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ERMINA
COMPOSITION DE L'EQUIPE
- Personnels de l'Université de Technologie de Belfort Montbéliard :
Herbach Richard Maître de Conférences (CNU 60°)
Tachikart Mohamed Maître de Conférences (CNU 28°)
Vasselet Régis Maître de Conférences (CNU
60°)
Viollet Thierry Professeur Agrégé (mécanique)
Morin Denis, chargé d'enseignement (CNU 72°)
PROJET DE RECHERCHE
La thématique
développée par l'équipe, centrée autour
de la métallurgie et du patrimoine, est remarquablement
bien adaptée à la Franche-Comté qui possède
cette mémoire : mines de fer, hauts fourneaux, fonderies,
forges font partie de l'histoire de la région et ce jusqu'à
une période très récente. C'est bien sûr
aussi le cas du Grand Est avec la localisation d'un patrimoine
industriel remarquable ancré autrefois sur d'importants
gisements miniers : fer du Bassin de Lorraine et de Haute-Marne,
mines polymétalliques vosgiennes...
Plus généralement il s'agit de retrouver des procédés
techniques et des savoir-faire traditionnels perdus, en raison
soit de leur éloignement dans le temps ou bien par le fait
d'une rupture dans la tradition orale. A titre d'exemple, en Europe,
c'est le cas des savoir-faire et procédés industriels
antérieurs au XIX° siècle. Les causes probables
de rupture de la tradition orale pouvant être attribuées
aux effets combinés des conflits liés à la
première guerre mondiale, qui décimât toute
une classe d'âges, ainsi qu'au développement de l'idée
de « marche inéluctable du progrès »
dans les sciences et les techniques, corrélative au désintérêt
et à l'oubli vis-à-vis de procédés
apparemment obsolètes.
Il s'agit par conséquent d'utiliser les « sciences
physiques pour l'ingénieur » comme grille d'interprétation
des vestiges en s'aidant des archives disponibles afin d'expérimenter,
maîtriser, comprendre et redonner vie à des procédés
et technologies anciennes constitutives d'un patrimoine technique
et culturel propre à éclairer le patrimoine
architectural, n notamment
celui relevant de l'archéologie industriel.
Un tel projet de recherche a toute sa place dans une Université
de Technologie. L'impact économique de tels travaux est
effectif dans la mesure où ils prennent nécessairement
part au développement d'un tourisme culturel lié
au patrimoine industriel, en plein essor ces dernières
années. En effet, lorsque des élus ou des représentants
de collectivités se trouvent confrontés à
des projets de sauvegarde et de valorisation d'un patrimoine technique,
ils ont besoin de pouvoir s'appuyer sur des compétences
spécifiques. Il n'existe pas ou peu d'organismes pouvant
répondre à ce type de demande, or notre position
officielle d'universitaires nous permet dans ce cas de faire des
propositions basées sur une démarche scientifique
et d'être crédibles.
Nous sommes actuellement associés à deux opérations d'étude et de valorisation du patrimoine industriel : le haut-fourneau de Montagney (25) et les forges de Pesmes (70).
Etudes d'aménagements pour la réhabilitation d'une forge et d'un haut fourneau en service du XVII° au XIX° siècle à Montagney (Doubs).A Montagney, en bordure de l'Ognon, s'est établie dès le XVI° siècle une forge comportant un haut fourneau. L'établissement connaît un développement important au XVII° siècle et reste en service jusqu'au XIX° s. Le haut fourneau, remarquablement bien conservé, constitue avec les bâtiments annexes, château, logement du directeur, maison des ouvriers, un ensemble architectural et métallurgique complet. L'architecture du bâtiment abritant le haut fourneau, en particulier les arcs-boutants destinés à soutenir le massif, la géométrie des embrasures, la répartition des zones de travail, présente une très grande similitude avec différentes gravures de l'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert. Les études de réaménagement sont basées sur des documents d'archives, ainsi que sur des relevés faits sur le terrain ; elles visent à constituer une "étude d'impact", à l'appui d'une demande de subvention européenne pour permettre la réhabilitation de l'ensemble en vue d'une présentation au public.Un important travail de restauration et de conservation a déjà été effectué par notre équipe en collaboration avec Denis Morin et en liaison étroite avec la municipalité, les propriétaires actuels du lieu et l'Association des Amis de la Forge de Montagney, qui a entre autres permis l'inscription à l'inventaire puis le classement de cette forge aux Monuments Historiques. Le haut fourneau de Montagney est l'un des très rares hauts fourneaux XVIII° s. d'Europe à bénéficier d'une procédure de classement au titre des monuments et des sites.Notre principal objectif est de permettre l'animation du site grâce à la reconstruction et au fonctionnement de mécanismes conformes aux modèles du XVIII° s. Ceci implique des études de reconstitution, notamment pour la soufflerie du haut fourneau comportant un moulin à eau implanté sur un canal dérivé de l'Ognon, une transmission par pignon-lanterne avec arbre à cames actionnant deux grands soufflets bois avec leurs contre-poids (bascules). Il faut aussi repenser la mise en circulation permanente du canal d'amenée et de fuite, qui est aujourd'hui tributaire du fonctionnement d'une centrale hydroélectrique située en aval. A terme, il est également prévu d'installer une seconde roue à aubes qui animerait un patouillet ou un bocard montrant le lavage du minerai.
