Vie au Moyen Age partie 6. Metallurgie et armement section 1

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Aparté: Métallurgie


Les armes et les techniques militaires sont intimement liées à l'état de la technique, et plus spécifiquement à la métallurgie. Le travail du fer a commencé plus d'un millénaire avant notre ère, mais les difficultés de production en faisait un métal rare et précieux, et en tout cas bien moins intéressant que le bronze (alliage cuivre étain) dont les composants avaient l'avantage d'exister à l'état natif.

Contrairement à une croyance commune, le fer n'est pas utilisable sous forme pure: il se corrode très rapidement, il casse difficilement mais est trop souple pour une utilisation efficace et il manque de dureté. En pratique, le fil de la lame céderait à la moindre sollicitation. Une bonne arme ou une bonne cuirasse se doit de répondre à certains critères:
- Elasticité: capacité de l'arme à retrouver sa forme originale après un coup. Elle est définie par la limite élastique.
- Résilience ,ductibilité: capacité du métal à se plier ou à se déformer sans casser.
- Dureté: résistance intrinsèque du métal.
- Pureté: des imperfections affaiblissent l'arme et favorisent le bris soudain. A long terme, le métal travaille et se romps plus facilement.
- Résistance à la corrosion


Les techniques
Les forgerons du Moyen Age n'avaient aucune connaissance théorique. Pourtant l'expérience et d'innombrables essais leur ont permis de façonner des armes de très grande qualité.

Réduction du Fer
Le minerai de fer est communément un oxyde de fer rouge ou noir qu'il s'agit de réduire par apport de carbone; Les atomes d'oxygène se lient au carbone apporté par du bois ou du charbon et part sous la forme de CO, ce qui laisse du fer pur fe et une gangue de résidus carbonés et d'impuretés. La proportion optimale de carbone est d'environ 0.5 à 0.7% selon l'utilisation. A l'époque la détermination du taux de carbone se fait à l'œil.

Décarburation/carburation: l'arme idéale doit contenir un peu de carbone, qui augmente la dureté, mais pas trop, ce qui aurait pour effet de rendre la lame cassante et inutilisable. Pour parler grossièrement, le fer est trop doux, l'acier utilisable, la fonte trop cassante.

Austénitisation: traitement thermique consistant en une chauffe du métal afin que les processus chimiques désirés se réalisent. En pratique, il s'agit de la chauffe de la pièce à 880-900°.

Cémentation (procédé de carburation): traitement des métaux et alliages visant à augmenter la dureté superficielle. Dans le cas des aciers à faible teneur en carbone (moins de 0.25%), il s'agit de placer la lame dans un environnement riche en carbone (du charbon) puis à porter à environ 900° ce qui favorise la diffusion progressive du carbone jusqu'à un taux optimal (de 0.7 à 0.8%). Le temps de chauffe est d'environ 10 heures par mm.

Trempe: procédé de trempage de la lame dans un liquide (eau le plus souvent, huile parfois cer elles réduisent la vitesse de refroidissement) pour la refroidir rapidement. L'acier chauffé, appelé austénite se transforme lors du refroidissement. S'il est très rapide, on obtient de la martensite, très dur mais fragile. Cette structure cristalline est particulièrement néfaste pour les armes car elles casseraient au premier coup. S'il est intermédiaire, on obtient de la bainite qui correspond plus ou moins à la structure cristalline du métal initial, s'il est lent (inférieure à la "vitesse critique de trempe", on obtient de la troostite moins dure que la bainite; Cette troisième trempe est aussi appelée trempe douce.
Le refroidissement provoque des tensions internes qui risquent de provoquer des criques ou des fentes (les tapures). Pour l'éviter, la trempe est suivie du Revenu

Revenu: procédé visant à éviter les risques de tapure et développer la résilience du métal. Normalement, l'acier est chauffé à plus de 200°, maintenu en température puis refroidi très doucement. Dans les cas où le but principal est une grande dureté et d'une plus grande ductibilité, la température est inférieure à 200°. Le métal est appelé sorbite

Recuit: procédé visant à éliminer les défauts structurels provoqués par les traitements antérieurs, comme les tensions internes. La pièce est chauffée assez fortement pour modifier l'ordonnancement cristallin. Il existe autant de types de recuit que de rectifications. Par exemple:
Recuit complet: destiné à éliminer les éléments durs d'un acier pour en faciliter l'usinage
Recuit de diffusion: destiné à homogénéiser la structure chimique d'une grande pièce.
Recuit de régénération: destiné à modifier la structure interne du métal pour en améliorer les qualités. C'est l'utilisation la plus courante.
Recuit de détente: destiné à éliminer les tensions internes consécutives à une trempe ou à une soudure.

