Construire un four de fonderie

En une phrase

Le four de fonderie est le cœur de la métallurgie : un four capable d’atteindre des températures suffisantes pour fondre le cuivre, le bronze et le fer, transformant la pierre en métal et le métal en outils.

Comment ça marche

Qu’est-ce que c’est ?

Un four de fonderie est une structure conçue pour atteindre des températures extrêmement élevées (1 083 degres pour le cuivre, 1 287 degres pour le bronze, 1 538 degres pour le fer). Un feu de camp ordinaire atteint environ 600 degres. Un bon feu avec tirage naturel atteint 800 degres. Pour dépasser les 1 000 degres, il faut un four fermé avec un apport d’air forcé.

Le principe est simple : on brûle du charbon de bois dans une enceinte fermée en argile réfractaire, et on force de l’air à l’intérieur avec un soufflet. Plus il y a d’air, plus la combustion est intense, plus la température monte. Le four retient la chaleur et la concentre sur le métal à fondre.

Il existe trois types de fours de fonderie :

• Le four à cuve : un simple trou dans le sol avec un soufflet. Atteint 1 100 degres (suffisant pour le cuivre). Le plus simple.
• Le four à vent naturel : un four en argile avec une cheminée qui tire l’air naturellement. Atteint 1 200 degres (suffisant pour le bronze).
• Le four à soufflet : un four en argile avec un ou deux soufflets actionnés manuellement. Atteint 1 300 degres et plus (nécessaire pour le fer).

Où trouver les matériaux ?

L’argile réfractaire : L’argile ordienne se fissure à haute température. Il faut de l’argile réfractaire, qui résiste à la chaleur. Pour la fabriquer :

• Argile pure (60 à 70%)
• Sable grossier ou gravier fin (20 à 30%)
• Paille hachée ou bouse (5 à 10%)
• Éclats de poterie cassée broyés (10%, optionnel)

Le mélange argile-sable-éclats de poterie est le plus résistant. La poterie cuite pilée en morceaux de 2-5 millimètres (appelée “chamotte”) empêche les fissures thermiques.

On trouve l’argile au bord des rivières, dans les champs argileux, et dans les carrières. Plus l’argile est grasse (collante, fine), plus il faut de sable pour la tempérer.

Le charbon de bois : Voir Fabriquer du charbon de bois. Le charbon de bois est indispensable car il brûle plus chaud et plus proprement que le bois. Il ne faut JAMAIS utiliser du charbon de terre (houille) sans ventilation mécanique — les gaz sont toxiques.

Les pierres réfractaires : Les pierres qui résistent à la chaleur sont le granit, le basalte, le grès quartzique. Les pierres qui éclatent à la chaleur sont le schiste, le calcaire (qui se transforme en chaux), et toutes les pierres poreuses contenant de l’eau. Le grès est idéal car il est à la fois résistant à la chaleur et facile à tailler.

Comment l’utiliser ?

1. Remplir le four de charbon de bois.
2. Allumer le charbon.
3. Actionner les soufflets pour envoyer de l’air dans le four.
4. Placer le métal à fondre dans un creuset (récipient en argile réfractaire) au centre du four.
5. Continuer à souffler jusqu’à ce que le métal soit liquide.
6. Retirer le creuset avec des pinces en métal ou en bois vert et verser le métal en fusion dans un moule.

Étapes détaillées

Construction d’un four à soufflet (le plus polyvalent)

Dimensions :

• Hauteur totale : 60 centimètres
• Diamètre intérieur : 30 centimètres
• Épaisseur des murs : 10 à 15 centimètres
• Ouverture de soufflet (tuyère) : 3-4 centimètres de diamètre

Étape 1 : Fabriquer le mélange d’argile réfractaire (1 heure)

1. Extraire suffisamment d’argile : 50 à 80 kilos pour un four de 30 centimètres de diamètre.
2. Tremper l’argile dans l’eau pendant une nuit.
3. Pétrir pour obtenir une pâte homogène.
4. Ajouter le sable : 1 volume de sable pour 3 volumes d’argile.
5. Ajouter la chamotte (éclats de poterie broyés) : 1 volume de chamotte pour 5 volumes de mélange.
6. Ajouter la paille hachée : une poignée pour 10 kilos de mélange.
7. Bien pétrir. Le mélange doit être ferme mais malléable, comme une pâte à pain ferme. Il ne doit pas coller aux mains.

Étape 2 : Fabriquer le creuset (1 heure, en même temps que le séchage du four)

Le creuset est le récipient qui contiendra le métal en fusion.

