

Elle est souvent associée dans les fumerolles volcaniques à de la mélanothallite et s’altère facilement en ériochalcite.

Eriochalcite de l’éruption du Vésuve en 1875 © Thomas Witzke

Les chlorures sont facilement hydratés avec un ou plusieurs H₂O. Mais les chlorures aussi forment facilement des ions complexes en milieu aqueux, par exemple : [Cu(H₂O)_n ]²⁺ + 2 Cl-

4 - Les oxychlorures : le chlorite Cu(ClO₂)₂ brun cristallin, explosif et le chlorate Cu(ClO₃)₂.6H₂O liqueur verte qui donne des cristaux bleus, perchlorate, chlorate basique etc... Mais il existe beaucoup de combinés de chlorures de cuivre et d’oxydes de cuivre :
-- atéline  CuCl₂.2CuO.H₂O
-- atacamite CuCl₂.3CuO.nH₂O
-- tallingite CuCl₂.4CuO.nH₂O avec n = 6 ou 8
-- footéite CuCl₂.8CuO.12H₂O
Il y en a sûrement d’autres.

5 - composés avec le soufre : ce sont des sulfures ou des sulfites ou des sulfates… le cuivre étant assez facilement attaqué par les acides (c’est le principe de la taille douce par exemple).

*Voici donc quelques réactions avec l’acide sulfurique :
5 Cu + 4 H₂SO₄  -> CuS₂ + 3 CuSO₄ + 4 H₂O et si la température augmente :
CuS₂ + 2H2SO₄ -> S + CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O l’équilibre est alors entièrement déplacé à droite par dégagement de gaz SO₂
*Une réaction très célèbre est celle de la synthèse du méthane :
2H₂S + CS₂ + 8 Cu -> CH₄ + 4CuS₂ ici aussi dégagement de gaz.
*Il y a un gros chapitre avec les sels de soufre : sels doubles de soufre et d’oxydes, complexes sulfurés, thiocyanates, etc…

6 - autres composés : il y en a des milliers évidemment surtout avec le cuivre ! Avec les autres éléments des colonnes 5, 6 et 7 naturellement, des composés simple, binaires voire ternaires et une chimie des complexes du cuivre qui serait un traité à elle toute seule. On ne parle pas de chimie organique ici non plus ! Et le but de ces dossiers n’est pas de donner une liste exhaustive des composés du cuivre.

On prendra deux exemples dont le premier est bien connu des étudiants : la liqueur de Fehling.

La réaction de Fehling est une réaction caractéristique des aldéhydes. Pour l'essentiel, la solution de Fehling (ou liqueur de Fehling) est un complexe basique d’ion cuivrique - Liqueur de Fehling A (liquide bleu) - par les ions tartrate – Liqueur de Fehling B (liquide transparent) – à ne mélanger qu’au dernier moment car elle se dégrade assez vite.

La liqueur de Fehling contient, en milieu basique, des ions cuivre Cu²⁺ compléxés par les ions tartrate –O₂C-CHOH-CHOH-CO₂- ( notés T^2- ). La liqueur de Fehling renferme donc des ions complexes CuT₂^2- de couleur bleu foncé limpide.  Au cours de la réaction, non stoechiométrique, le cuivre oxyde l'aldéhyde pour donner un acide selon la réaction bilan d'oxydo-réduction générale : R-CHO + 2Cu²⁺ (aq) + 5HO^- (aq) -> RCOO^- + Cu₂O(s rouge) + 3H₂O
La liqueur de Fehling initialement bleue précipite en un dépôt de couleur rouge brique, à chaud, et cela uniquement en présence d’un sucre réducteur, pour ce qui concerne les sucres.

Et le second répond à la question : « Quel est donc ce produit vert qui se forme sur les toits en bronze ? »  d’après un article paru dans le Bulletin de l'ICC ( Institut canadien de la Conservation), no 21, 1998 : Les bronzes de la colline du Parlement : Analyse des dépôts en surface. Lyndsie Selwyn, scientifique principale en conservation, Recherche sur les méthodes de restauration et les matériaux.