Chacun de ces procédé a des avantages en terme de solidité, de dureté ou de résilience, mais il existe toujours des effets secondaires. L'acier final est toujours le fruit d'un arbitrage entre les techniques utilisables, le produit désiré et le coût de fabrication. Il est impossible d'obtenir un acier "à tout faire", réunissant toutes les qualités. De plus, une simple erreur ou une fausse manœuvre (en particulier lors de la trempe) suffit pour modifier la structure interne deu métal et à le rendre inutilisable.
D'autres techniques sont incompatibles avec le but désiré. Par exemple, un acier destiné à fabriquer une cote de maille devra passer au tréfilage. Or, un recuit de régénération augmente la fragilité du métal et le rend presque impossible à travailler.

Un élément que ne pouvaient pas contrôler les forgerons du Moyen Age était la présence de métaux associés. En effet, le minerais comprenait des quantités infimes d'autres métaux dont la présence avait un effet énorme sur la qualité de l'acier. Les lames de Tolède et de Damas ont longtemps eu une réputation internationale, non seulement à cause de la compétence des forgerons, mais aussi et surtout grâce au minerais spécifique de la région. La présence d'impuretés comme le souffre rend les aciers impropres à tout usage.

Quelques adjuvants et polluants courants
Souffre: polluant rendant l'acier cassant et impropre à toute utilisation. Il est neutralisé par l'adjonction de calcium.
Cobalt: augmente la résistance à la corrosion et à la traction
Chrome: améliore la résistance à la corrosion
Nickel: améliore la résistance à la corrosion
Molybdène: augmente la résistance à la corrosion et à la traction
Titane: augmente la résistance à la traction mais a tendance à la ségrégation. Un taux trop important rend la lame cassante
Silicium: améliore la résilience
Manganèse: améliore la résilience
Vanadium: améliore la résistance mécanique à chaud et améliore la résistance à la surchauffe
Aluminium: améliore la résistance et la résistance à la corrosion, mais diminue la résilience
Bore: augmente la résistance à la corrosion sous contrainte et améliore la résilience
Zyrconium: augmente la résistance à la corrosion sous contrainte et améliore la résilience

Le degré de technicité actuel est très élevé et les quantités de métaux . Les lames d'escrime moderne sont fabriquées en acier maraging (martensitic aging) à très faible teneur en carbone (de l'ordre de 0.03%) mais avec plus de quinze métaux ajoutés.

Les techniques de trempe, de recuit et de cémentation sont connues, au moins de manière empirique depuis près de 3000 ans. Les premiers fers utilisés sont par nature peu raffinés, donc souvent chargés en impuretés, ce qui conduit à des résultats étranges voir désastreux. La première cémentation documentée date du XIIième siècle.

Les épées de fer
Simples et rapides à produite, comparé aux autres armes, elles sont bien trop malléables pour être efficaces contre des armures..

Le Damas
Les épées damassées sont parmi les plus réputées. A l'origine produites au Moyen Orient, elles sont rapidement devenues la norme pour les armes de grande valeur. En effet, elles combinent un minerai de grande qualité et la technique éprouvée des forgerons arabes.
La fabrication commence par un raffinage classique donnant un acier à 2% de carbone, ce qui est bien trop élevé et rend l'acier cassant. La décarburation s'opère par martelage à haute température jointe au pliage et repliage de la matrice. Nous savons maintenant que ce procédé permet de mettre toutes ses parties en contact avec l'air et de se changer en CO. Le martelage permet l'interdiffusion des atomes de carbone, c'est çà dire une homogénéisation de la lame conjointe à un abaissement de sa teneur en carbone. Globalement, la lame obtenue a un faible taux de carbone uniformément réparti, ce qui lui donne une bonne résistance tout en conservant sa résilience
Enfin, le forgeron révèle les motifs par damasquinage, c'est à dire par application d'acide attaquant les couches superficielles de l'épée.
Lien direct vers le message - Vieux 21/01/2004, 15h59
ça marche pareil, mais en faisant attention au but: les plates sont cémentées à l'extérieur, pas à l'intérieur etc etc

en faisant de l'escrime médiévale et artistique, je peux t'assurer qu'on remet en question pas mal de bétises qu'on trouve ici et là.
Lien direct vers le message - Vieux 21/01/2004, 16h22
Pour ma part j'ai lu "croiser le fer" qui parle surtout des combattant à l'épée civile.

Mais j'aimerai savoir si vous savez si il existe une sorte de livre qui référencerait en image tous les sortes d'armes blanches depuis leurs débuts, je cherche sans trouver
Lien direct vers le message - Vieux 22/01/2004, 00h58
Citation :
Provient du message de Vlad
edit: tu parles beaucoup des armes, tu as des infos sur la forge des armures aussi?
à mon avis ça va venir dans la section 2 ^^

* attend la suite avec impatiente *
Lien direct vers le message - Vieux 22/01/2004, 08h03
C'est vrai que c'est vraiment bien fait. Un petit "bravo" pour ce cher cracou qui se démène comme un beau diable pour ces présentations succintes du Moyen-Âge. Ca nous apporte une autre vision de ce passé jugé, à tort, obscurantiste. Vivement les autres chapitres !



*Attend impatiemment la section sur Religion & croyances populaires...*
Lien direct vers le message - Vieux 22/01/2004, 19h50
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