Ontologia e Inferˆ encia (Etapa 2)

1.2.1. Le métal

1.2.1.1. Les alliages

Comme annoncé en début de chapitre, le terme de « Bronze », employé de manière globale pour désigner la statuaire produite en alliage à base de cuivre est trompeur⁵². En effet, on trouve dans la statuaire des alliages de cuivre et d’étain – le bronze à proprement parler – mais aussi du laiton – alliage de cuivre et de zinc – du laiton rouge – un alliage ternaire

51 Les preuves de l’application du procédé à l’épargné décrit par Cellini à la statuaire moderne ont été mises en évidence pour la première fois, à notre connaissance, par Francesca Bewer dans BEWER 2008. Elle a ensuite mis en évidence son application à l’exécution de deux bustes en bronze par Cellini lui-même dans l’étude technologique BEWER 2012. Notons cependant que cette technique a plus tôt mentionnée par STONE 1981

52 WELTER 2008 a souligné la confusion qui règne autour de la terminologie du bronze qui ne reflète souvent pas une réalité métallurgique, omettant par exemple l’emploi du zinc. Notons que dans les documents français, le terme de cuivre, de cuivre jaune, cuivre éclairé, est souvent employé et que celui de bronze, finalement assez rare, est féminin, « la » bronze.

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composé de cuivre d’étain et de zinc⁵³. La nomenclature des alliages est encore très confuse et varie suivant les périodes, les aires culturelles, et les personnes⁵⁴. La gamme des métaux employés pour la réalisation des « bronzes » et en particulier de la statuaire est donc large et ne se limite pas à l’alliage de cuivre et d’étain⁵⁵.

Le plomb entre souvent dans la composition de ces différents alliages. Le plomb joue un rôle important sur la coulabilité. Celle-ci est définie par la capacité de l’alliage à remplir un moule⁵⁶. L’ajout de cet élément permet aussi d’abaisser le point de fusion de l’alliage, rôle joué également par l’étain et le zinc.

En effet, le point de fusion du cuivre, à 1084°C, en fait un métal difficile à travailler en fonderie. L’ajout de 20% en masse d’étain, par exemple, permet d’abaisser le point de fusion à 900°C, et 20 % de zinc abaisse le point de fusion à 1000°C.

Notons que la température de coulée du métal est généralement de 100 à 200°C supérieure à sa température de fusion, soit pour les alliages types bronze, selon les proportions cuivre/étain entre 920 et 1050°C et pour les alliages de type laiton, selon les proportion cuivre/zinc, entre 950 et 1130°C⁵⁷.

Le métal, à l’état solide, est placé dans un creuset lui-même disposé dans un four permettant de porter la température du métal jusqu’à sa température de coulée. Selon le volume de métal engagé et le type de four utilisé, la fusion prend quelques dizaines de minutes.

1.2.1.2. La coulée du métal

Une fois liquide, le métal est versé dans le moule dit de potée où on aura pris soin de réaliser un réseau d’alimentation pour le métal en fusion. On crée ainsi plusieurs points d’attaque pour permettre un remplissage homogène et complet du moule qui est d’autant plus réussi que la coulabilité du métal est élevée. Un réseau d’évents est disposé par le fondeur

53 Sur les différents alliages à base de cuivre, voir HUMMEL Understanding Materials Science 2004

54 Soulignant le manque de norme pour la nomenclature des alliages à base de cuivre, BOURGARIT 2012 a définit quatre familles d’alliages cuivreux : les cuivres faiblement alliés, les bronzes (cuivre et étain), les laitons demi rouges (cuivre, étain et zinc) et les laitons (cuivre et zinc)

55 Sur la question des alliages employés dans la statuaire, voir la synthèse réalisée par BOURGARIT ET

MILLE 2010 au cours de la conférence autour du métal tenue à Tours en 2010

56 Nous remercions Benoit Mille pour la définition simple et juste de cette notion complexe qu’il nous a fournit.

57 Sur les température de fusion des alliages à base de cuivre, voir HUMMEL 2004

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pour permettre aux gaz libérés par le métal en fusion de s’échapper sans risquer d’endommager le moule.

Le temps de la coulée est de quelques dizaines de secondes : sorti du four, le creuset contenant le métal se refroidit vite ; alors qu’il est soumis dans le four à une température dépassant les 1000°C, il se retrouve en contact avec l’air ambiant, dont la température dépasse rarement 30°C. Le volume de métal contenu dans le creuset joue un rôle important sur l’inertie au refroidissement du métal.

1.2.2. Le noyau

1.2.2.1. Fonte pleine, fonte creuse

Quelle que soit la taille de la statue en bronze que l’on veut réaliser, il est possible de produire des fontes creuses qui permettent d’alléger le poids de la statue et de faire des économies de métal – et donc d’argent –, mais surtout d’éviter les défauts tels que les retassures, causées par le refroidissement d’un important volume de métal. La mise en place d’un noyau, en matériau réfractaire, permet d’occuper l’espace interne de la statue que l’on ne souhaite pas remplir de métal. Le noyau peut donc être assimilé à une partie du moule.