Dans le cas d’un chantier de rénovation des statues et toits au Québec un programme d’étude des altérations du bronze a été mis en place. Les 168 échantillons prélevés sur site ont été analysés, ce qui a permis l’identification de 94 composés cristallins et 9 matières organiques. Le tableau ci-dessous, tiré de l’article, comprend deux sections, soit «corrosion superficielle» (le bronze réagit avec l'environnement local) et «contamination superficielle» (matières étrangères).

Tableau bronzes Québec

L'altération de la surface, après une exposition prolongée à l'extérieur, est constituée de composés de cuivre : d’abord une couche de composés de cuivre (I); après un certain temps, une deuxième couche apparaît de composés de cuivre (II) : hydroxydes, sulfates, chlorures, ce sont ces composés qui donnent la couleur verte ; ils contiennent du soufre et du chlore, mais sont dépourvus de carbonates. Pourquoi ? Les concentrations élevées de soufre et de chlore dans l'environnement (urbain) favorisent la formation de sulfates plutôt que de carbonates. Le soufre vient des précipitations acides causées par les gaz polluants. La valeur du pH des précipitations, à Ottawa, se situait entre 4,2 et 4,4 entre 1979 et 1994. Les chlorures proviennent du sel des chaussées (hiver). Un seul échantillon contenait de la nantokite, CuCl, associé à la « maladie du bronze ».

De nombreuses autres matières cristallines sont des contaminants. Le quartz, le plus important, a été décelé dans 75 % des échantillons. Il y a aussi du gypse. Le gypse est utilisé durant le moulage et il est impossible de l'enlever complètement. Légèrement soluble dans l'eau, une partie se dissoudra dans l'humidité à l'intérieur des statues creuses. Ces dépôts ont une couleur grise ou verte en raison des impuretés qu'ils renferment.

Il y avait encore plusieurs matières organiques : cires, huile siccative probablement appliquées autrefois comme revêtements protecteurs. Un oxalate de calcium et un oxalate de cuivre venant de l'acide oxalique sécrété par des micro-organismes et les lichens présent en quantité dans la brume et la pluie. Enfin, ont été trouvés de l'acide urique et son hydrate qui proviennent des fientes d'oiseaux.

Pour se corroder, il faut un contact avec de l'eau qui contienne des sels en solution. Il importe de bien nettoyer la surface pour éliminer ces sels hydrosolubles durant les premières étapes du traitement de restauration.

L’alliage est une solution solide d’un métal dans un autre et la solubilité du métal de valence élevée dans un métal monovalent est toujours supérieure à l’inverse. Un alliage n’a donc pas un point de fusion précis mais en revanche un diagramme binaire ou ternaire plus ou moins compliqué.

Le cuivre a des propriétés remarquables, nous l’avons vu : sa conductibilité - électrique et thermique -  et sa résistance à la corrosion. Mais il faut ajouter la résistance mécanique, d'aptitude à l'usinage, que le cuivre possède, mais insuffisamment : alors on utilise ses alliages.

Le cuivre peu allié contient des éléments aux environs de 2% maximum, qui permettent d'améliorer les caractéristiques mécaniques sans altérer les propriétés du cuivre. II existe de nombreux alliages :  Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Si, Sn, Pb, As, Sb, Bi et d’autres... dans des proportions diverses, binaires ou ternaires. Mais le cuivre fait aussi des alliages avec les alcalins, les alcalino-terreux et les terres rares : décidément un « bon à tout faire » ! Le R et D est très important dans ce domaine et beaucoup de brevets sont déposés pour des nouveaux alliages…

