Fabriquer des haches et outils en bronze

Résumé

Le bronze (alliage de cuivre et d’étain) est plus dur que le cuivre pur et plus facile à fondre que le fer. Il a été le métal de référence de l’humanité pendant plus de 2000 ans. Ce guide vous apprend à calculer les proportions de l’alliage, à réaliser des moules en sable et en pierre pour couler des haches, des marteaux, des ciseaux, des haches d’armes et des lames, puis à les finir par meulage et affûtage. Un seul outil en bronze bien fait peut abattre un arbre, débiter du bois ou sculpter la pierre avec une efficacité que la pierre taille ne peut égaler.

Les proportions du bronze

Le bronze est un alliage de cuivre (Cu) et d’étain (Sn). La proportion d’étain détermine les propriétés de l’alliage :

Proportion étain	Dureté	Utilisation principale
5-8%	Moyenne, malléable	Décorations, bijoux, feuilles minces
10-12%	Bonne, équilibrée	Haches, outils polyvalents, lames
14-18%	Très dure, cassante	Haches de guerre, marteaux, outils de frappe
20-25%	Très dure, très cassante	Cloches, miroirs (pas pour les outils)

Pour une hache à bois ou un outil polyvalent, viser 10 à 12% d’étain. Cela donne un alliage assez dur pour couper le bois, mais assez tenace pour ne pas se briser sous l’impact.

Calcul : Pour 1 kg de bronze à 10% d’étain, fondre 900 g de cuivre + 100 g d’étain. Pour 12% d’étain : 880 g de cuivre + 120 g d’étain.

Préparer la fonderie

Voir Construire un four de fonderie pour la construction du four. Pour couler le bronze, il faut atteindre au minimum 1000°C (point de fusion du bronze à 10% : environ 950 à 1000°C selon la proportion).

Équipement nécessaire

• Four à forge ou four à coupelle capable de dépasser 1000°C. Voir Construire un four de fonderie.
• Creuset : Récipient en argile réfractaire pour fondre le métal. Voir Fabriquer de la poterie pour les techniques de fabrication de creusets.
• Sable de fonderie : Sable fin mélangé à de l’argile (10 à 15% d’argile en poids) pour les moules. Voir Fabriquer un moule en sable.
• Pinces en fer : Pour manipuler le creuset chaud. Voir Forger des outils en fer.
• Modèles : En bois, en cire, ou en argile durcie, qui seront l’empreinte de l’outil à couler.

Fabriquer une hache en bronze

Étape 1 : Fabriquer le modèle

Le modèle est la forme exacte de la hache que vous voulez couler, en légèrement plus grand (le bronze se rétracte d’environ 1 à 2% en refroidissant).

Modèle en bois : Tailler un morceau de bois dur (chêne, hêtre) à la forme de la hache souhaitée. Le modèle doit être lisse et sans sous-dépouille (pas de parties plus larges en bas qu’en haut, sinon le moule se briserait au démoulage).

Forme d’une hache à bois : Lame trapézoïdale, plus large au tranchant qu’à la base. Le trou pour le manche (œil) est en forme de coin inversé : plus étroit à l’extérieur qu’à l’intérieur, pour bloquer le manche en bois. La lame fait 10 à 15 cm de long pour une hache à une main.

Modèle en cire : Alternative au bois. Faonner de la cire d’abeille ou de la cire végétale à la forme souhaitée. La cire permet des détails plus fins. Le moule en sable sera coulé autour de la cire, puis la cire sera fondue et évacuée avant la coulée du bronze (technique de la cire perdue).

Étape 2 : Fabriquer le moule en sable

Voir Fabriquer un moule en sable pour les détails complets.

1. Préparer le sable : Mélanger du sable fin avec 10 à 15% d’argile en poids. Ajouter juste assez d’eau pour que le sable forme une boule cohésive qui se casse proprement (pas trop humide, pas trop sec).
2. Construire le châssis : Deux cadres en bois (ou creusés dans un bloc de sable compacté), un supérieur et un inférieur.
3. Compactter le sable dans le châssis inférieur autour du modèle. Le modèle est placé au milieu, le sable est tassé fermement autour.
4. Saupoudrer du talc ou de la cendre fine sur la surface du sable inférieur pour empêcher le sable supérieur de coller.
5. Placer le châssis supérieur et compacter le sable au-dessus du modèle. Percer un trou de coulée (entonnoir) et un ou deux événets (trous de ventilation pour l’air).
6. Séparer les châssis avec précaution. Retirer le modèle en bois (ou fondre la cire si modèle en cire). Le modèle laisse son empreinte en creux dans le sable.
7. Relever les éventuels défauts dans l’empreinte avec un outil fin. Humidifier légèrement les zones endommagées et reformer avec du sable fin.
8. Refermer les châssis et les attacher fermement ensemble.

Étape 3 : Fondre le bronze

1. Placer les morceaux de cuivre dans le creuset. Le cuivre fond à 1085°C, alors que l’étain fond à 232°C.
2. Chauffer le four à haute température avec du charbon de bois et un soufflet puissant. Voir Construire un four de fonderie.
3. Quand le cuivre est complètement liquide (surface brillante et fluide), ajouter l’étain. L’étain fondra immédiatement au contact du cuivre liquide.
4. Mélanger doucement avec une tige en argile ou en fer pour homogénéiser l’alliage.
5. Laisser reposer 2 à 3 minutes pour que les impuretés remontent à la surface. Écumer les scories avec une tige en fer.
6. La coulée est prête quand le métal est liquide, brillant, et sans scories visibles.