1. Prendre de l’argile réfractaire (même mélange que le four, mais sans paille).
2. Façonner un petit pot de 15 centimètres de haut, 10 centimètres de diamètre, avec un fond plat et des parois épaisses de 1,5 centimètre.
3. Le fond doit être épais (2 centimètres) car c’est là que la chaleur est la plus intense.
4. Laisser sécher 3 à 5 jours.
5. Cuire le creuset dans un feu de bois ordinaire pendant 2 heures (température d’environ 800 degres). Cela pré-cuit l’argile et la rend plus résistante.

Étape 3 : Construire le four (2 à 3 heures)

Méthode de la jarre (la plus fiable) :

1. Sur un sol plat et sec, construire une base en pierre plate. La base doit faire 60 centimètres de diamètre et 10 centimètres de haut. Les pierres doivent être jointées avec de l’argile.
2. Sur la base, façonner le four comme une grande Jarre en argile : monter les murs en boudins d’argile de 8 centimètres de diamètre.
3. Commencer par le bas : étaler un boudin en cercle de 30 centimètres de diamètre intérieur. Les murs font 10-15 centimètres d’épaisseur.
4. Empiler les boudins les uns sur les autres en les soudant avec les doigts mouillés.
5. Monter jusqu’à 40-50 centimètres de hauteur intérieure.
6. Pratiquer l’ouverture de la porte en bas : un trou de 15 centimètres de large et 12 centimètres de haut, face au vent dominant.
7. Pratiquer l’ouverture de la tuyère en bas de la paroi opposée à la porte : un trou de 3-4 centimètres de diamètre, à 5 centimètres au-dessus du sol du four. C’est par là que l’air du soufflet entrera.
8. Pratiquer un trou pour la cheminée au sommet : 8 centimètres de diamètre.
9. Lisser les parois intérieures et extérieures avec les mains mouillées.

Alternative : le four en trou (le plus rapide mais moins durable) :

1. Creuser un trou cylindrique dans un sol argileux : 30 centimètres de diamètre, 40 centimètres de profondeur.
2. Tasser les parois avec une pierre ronde pour les durcir.
3. Percer un trou horizontal de 4 centimètres de diamètre vers le bas du trou, depuis la surface. Ce trou est la tuyère.
4. Ce four atteint 1 100 degres (suffisant pour le cuivre) mais se dégrade après 5 à 10 utilisations.

Étape 4 : Fabriquer les soufflets (2 heures)

Le soufflet fournit l’air qui augmente la température. Sans soufflet, le four n’atteint que 800 degres. Avec un soufflet, il peut atteindre 1 300 degres et plus.

Soufflet simple en peau (le plus facile) :

1. Prendre une grande peau d’animal tannée (chèvre, mouton, cerf). Voir Tannage des peaux.
2. La couper en deux rectangles de 40 par 60 centimètres.
3. Assembler les deux rectangles par les bords avec de la corde ou du fil, en laissant une ouverture à un bout de 10 centimètres (c’est là que l’air sortira).
4. Coller un tuyau en argile cuite ou en bois creux à cette ouverture. Le tuyau doit faire 10 centimètres de long et 3-4 centimètres de diamètre. Il s’insérera dans la tuyère du four.
5. Fixer un bâton ou une planchette à chaque face du soufflet pour pouvoir l’ouvrir et le fermer plus facilement.

Comment utiliser le soufflet :

1. Ouvrir le soufflet (les deux faces s’écartent, l’air entre par les bords).
2. Fermer le soufflet (les deux faces se rapprochent, l’air sort par le tuyau).
3. Alterner l’ouverture et la fermeture en un rythme régulier : ouvrir (1 seconde), fermer (1 seconde). C’est le mouvement de la pompe.
4. Deux personnes sont idéales : une qui tient le tuyau dans la tuyère, une qui actionne le soufflet. Si on est seul, coincer le soufflet entre ses jambes et actionner avec les bras.

Soufflet en pot (plus avancé, plus efficace) :

1. Fabriquer un grand pot en argile (40 centimètres de haut, 30 centimètres de diamètre, voir Fabriquer de la poterie).
2. Percer un trou de 4 centimètres à la base du pot (la tuyère).
3. Fabriquer une valve en argile ou en cuir : un disque qui s’ouvre vers l’intérieur et se ferme vers l’extérieur.
4. La valve est le principe d’un soufflet de forge : l’air entre par un trou muni d’une clapet et sort par le tuyau.
5. Au sommet du pot, fixer une membrane de peau qui monte et descend. Quand on tire la membrane vers le haut, l’air entre par la valve. Quand on pousse vers le bas, l’air sort par la tuyère.

Étape 5 : Sécher et pré-cuire le four (2 à 4 jours)

1. Laisser sécher le four à l’ombre pendant 3 à 4 jours. Ne JAMAIS sécher au soleil direct — l’argile sèche trop vite et se fend.
2. Si des fissures apparaissent pendant le séchage, les boucher avec de la barbotine (argile diluée dans l’eau).
3. Après le séchage, allumer un petit feu de brindilles à l’intérieur du four. Augmenter progressivement sur 4 heures.
4. Laisser refroidir naturellement.
5. Vérifier les fissures et les boucher si nécessaire.