Pour illustrer ces nombreuses possibilités, prenons un seul exemple : les alliages conducteurs avec la conductivité exprimée en % de la conductivité du cuivre pur ( égale ici à 100%)
- Bronze au cadmium 1%    -90
- Cuivre et zirconium de 0,1 à 0,15%  -90
- Cuivre et chrome 0,6 à 1%  
- Bronze au cadmium 1% et étain 0,15%
- Cuivre avec 2,5 nickel et 0,7% silice  à50
- Bronze au glucinium    -
- Divers laitons     à 45
- Cuivre à 5% de nickel   

- Le cuivre à l'argent : pièces qui doivent être utilisées à température élevée (moteurs électriques et contacteurs par exemple). L'aptitude à l'usinage caractérise le cuivre au tellure qui sert la fabrication par usinage ou découpage rapides de pièces qui doivent garder les propriétés du cuivre.

Casseroles en cuivre

- Le chrome dans le cuivre améliore la résistance aux déformations, à chaud surtout : électrodes de soudure, éléments de frein, panneaux de lingotières pour la coulée de l'acier.

- Le cupro-aluminium contient  4 à 15 % d'aluminium avec addition ou non de fer, nickel ou manganèse, à des teneurs de l'ordre de 5 %. Il est caractérisé par une bonne résistance à la corrosion marine (hélices de navire, gouvernails, pompes...) et des caractéristiques mécaniques élevées.

- Le cuivre et le nickel sont solubles en toutes proportions.

Les propriétés des cupro-nickels : résistance à la corrosion par l'eau de mer, anti-fouling bonnes caractéristiques mécaniques d’où leur utilisation pour la protection des coques de navires, les unités de dessalement, l’offshore…

Deux Centavos 1921 de Colombie en cupronickel

1 - Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc

A ne pas manquer de lire sur notre site "Une visite à Cap Garonne".

On y trouve entre 5 et 45 % de zinc. Les laitons alpha, la plupart des laitons commerciaux, sont des solutions primaires de zinc dans le cuivre avec comme impuretés principales le Pb et le Bi. C’est l'alliage le plus fabriqué et qui présente la plus grande facilité d'emploi : moulage, matriçage, décolletage, emboutissage, usinage, etc... De plus, il peut recevoir tous les traitements de surface et laisse des déchets de fabrication de valeur élevée. Les températures de filage et d’extrusion sont basses. Le temps de laminage à chaud augmente avec la quantité de zinc. Le plomb qui est très souvent présent agit comme lubrifiant lors de l’usinage, on peut en ajouter jusqu’à 3%

En gros l’addition de zinc entraîne :
-- une diminution du PF, de la densité, de la conductibilité thermique et électrique,
-- une augmentation du coefficient de dilatation, de la résistance mécanique et de la dureté.

Le laiton chauffé perd du zinc et la corrosion des laitons alpha est surtout une « dézincification ». Le phosphore permet de pallier, un peu, à ce désagrément et d’augmenter la durée de vie des laitons.

Les alliages de fonderie contiennent souvent des pourcentages plus importants que ceux mentionnés ici de Al, Sn, Mn, Fe, Ni etc…Voir tableau ci-dessous.

Les usages courants du laiton : bâtiment, plomberie, échangeurs de chaleurs, navires, douilles et prises électriques, visserie, bijoux, monnaies, médailles, brasure, supports pour émail par exemple.

Composition différents laitons commerce Fonderies Bordery

On peut y ajouter de l’étain jusqu’à 1% qui diminue la corrosion : ceci est intéressant pour la construction navale.

-- Maillechort ou argentan : alliage inaltérable de cuivre, de zinc et de nickel. Son nom vient de celui de ses inventeurs : Maillet et Chorier (1827). C'est un alliage blanc, dur dont l'aspect rappelle celui de l'argent d'où l'autre nom qui lui est donné d'argentan. On l'utilise notamment dans la fabrication de pièces d'orfèvrerie ou d'instruments scientifiques.