Soumis à de fortes contraintes thermiques et structurales, le noyau doit respecter certains critères qui sont susceptibles d’influer sur le choix des matériaux et de la mise en forme de l’ensemble.

1.2.2.2. Les noyaux de fonderie de la grande statuaire en bronze

Deux types de matériaux réfractaires sont utilisés pour la réalisation des noyaux de fonderie : les matériaux céramiques⁵⁸ et les matériaux à base de plâtre⁵⁹. Tous les noyaux de fonderie que nous avons étudiés dans le cadre de ces recherches appartiennent à la première

58 Sur l’étude pétro-chimique des noyaux de fonderie argilo-sableux voir, liste des publications certainement proche de l’exhaustivité, HOLMES ET HARBOTTE 1991; LOMBARDI 2009; LOMBARDI ET VIDALE

1998; MUGNAINI ET AL 2014; REEDY 1991; REEDY ET MEYERS 2007

59 On trouve des exemples de noyaux à base de plâtre pour des statuettes d’Antico (1460-1528) (STONE

1981), pour des statues de Houdon (1741-1828) (BASSETT Technical examination of the Apollo by Houdon, CALOUSTE Gulbekina Museum (inv 552) 2005; BASSETT ET SCHERF 2014) et Severo (1496-1543) (STONE

2006)

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famille de matériaux. Nous laisserons de côté ici les matériaux principalement constitués de plâtre⁶⁰.

Les noyaux de fonderie à base d’argile sont des matériaux très hétérogènes de la famille des matériaux céramiques⁶¹. Ils diffèrent de ce que l’on appelle couramment les céramiques – et on entend par là les objets usuels façonné à partir de terre – principalement dans les proportions des différents « ingrédients » qui entrent dans leur composition : de l’argile, du sable et des dégraissants organiques.

L’argile est un mélange naturel de minéraux argileux et d’une phase minérale détritique non plastique, le dégraissant. Les minéraux argileux sont des minéraux à structure phylliteuse constitués de particules de très petites tailles (inférieures à 2µm) que l’on trouve dans toutes les terres. Les proportions de la phase minérale détritique non plastique varient d’une argile à une autre. On trouve ainsi dans la nature tous les stades intermédiaires : de l’argile la plus pure au sable argileux. Chaque argile possède des caractéristiques qui lui sont propres. Il est possible de modifier les propriétés d’une argile par traitement de celle-ci : décantage, tamisage ou encore filtrage, dégraissage. Selon les propriétés naturelles de l’argile, ce traitement est adapté pour obtenir un matériau qui réponde au mieux aux critères imposés par son utilisation pour la fonderie. La présence de dégraissants, c'est-à-dire des éléments non plastiques, contenus dans les noyaux de fonderie résulte principalement d’un ajout volontaire de la part du fondeur, là où le potier procédera à l’opération inverse en retirant les particules non plastiques de la terre qu’il s’apprête à mettre en forme⁶².

Si les argiles constituant les terres possèdent des propriétés plastiques indispensables pour le façonnage du noyau de fonderie, la présence de dégraissant est nécessaire à leur maintien lors du façonnage et de la cuisson. Le dégraissant naturellement présent dans l’argile ne suffit souvent pas à assurer la cohésion de la forme façonnée. Il est donc nécessaire d’ajouter du dégraissant qui peut soit être de nature minérale, soit organique.

Le dégraissant minéral ajouté est constitué de sable, donc essentiellement de cristaux.

Ceux-ci peuvent être silicatés – des quartz (qui composent la majorité de la fraction sableuse)

60 L’usage de matériaux argilo-sableux accompagne un façonnage, un modelage du noyau alors que les noyaux à base de plâtre sont réalisés par coulé dans l’épreuve en cire préalablement mise en forme ou dans un moule directement.

61 Sur les matériaux céramiques, voir les publications de référence : BAWA Manufacturing process II 2006; BOCH Propriétés et applications des céramiques 2001; ECHALLIER 1984; TITE ET AL 2001

62 Sur les constituants des matériaux céramiques, voir l’article de référence ECHALLIER 1984 dans lequel on retrouvera toutes les notions fondamentales à l’étude de tous les matériaux céramiques

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mais aussi des feldspaths, des micas, des pyroxènes – ou non silicatés – la calcite, la dolomite ou encore le gypse. Le sable peut également contenir des débris de roches et, bien que définis comme dégraissant « minéral », des éléments organiques ou d’origine animale en faibles proportions.

Le dégraissant organique est souvent constitué de graminées, de bois, ou encore de bourre de laine. A la cuisson, ces éléments sont carbonisés, ne laissant que des empreintes fantômes, créant des porosités dans le matériau. La porosité présente un intérêt majeur pour les noyaux de fonderie. Au moment de la coulée du métal en fusion, les dégagements gazeux sont très importants et peuvent provoquer des éclatements du moule de potée ou du noyau qui sont alors soumis à une forte pression. La porosité des matériaux constituant le noyau, mais également ceux constituant le moule de potée offre donc un réseau qui permet l’évacuation, à travers les matériaux mêmes, des gaz émis par le métal en fusion. Parallèlement, plus le noyau de fonderie est poreux, plus il est fragile, et donc moins il résiste à la poussée des gaz et du métal en fusion. Les caractéristiques des noyaux de fonderie résultent donc d’un équilibre, conséquence des avantages et des inconvénients que procurent les modifications de la terre initialement choisie pour son façonnage.