Étape 4 : Couler le bronze dans le moule

1. Préchauffer le moule en sable près du feu pendant 10 à 15 minutes. Un moule humide provoque des éclaboussures dangereuses.
2. Sortir le creuset du feu avec des pinces en fer.
3. Verser le bronze liquide dans le trou de coulée en un flux régulier et continu. Ne PAS hésiter ou faire des à-coups. L’air doit pouvoir sortir par les événets.
4. Remplir complètement le trou de coulée et la masselotte (réserve de métal au-dessus de la pièce pour compenser la rétractation).
5. Laisser refroidir au moins 30 minutes à 1 heure pour une hache de taille moyenne. Ne jamais refroidir à l’eau (le bronze pourrait se fissurer).

Étape 5 : Démouler et finir

1. Casser le moule en sable avec précaution. Le sable est récupérable pour un prochain moulage.
2. Retirer la hache brute du sable.
3. Couper le système de coulée (canal d’entrée et masselotte) avec une scie en fer ou un ciseau. Voir Fabriquer une scie en fer.
4. Meuler les bavures (lignes de joint, irrégularités) avec une pierre abrasivegranit grossier puis grès fin. L’alternance est : pierre grossière pour enlever le maximum de matière, pierre fine pour le fini.
5. Affûter le tranchant sur une pierre à aiguiser (grès fin puis pierre à huile). L’angle d’affûtage pour une hache à bois est de 25 à 30 degrés de chaque côté.
6. Percer ou ajuster l’œil (trou pour le manche) si nécessaire avec un poinçon en fer ou en bronze dur.

Étape 6 : Emmancher la hache

1. Choisir un manche : Bois de frêne ou de hêtre idéal (flexible et résistant). Le manche doit être légèrement plus large que l’œil de la hache.
2. Tailler le manche en coin pour qu’il s’insère dans l’œil de la hache. Le coin va du haut vers le bas, plus étroit en haut, plus large en bas.
3. Emmancher : Enfoncer le manche dans l’œil par le haut (côté étroit). Le bois se comprime et se bloque dans l’œil conique.
4. Ferrer : Enfoncer une cale en bois dur ou en métal dans le haut du manche pour le bloquer définitivement.
5. Le manche doit dépasser d’environ 2 cm au-dessus de l’œil de la hache après l’emmanchage.

Autres outils en bronze

Ciseau à bois

Moule en forme de barre longue et fine (15-20 cm de long, 1-2 cm de large), avec un biseau à une extrémité. L’alliage à 10% d’étain convient. Affûter le biseau à 25-30 degrés. Le ciseau se frappe avec un marteau en bronze ou en bois.

Marteau

Moule en forme de masse cylindrique ou ovoïde avec un œil central pour le manche. L’alliage à 14-18% d’étain (plus dur) est préférable pour un marteau, car il subit des chocs importants. Le marteau en bronze est plus mou que le marteau en fer mais suffisant pour frapper le bronze et le cuivre.

Pointe et poinçon

Moule en forme de tige fine à pointe. L’alliage à 12% d’étain. Utilisé pour marquer le métal, le bois ou la pierre, pour démarrer des trous, pour graver.

Herminette (hache à dresser le bois)

Comme une hache mais avec la lame perpendiculaire au manche (orientée à 90 degrés). Utilisée pour aplanir les surfaces de bois. Moule similaire à la hache mais avec un œil orienté différemment.

Lame de scie

Couler une feuille plate et fine de bronze (2-3 mm d’épaisseur, 15-20 cm de long). L’alliage à 10-12% d’étain. Découper les dents avec un ciseau ou une lime en fer après coulée. La scie en bronze est moins efficace qu’une scie en fer mais coule le bois tendre de manière acceptable.

Lame de couteau

Couler une lame plate de 2-3 mm d’épaisseur, 10-20 cm de long. Affûter les deux côtés en biseau. Le couteau en bronze garde son tranchant moins longtemps que le fer mais se réaffûte facilement.

Défauts courants et solutions

Défaut	Cause	Solution
Cavités dans la pièce	Bronze refroidi trop vite, moule pas assez chaud	Préchauffer le moule, couler plus vite
Lignes de fissure	Moule humide, refroidissement trop rapide	Bien sécher le moule, refroidir lentement
Pièce incomplète	Pas assez de métal, coulée trop lente	Prévoir du bronze en excès, couler en continu
Surface rugueuse	Sable trop grossier	Utiliser du sable très fin pour la couche en contact avec le modèle
Inclusions de scories	Bronze pas écumé avant coulée	Écumer soigneusement, verser doucement
Pièce cassante	Trop d’étain (plus de 18%)	Réduire la proportion d’étain

Entreposage et entretien du bronze

Le bronze ne rouille pas comme le fer, mais il se couvre d’une patine (vert-de-gris) qui est protectrice. Pour les outils :

• Huiler la lame après usage avec de l’huile animale ou végétale pour empêcher la patine (optionnel, la patine n’altère pas la fonction).
• Réaffûter régulièrement sur une pierre à aiguiser.
• Ne pas frapper un outil en bronze sur du fer ou de la pierre très dure (le bronze est plus mou et se déformerait).

Liens

• Fondre le bronze — préparation de l’alliage
• Extraire le cuivre — source de cuivre
• Extraire l’étain — source d’étain
• Construire un four de fonderie — four高温
• Fabriquer un moule en sable — techniques de moulage
• Forger des outils en fer — évolution vers le fer
• Fabriquer une scie en fer — scie métallique
• Construire une charpente et assembler le bois — utilisation des haches