Pièce de 25 cts RF en  maillechort, 1939

-- Métal anglais : alliage à base de zinc et d'antimoine. Utilisé surtout par les anglais, il en a tiré son nom. Ce mélange contient entre 70 et 94 % d'étain, 5 à 24 % d'antimoine, du cuivre jusqu'à concurrence de 5 % et parfois du plomb jusqu'à 9%. Il est notamment employé dans la fabrication de services de table, de couverts ou de théières.

-- Tombac (Thaï : tambac) : ce nom est donné à différents alliages à base de cuivre et de zinc (laitons) contenant plus de 80 à 83% de cuivre et pouvant renfermer de petites quantités d'étain. Il est originaire du Moyen-Orient et possède une couleur proche de celle de l'or. Il est souvent utilisé en bijouterie sous forme de bandes ou de fils.

Pièce canadienne en tombac 1942

-- Zamak : (nom déposé) c'est la dénomination commerciale désignant un alliage à base de zinc, d'aluminium (3,9 à 4,3%), de magnésium (0,03 à 0,06%) et éventuellement de cuivre (1 à 3%). Dans l'industrie automobile, il est utilisé dans la fabrication de poignées, de corps de pompe et de carburateurs. Dans l'industrie radio-électrique et de la téléphonie mobile, il sert à réaliser des pièces de petite taille. Enfin, il trouve un large éventail de débouchés dans la serrurerie et la quincaillerie.

2 - Le bronze est un alliage de cuivre et d'étain

Le bronze contient, en principe entre 3 et 20 % d’étain, la fragilité augmente avec la concentration en étain mais les cloches contiennent 20 à 25 % d'étain, les propriétés acoustiques sont optimales entre 16 et 30% poids d’étain donc le bronze des cloches est très fragile. Le bronze est l’alliage de fonderie avec une excellente résistance à la corrosion et un bon coefficient de frottement donc une grande résistance à l'usure et de bonnes caractéristiques mécaniques (ressorts, bagues, rondelles, contacts…).

Les alliages alpha contiennent toujours au maximum 10% poids en étain. Si ce pourcentage est plus élevé on a alors exclusivement du bronze de fonderie.
L’étain augmente la dureté et la résistance mécanique mais diminue de PF, la densité et les conductivités.

La couleur est rouge jusqu’à 3% d’étain puis devient jaune de plus en plus clair.
Le bronze est peu travaillé à chaud, il est fragile, la soudure en est très difficile et l’étain doit en être très pur ce qui est rare (l’étain contient souvent un peu de As, de SB ou de Pb…)

Les bronzes contiennent presque toujours de 0,02 à 0,35 % de phosphore.
Donc, le bronze est presque toujours coulé, puis travaillé à froid.

Composition typique des bronzes.
Objets : cuivre étain zinc
médailles - 96 - 4 -
monnaies
canons -
cloches -
statues - 85 - 7 - 14

Le bronze est aussi utilisé pour la sculpture. Les bronzes anciens sont rouges avec une patine verte et ne contiennent que du cuivre et de l’étain tandis que les bronzes actuels contiennent presque toujours du zinc et sont donc proches des laitons, le prix en étant beaucoup moins élevé parce que plus solide et fabriqué en grande quantité.

La Douleur de Rodin

Les anciens bronzes chinois ou japonais ont toujours du plomb et ils disposaient de plusieurs alliages différents :
-- avec plomb : le shirome
-- avec zinc : le sentoku
-- avec argent : le shibuichi
-- avec or : shaduko qui pouvait contenir jusqu’à 20% d’or et devenait ainsi violet, bleu foncé.

Les alliages destinés à la joaillerie ou à la décoration ne furent vraiment définis qu’à l’époque d’Edo (1603 - 1868) au Japon, on trouve le laiton, shinchû, des alliages considérés comme nobles et surtout employés pour les armes et les armures, tels que le shakudô, le  rogin (mélange à parties égales de cuivre et d’argent), le  shibuichi (75% de cuivre-25% d’argent), le  karakane  ou métal chinois  (70 à 90% de cuivre, 2 à 8% d’étain, 5 à 15% de plomb).