1.2.2.3. Mise en forme

Si les dégraissants ajoutés à la terre permettent d’en renforcer la structure à petite échelle, la mise en place d’un système d’armature est souvent nécessaire pour assurer la cohésion de l’ensemble. Ce système d’armatures, qui constitue l’ossature du noyau, peut être constitué de barres en fer, de sections et de tailles variables selon les usages, de tiges, ou encore de fils de fer, placés à l’intérieur du noyau ou entourant celui-ci. La disposition du système d’armature dépend de la forme même de la statue, de la répartition des volumes, de la complexité des formes mais également des habitudes techniques du fondeur.

Le noyau de fonderie peut être réalisé, autour du système d’armature, par façonnage ou par coulée. Bien sûr, la nature des matériaux constituant le noyau influera fortement sur le choix du mode opératoire choisi et inversement. Dans le cas du façonnage, le noyau est réalisé en amassant le mélange de terre, de sable et de dégraissant organique autour du système d’armature jusqu’à obtenir la forme voulue. Si le noyau est réalisé en coulée, le mélange réfractaire doit être très fluide pour être versé dans un moule ou dans une cire.

31 1.2.2.4. Séchage et cuisson

Une fois formé, le noyau doit être mis à sécher afin que l’humidité puisse progressivement être évacuée, avant la cuisson, qui menée sans séchage préalable provoquerait une vaporisation brutale de l’eau pouvant endommager le noyau. Au cours de cette étape, le noyau subit un retrait dû au départ de l’eau qui peut être limité par la présence de dégraissant jouant le rôle d’ossature et assurant ainsi ce que l’on appelle la cohésion à cru.

L’eau emprunte un réseau de micro vacuoles inter-granulaires pour rejoindre la surface. C’est également ce réseau, ainsi que celui formé par les porosités secondaires créées lors de la carbonisation des éléments organiques, que les gaz libérés par le métal en fusion emprunteront au moment de la coulée.

Le noyau peut ensuite être mis à étuver pendant plusieurs heures à une température d’environ 150°C. La cuisson est ensuite réalisée à quelques centaines de degrés (entre 500°C et 700°C) contrairement à la céramique dont la cuisson s’effectue à des températures beaucoup plus importantes, pouvant dépasser 1000°C. La cuisson du noyau n’entraîne que très peu de transformations des minéraux présents.

1.3. Synthèse

La Figure I 1.3-1 synthétise les éléments concernant les procédés de fonderie introduits plus haut. Cette représentation pourrait laisser sous entendre que le degré de similitude entre les techniques, les gestes techniques est d’autant plus fort que le lien de parenté est plus proche. Or cette généalogie est basée sur le phasage entre les étapes de réalisation du modèle ou de l’épreuve en cire, et non sur les caractéristiques techniques qui en résultent. Ces dernières conduiraient en effet à d’autres rapprochements, comme par exemple, procédé direct et procédé indirect utilisant les lasagne, produisant tous deux des parois en métal épaisses et irrégulières. De même le procédé indirect utilisant les lasagne (Chapitre I.1.1.2.2.) présente une forte similitude, de par les matériaux sollicités, avec les procédés de fonte en terre : plusieurs ramifications existent donc et se croisent. Mais le diagramme de la Figure I 1.3-1 ne présente en aucun cas de liens de filiations entre les différents procédés.

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Figure I 1.3-1 : Groupes et sous-groupes des procédés de la fonte à la cire perdue

Ces différents procédés constituent autant de variations de la chaîne opératoire de fabrication d’une statue en bronze. A chaque étape, des spécificités peuvent apparaître, elles modifient ou non, selon les cas, l’enchaînement général des étapes de fabrication. La mise en forme du noyau de fonderie est quant à elle associée à une chaîne opératoire indépendante. La Figure I 1.3-2 en regroupe les six étapes, depuis le choix des matières premières jusqu’à la cuisson de la forme réfractaire obtenue.

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Figure I 1.3-2 : Chaine opératoire de réalisation du noyau de fonderie

L’énoncé des différents procédés de fonte à la cire perdue employés pour la fabrication d’une statue en bronze laisse entrevoir la possibilité de variantes à chaque étape technique. Le choix du sculpteur, celui du fondeur, l’influence de la tradition, du commanditaire, ou tout autre facteur annexe à la fabrication, peuvent influer sur les caractéristiques techniques des statues que nous étudions. Ce sont ces caractéristiques techniques que se proposent de révéler les études technologiques pour pouvoir in fine présenter une reconstitution du procédé de fabrication de la statue et identifier les facteurs d’influence.

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2. L’étude technologique de la statuaire en bronze : quels enjeux, quels