Les forges de Pesmes (Haute-Saône), projet de valorisation d'un ensemble métallurgique en activité du XVII° au XX° siècle.
En 1893, un industriel, A. Chrétien,
crée à Pesmes les Forges Doloises, et acquiert
une réputation mondiale pour ses outils forgés (dans
des bâtiments ayant déjà, depuis 1660, abrité
des activités métallurgiques). De cette époque
subsiste un important ensemble architectural comportant, outre
l'usine, la maison du maître de forges (le château)
entourée de logements ouvriers et de dépendances,
ainsi qu'un réseau hydraulique fournissant l'énergie
motrice aux machines de l'usine. En 1930, la famille Amstutz prend
la succession. L'ensemble des presses et autres machines encore
en place date de cette époque. La forge restera en production
industrielle jusqu'en 1993, et sera transmise en l'état
(propriété de la municipalité de Pesmes et
de la Région).
En Septembre 2001, un projet collectif associant les élus
et les représentants des collectivités territoriales
aux chercheurs de notre équipe, s'est donné pour
but de classer le site et de remettre l'usine de fabrication dans
son état de fonctionnement initial. Cette démarche
implique de réaliser l'inventaire et l'étude détaillée
du parc machine existant ainsi que des exemplaires disponibles
des outils qui ont été produits (reconstitution
des gammes de fabrication), elle inclut des actions spécifiques
comme la remise en eau du canal d'alimentation souterrain et son
équipement en turbines hydrauliques d'époque, ou
encore la collecte et l'analyse des témoignages et savoir-faire
d'anciens ouvriers. L'équipe travaille également
aux perspectives d'animation et de développement touristique
du site liées à son évolution vers un conservatoire
des techniques de la forge.
La fabrication de fer ou de fonte par les procédés traditionnels de réduction fait intervenir des échanges thermiques et des réactions chimiques au sein d'un milieu poreux réactif constitué par le chargement du four en charbon de bois et minerai de fer. Ce processus se traduit globalement par une circulation à contre courant des oxydes de carbone, de bas en haut, et des oxydes de fer, de haut en bas, avec succession des états solide, pâteux, liquide. La modélisation thermodynamique de ces procédés est abordée en trois étapes, de difficulté croissante : collecte de données expérimentales puis modélisation mono-dimensionnelle prenant en compte les entrées et sorties du four (débit d'air de combustion, apports en charbon et minerai, fumées) et enfin modélisation tri-dimensionnelle rendant compte des phénomènes à l'échelle locale. Ces deux types de modèles existent déjà pour la conduite des hauts fourneaux contemporains, mais ils ne sont pas bien adaptés aux procédés anciens avec débit d'air froid et pulsé (au lieu de chaud et continu), charbon de bois (au lieu de coke), et géométrie des cuves (hauteur réduite par rapport aux HF actuels). En avril 1999 participation à une campagne de mesures à AGORREGI, pays basque espagnol, dans le cadre d'un programme européen RAPHAEL. Des mesures ont été effectuées sur le circuit d'air de combustion de la forge reconstituée dans son état du XVIII° siècle, afin de caractériser le débit pulsé délivré par les soufflets. Des sondages barométriques et thermiques ont été également réalisés dans le four, au sein du milieu poreux réactif en cours d'opération de réduction directe du minerai de fer. Les mesures brutes ont été traitées afin d'en tirer des données globales sur la thermodynamique du procédé : bilan des pertes de débit d'air comburant, cartographie thermique du four en cours d'opération. Ces données expérimentales permettent d'ores et déjà d'accéder à un meilleur réglage du circuit d'air comburant avec une incidence sur la conduite du procédé.