Bronze chinois

Les bronzes, seidô, avaient des compositions fort diverses : avec du zinc, sentoku, du plomb, de l’arsenic  sawari, shirome, etc... Cependant, ces alliages traditionnels étaient sujets à variations, chaque fondeur possédant ses propres secrets de fabrication.

1 - Commençons par l'économie

En 2004, la production mondiale de cuivre est de 16,015 millions de tonnes. Les principaux producteurs sont le Chili avec 37,3 %, les États-Unis 8 %, dont les 2/3 en Arizona, le Pérou 7,1 % et l'Indonésie 5,7 %. En Europe, le principal producteur est la Pologne avec 585 000 tonnes/an. En avril 2006, le cours est à 6300 euros/tonne, en forte hausse. Sur les 8 premiers mois 2006, la hausse est de 69 %. Le premier consommateur est la Chine, qui absorbe 22 % de la production mondiale (3 Mt).

Saumons de cuivre, produits semi-finis

La production mondiale de cuivre secondaire à partir du recyclage s'est élevée à 2 Mt en 2005, soit 13 % de la production totale de ce métal.

2 - Les mines

Le cuivre est présent dans l'écorce terrestre à la concentration de 55ppm environ. II n'existe plus à l'état natif, comme dans l'antiquité mais sous forme de sels contenant 30 à 90 % de cuivre, mélangés à d'autres métaux comme l'or et l'argent parfois. Un minerai est riche à partir de 1,8 % de cuivre pur. Les minerais se présentent sous 2 formes :

Bornite © Lou Perloff  Photo Atlas of Minerals

-- minerais sulfurés purifiés par pyrométallurgie ont une origine profonde et proviennent de la cristallisation à l'abri de l'air de composés sulfurés de cuivre et d'autres métaux. Ce sont les minerais primaires. Ils représentent plus de 80 % de la production et sont très nombreux. Les espèces les plus courantes sont : - la chalchopyrite CuFeS₂, la chalchosine Cu₂S, la covelline CuS, la bornite Cu₅FeS₄, l'énargite Cu₃AsS₄

Enargite - © Isaias Casanova  IC Minerals

-- minerais oxydés purifiés par hydrométallurgie. Leur teneur en cuivre varie de 0,7 à 2%. Ce sont des carbonates ayant subi une oxydation par l'eau et l'air. On rencontre : malachite Cu₂CO₃ (OH)₂, cuprite Cu₂O, azurite Cu₃ (CO₃)₂ (OH)₂, dioptase CuO₃ H₂O

Dioptase © Dan Weinrich

-- les nodules polymétalliques présents sur les fonds d’océans contiennent du cuivre, du nickel, du cobalt, et du manganèse. Mais des problèmes sont encore à résoudre de pouvoir les exploiter.

A - La mine à ciel ouvert de Chuquicamata au Chili, pour laquelle le rapport déchets-minerais est de 3 à 1. La mine appartient à la Codelco, c’est la plus grande mine de cuivre à ciel ouvert au monde. Elle se situe à 30 km au nord de Calama. Le puits principal mesure 4,3 km de large, 3 km de long et 800 m de profondeur. Chaque jour environ 630 000 tonnes de roche sont extraites.
L'industrie du cuivre représente 40 % des exportations du pays.

La division compte 110 camions d'extraction d’une capacité de 360 tonnes et une vitesse maximale de 60 km/h. Chacun coûte 2,5 millions de USD et consomme entre 1 000 et 1 300 litres de fuel par jour soit env. 2l/min !

Ils mesurent : 13 m de long, 7,5 m de haut et 8 m de large, les pneus ont un diamètre de 3,80 m et coûtent environ 10 000 USD.

Chili camion de mine

L'extraction s'effectue à la dynamite, et le trou est formé de gradins successifs de 26 m de haut. La roche est transportée jusqu'à la raffinerie et est envoyée dans un broyeur. Puis un deuxième broyage à l'eau va transformer le tout en une pâte qui sera mélangée à des réactifs dans des cellules. Une injection d'air va séparer la boue stérile de la mousse riche en métal. Epaississement, filtrage et séchage et concentré à 30% de cuivre et 1% de molybdène.