Étape 6 : Utiliser le four pour fondre du métal

Pour fondre le cuivre (point de fusion : 1 083 degres) :

1. Remplir le four de charbon de bois jusqu’à mi-hauteur.
2. Allumer le charbon avec des brindilles enflammées introduites par la porte.
3. Quand le charbon est bien allumé (rouge sur toute la surface), placer le creuset au centre du four, sur les braises.
4. Mettre les morceaux de minerai de cuivre (voir Extraire le cuivre) ou de cuivre métallique dans le creuset.
5. Ajouter du charbon par le dessus jusqu’à couvrir le creuset.
6. Actionner les soufflets régulièrement et constamment. Le rythme idéal : un coup de soufflet toutes les 2 secondes.
7. Après 20 à 40 minutes de soufflage, le cuivre fond. On le sait parce qu’une flamme verte sort du four (le cuivre colorent la flamme en vert).
8. Arrêter le soufflet. Retirer le creuset avec des pinces (baguette en bois vert ou pinces en fer forgé, voir Forger des outils en fer).
9. Verser le cuivre liquide dans un moule en argile ou en pierre.

Pour fondre le bronze (voir Fondre le bronze) et le fer (voir Extraire le fer), la technique est similaire mais les températures nécessaires sont plus élevées.

Variations par climat

En climat tempéré :

• Construire le four sous un auvent pour le protéger de la pluie.
• Le four est un excellent chauffage d’appoint en hiver.

En climat froid :

• Le four doit être à l’intérieur d’un abri, mais avec une ouverture pour la fumée.
• Le séchage prend plus de temps (5 à 7 jours).

En climat tropical :

• Le séchage est rapide (2-3 jours).
• L’argile peut être trop humide : ajouter plus de sable et de chamotte.
• Protéger le four des fortes pluies.

En zone désertique :

• L’argile est souvent sèche et dure. La tremper plusieurs jours.
• Le sable est abondant pour le tempérage.
• Le vent peut gêner le fonctionnement du four. Construire un pare-vent en pierre.

Pièges et erreurs courantes

• Ne pas utiliser de charbon de bois : le bois ordinaire ne dépasse pas 800 degres. Le charbon de bois atteint 1 100 degres avec un soufflet. Voir Fabriquer du charbon de bois.
• Argile trop grasse (sans sable) : le four se fend en séchant et en chauffant. Toujours ajouter 20 à 30% de sable et de la chamotte.
• Soufflets insuffisants : un seul petit soufflet peut ne pas donner assez d’air. Deux soufflets utilisés en alternance sont idéaux. Le rythme de soufflage doit être constant, pas de coups irréguliers.
• Four trop grand : plus le four est grand, plus il faut de charbon et de soufflage. Un four de 30 centimètres de diamètre est suffisant pour fondre du cuivre et du bronze. Pour le fer, un four de 40-50 centimètres est nécessaire.
• Ne pas pré-cuire le four : si on fond du métal dans un four fraîchement construit, l’argile craque et le four s’effondre. Toujours sécher et pré-cuire avant la première utilisation métallurgique.
• Ne pas utiliser de creuset : le métal fondu attaque l’argile du four. Le creuset protège le four et permet de récupérer le métal liquide.
• Ne pas protéger le four de la pluie : l’argile se dissout dans l’eau. Toujours construire un abri au-dessus du four.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

• Extraire le cuivre — le four atteint les 1 083 degres nécessaires pour fondre le cuivre
• Fondre le bronze — le four fonctions aussi pour le bronze à 1 287 degres
• Extraire le fer — avec un four plus grand et des soufflets plus puissants, on peut atteindre les 1 538 degres du fer
• Forger des outils en fer — le four de fonderie sert aussi de forge pour chauffer le métal avant de le marteler

Notes

• Le four de fonderie est la machine la plus importante de la métallurgie. Sans four à haute température, pas de métal, pas d’outils en métal, pas de civilisation avancée.
• La température se mesure sans thermomètre : la couleur du métal et du feu indique la température. Le charbon rouge sombre = 600 degres. Le charbon rouge vif = 800 degres. Le charbon jaune = 1 000 degres. Le charbon blanc = 1 200 degres et plus.
• Le four doit être reconstruit ou réparé après 20 à 50 utilisations, selon la qualité de l’argile et la température atteinte.
• Les fumées du four sont toxiques, surtout si on fond du cuivre ou du bronze (qui contient de l’arsenic dans certains minerais). Toujours placer le four en extérieur ou dans un espace très ventilé.
• Le creuset se casse parfois quand on le chauffe trop vite. Toujours pré-chauffer le creuset doucement en le posant sur le bord du four avant de le placer au centre.