Chili, Chuquicamata, hauteur des marches 26 mètres !

Le concentré passe dans des fours, afin d'obtenir des plaques qui serviront d'anodes à la prochaine étape, à 99.7% de cuivre. Les anodes, plongées dans une solution électrolytique, qui va les transformer en cathodes de 185 kg à 99,99% de pureté. Cette étape va durée 12 jours.

Pour avoir à la fois le cuivre pur à 99,90 % et les meilleures caractéristiques, on refond les cathodes ce qui permet d'obtenir les différentes qualités de cuivre utilisées dans l'industrie. On distingue les trois principales catégories de cuivre suivantes :

- Le cuivre Cu/al, contenant de l'oxygène, qui est caractérisé par sa haute conductibilité électrique, mais se prête mal au soudage à température supérieure à 400°C, à cause de sa sensibilité aux atmosphères réductrices (hydrogène),
- Le cuivre Cu/bl, désoxydé au phosphore, à conductibilité électrique réduite, mais particulièrement apte aux déformations et au soudage,
- Le cuivre Cu/cl, exempt d'oxygène, qui réunit les avantages des deux catégories précédentes. II correspond à des applications particulières.

Baisse de 40 % de la production en été 2006 au Chili.

En raison de la grève, BHP Billiton estime que la production est réduite à 40 % de sa capacité. Le groupe anglo-australien a d’ores et déjà prévenu ses clients qu'il ne sera pas en mesure d'assurer la totalité de ses livraisons de cuivre. Selon la presse chilienne, l'entreprise aurait embauché des briseurs de grève pour remplacer les grévistes. La grève à Escondida et les problèmes de Chuquicamata, touché par un glissement de terrain et bloquée pour trois mois, ont accru les pressions sur les marchés. A Londres, la nouvelle a fait grimper le cuivre à 8.000 USD/t, près de ses records. Le Chili est le premier producteur d’or rouge, Escondida, en plein désert d’Atacama, à 1.300 km de Santiago, fournit 8 % de la production mondiale…

B - La mine de cuivre de Palabora (Afrique du Sud) est aussi un des plus grand trou artificiel de la planète, voir à ce sujet l’article de FS suivant :
http://www.futura-sciences.com/news-plus-grand-trou-artificiel-monde-surveille-depuis-espace-images_7960.php

C - Au Canada, les peuples autochtones utilisaient le cuivre natif provenant des mines de la région de la rivière Coppermine dans les Territoires du Nord-Ouest. La production industrielle commence à Bruce, en 1846, à l'est de Sault-Ste-Marie (Ontario). Des mines sont ensuite ouvertes dans le bouclier précambrien. Puis on découvre les importants gisements de la Cordillère canadienne.

L'Ontario et la Colombie-Britannique sont les deux provinces produisant le plus de cuivre. Le cuivre extrait des mines de l'Ontario est traité sur place, celui de la Colombie-Britannique est expédié en Extrême-Orient pour l'affinage. Une proportion importante de cuivre provient de matériaux recyclés (30%).

En 2000, la production canadienne s'élève à environ  700 000 t, faisant du Canada le quatrième producteur de cuivre après le Chili, les États-Unis et l'Indonésie. Les raffineries de cuivre sont situées à Montréal, à Timmins et à Sudbury et enfin Williams Lake (Colombie-Britannique) qui produit du cuivre métallique en procédant à la lixiviation de terrils à faible teneur en cuivre.

Kennecott open pit Utah-USA

D - Falun se trouve dans le centre de la Suède est la plus grande mine historique. Elle existait au XIVe comme ville marchande. L'extraction du cuivre était au centre de la vie économique depuis le milieu du XIIIe. Stora Kopparberget est une des plus grandes mines de cuivre. On suppose que les débuts de la mine remontent au Moyen Âge. Au XVIIe, un tiers de la production de cuivre provenait de Falun. La mine a cessé de fonctionner dans les années 1990. Le rouge typique des maisons est appelé rouge de Falun, Falurött, provenant du cuivre de Falun. La zone d'extraction minière est au patrimoine de l'humanité de l'UNESCO.

E - Fraude et abus commis dans les mines de cuivre du Katanga Rapport Global Witness.

« À l'approche des élections, les hommes politiques et les entreprises tentent de manière effrénée de s'emparer d'une part toujours plus importante du commerce lucratif des minéraux, en se souciant peu, voire pas du tout, du bien-être de la population congolaise », déclare Patrick Alley, directeur de Global Witness. « Le pillage des ressources naturelles de la RDC continue de mettre en péril les opportunités de paix, de stabilité et de développement du pays. »

Le nouveau rapport de Global Witness renseigne sur les pratiques que sont la corruption, les extorsions et les exportations illicites commises au Katanga et sur l'exploitation sans pitié, sans mesures de sécurité, des creuseurs artisanaux qui gagnent souvent 2-3 USD/j. L'exportation illicite par la frontière RDC - Zambie apporte des gains considérables pour un petit nombre au détriment du pays. L'arrivée de sociétés étrangères depuis 2004 accroît ces possibilités.

« Des dizaines de creuseurs sont décédés ne serait-ce qu'en 2005, essentiellement après avoir été bloqués à la suite de l'éboulement d'un puits de mine », a précisé Patrick Alley. « Personne ne mène d'enquête sur ces morts ni n'agit pour empêcher que de nouveaux accidents ne se reproduisent. Le gouvernement semble ne manifester que de l'indifférence face à la tragédie de ces creuseurs, et les sociétés de négoce n'ont aucun scrupule à acheter des produits extraits dans de telles conditions, en sachant pertinemment que les creuseurs risquent leur vie au quotidien. »

Lingot traditionnel de cuivre du Katanga

La corruption est également présente dans le secteur de l'exploitation minière industrielle au Katanga à cause, entre autres, de l'ingérence des acteurs politiques de Kinshasa, surtout en matière de contrats. Les modalités assurent aux multinationales une part disproportionnée par rapport au montant qui revient à la société d'État.

La population du Katanga manifeste un ressentiment croissant. Un creuseur a déclaré: « Nous savons que le Congo est riche. Mais malgré ça, nous n'avons même pas assez pour manger. Il y a une seule catégorie de gens à qui cela profite. »Les élections du 30 juillet 2006 pourraient représenter une opportunité de réforme. Le rapport recommande des actions prioritaires au nouveau gouvernement, aux entreprises et aux donateurs internationaux.

Après le traitement du minerai : tamisage, concassage, broyage, triage, enrichissement par flottation, décantation et séchage on obtient un concentré et on passe à la métallurgie proprement dite.

1 - Elaboration par passage au four à réverbère et dans le convertisseur ensuite soit coulée des anodes soit blisters.

La coulée des anodes est directe. La fabrication des blisters l’est moins : il y a un premier traitement à haute température : à l'état liquide en présence de fondants, on sépare les stériles plus légers des sels de cuivre plus lourds, pour obtenir la matte fortement chargée en soufre, contenant 40 à 60 % de cuivre. Le deuxième temps, à environ 1 300° dans un four rotatif, permet de séparer le cuivre des autres constituants. Cette opération aboutit à la production de blisters plaques contenant 98 à 99,5 % de cuivre. Le Japon et l'Allemagne Fédérale sont les principaux acheteurs de blisters.

Coulée

2 - L’affinage thermique pour les blisters n’est pratiquement plus utilisé aujourd’hui, il s’agit d’un grillage à feu oxydant pour que les impuretés s’évaporent. En fait aujourd’hui on utilise souvent directement les blisters comme anodes

3 - Affinage électrolytique pour les anodes.

Principe de l'affinage électrolytique du cuivre.

Les anodes contiennent déjà de 95 à 99,5 % de cuivre mais aussi d'autres métaux : fer, nickel, or, argent, ...

Les différents couples qui entrent en compte dans cette réaction sont au niveau du blister, et par ordre de forces décroissantes : Au⁺⁺/Au ;  Ag^+/Ag ; Cu⁺⁺/Cu ; Ni⁺⁺/Ni ;  Fe⁺⁺/Fe.
- à l'anode : oxydation de  Fe -> Fe²⁺ + 2e^- puis de Ni -> Ni²⁺ + 2e^- et enfin de Cu -> Cu²⁺ + 2e^- tandis que Ag et Au tomberont tels quels dans la solution (forme métallique).
- à la cathode : réduction de Cu²⁺ + 2e^- -> Cu métallique. En effet, Ni²⁺ et Fe²⁺ ne réagiraient avec la cathode que s'il n'y avait plus du tout d'ions Cu²⁺ dans la solution, or la solution est alimentée par l'anode et la solution de CuSO₄ régulièrement remplacée, donc ça ne doit pas arriver. Les cathodes sont très pures et sont transformées en produits semi-finis : barres, tuyau, plaques etc.

4 - Les produits semi-finis

Les plaques sont obtenues par laminage.

Principe du laminoir.

Les barres sont obtenues par filage à la presse d'une billette cylindrique portée au rouge. Sous l'action de la pression, le métal est forcé à travers une filière qui lui donne la forme voulue L'industrie des fils et câbles représente environ la moitié de la consommation française de cuivre, soit environ 200 000 tonnes. Ils sont fabriqués par un laminage suivi de tréfilage.

Tréfilage de fils fins

Les tubes sont obtenus par un ébauchage à chaud, consistant à obtenir un cylindre creux à partir d'un cylindre plein. La section des tubes est réduite à froid, en épaisseur et en diamètre, par écrasement entre des cylindres et un mandrin conique.

5 - Les produits finis

Il y a les pièces moulées et les pièces embouties à chaud ou à froid.

Cuivre produits finis

On fait également des pièces usinées par tournage, des câblages divers, etc...

Câbles de cuivre

On obtient ainsi une infinité de pièces en cuivre ou laiton pour des usages divers comme nous l’avons vu.

Les techniques de fabrication utilisées par les fondeurs de cloches actuels n'ont guère évoluées depuis le Moyen Age même si certains d'entre eux ont introduit récemment l'ordinateur pour effectuer certains calculs. L'activité reste artisanale.

Sans entrer dans le détail des aspects techniques, disons que la fonte d'une cloche comprend un certain nombre d’opérations :

- le tracé pour déterminer la forme et les proportions de la cloche,
- le moulage qui lui donnera la forme d'après le moule : la planche à trousser sert à bâtir le moule qui comporte :

• le noyau, moule intérieur, constitué de sable et de briques recouvertes d'argile, espace du creux intérieur,
• la « fausse cloche », entièrement en terre, elle doit tenir sur le noyau la place qu'occupera plus tard le métal. Sur une légère couche de cendre destinée à empêcher l'adhérence du noyau à la fausse cloche, on dépose la terre en couche épaisse d'abord puis très fine, de la même manière que pour le noyau. Ainsi faite, elle est enduite d'une couche de cire molle,
• les ornementations et inscriptions, sont posées en relief sur la fausse cloche, donc en creux une fois la cloche coulée ; on badigeonne le moule de suif chaud râclé par un calibre poli. La fausse cloche offre alors une surface lisse et brillante coupée à différentes hauteurs par des cordons circulaires que font les encoches pratiquées sur la tranche du calibre. Les ornements et inscriptions ont été préparés sur des matrices sculptées dans du buis, en creux, avec de la cire qui, tiédie et comprimée, épouse fidèlement toutes les finesses; quand ils sont découpés et n'ont plus de bavures, on les colle sur le suif, et le m