En
octobre 2001 participation au colloque international « orfèvres
et forgerons » à Toulouse, avec réalisation
d'une démonstration expérimentale de réduction
indirecte en vue de produire de la fonte dans un petit haut-fourneau
traditionnel chinois. Outre la construction du four, nos objectifs
scientifiques étaient de tester le caractère opérationnel
d'un ensemble volumineux de matériels, en particulier une
soufflerie à débit pulsé apte à simuler
différentes dynamiques de soufflage de l'air. Des capteurs
et cannes de mesure de températures et de pressions ont
permis l'acquisition en temps réel des informations liées
au débit de l'air comburant ou bien la réalisation
de tomographies thermiques et barométriques de la charge
de minerai et de charbon de bois à l'intérieur du
four en cours d'opération de réduction indirecte.
Actuellement, nous en sommes au stade de la collecte de données
lors d'expériences de réduction directe et indirecte
: dynamique et débit d'air comburant, tomographies thermiques
et barométriques de la charge en cours d'opération,
afin de constituer une base de données qui servira de référence
en vue des modélisations thermodynamiques à venir.
Etude
particulière des souffleries.
Cette étude
constitue une sous-partie de celle des procédés
anciens de réduction du fer dont il vient d'être
question. Son caractère original mérite cependant
de lui réserver un traitement particulier. Depuis le Moyen
Age, l'alimentation des fourneaux en air comburant est discontinue,
à débit pulsé, et ceci jusqu'au début
du XX° siècle où la technique permet de passer
au débit continu. La question qui se pose alors est d'analyser
les répercussions des conditions de soufflerie sur le processus
de réduction lui-même et sur la nature des fontes
et des fers produits. Une approche expérimentale
novatrice est actuellement menée où intervient une
soufflerie pilotée et instrumentée qui permet de
simuler tous types de soufflets ou pistons, dès l'instant
où ceux-ci ont été caractérisés
d'après reconstitutions (constitution d'une banque de données
sur les souffleries anciennes).
A la suite des campagnes de prospection conduites par Denis Morin et son équipe d'archéologues spéléologues miniers en 2001, 2002 et 2003, nous avons récemment entrepris des travaux sur l'aérage des puits verticaux du Laurion (Grèce : mines d'argent, 5ème siècle avant JC). Ces puits sont remarquables à plus d'un titre : régularité géométrique du percement de section rectangulaire, faible rugosité des parois, verticalité absolue sur des profondeurs dépassant les 100 mètres. La question majeure porte sur la manière dont les mineurs de l'Antiquité ont pu résoudre les problèmes d'aération à d'aussi grandes profondeurs, notamment pendant la phase de percement où l'on ne peut pas compter sur la génération d'un courant d'air par un effet de mise en réseau des galeries. Afin de mettre en évidence les principaux paramètres physiques dont dépend l'efficacité du renouvellement de l'air dans ces puits, nous nous basons actuellement sur une première modélisation analytique. Cette modélisation concerne la phase initiale de percement, lorsque le puits n'est équipé d'aucun dispositif technique propre à forcer la ventilation. Les premiers résultats ont été présentés à Athènes, en Mai 2003 lors du 4ème Congrès organisé par la Société Hellénistique d'Archéométrie. Le prochain objectif concerne la mise au point de modèles similaires adaptés aux cas de puits compartimentés et de puits connectés à un conduit parallèle qui ont déjà été topographiés. Ceci nécessite de prévoir une nouvelle campagne d'exploration sur le terrain pour mesurer le flux géothermique et ses variations diurnes et saisonnières (données nécessaires au calage expérimental des modèles) et aussi pour rechercher des indices propres à valider nos hypothèses concernant les solutions techniques que les savants grecs de l'Antiquité ont dû mettre en uvre cinq siècles avant JC.
Partenaires régionaux
Conseil Général du Doubs et de
Haute-Saône.
Conseil Régional de Franche-Comté.
Direction Régionale des Affaires Culturelles
de Franche-Comté.
Service des Archives Départementales
de la Haute-Saône.
AAFoM Association des Amis de la Forge
de Montagney.
SHAARL Société d'Histoire
et d'Archéologie de l'Arrondissement de Lure.
Partenaires nationaux.
CNRS
CILAC Comité
d'Information et de Liaison pour l'Archéologie, l'Etude
et la Mise en valeur du Patrimoine Industriel
Association ERMINA
Equipe Interdisciplinaire d'Etudes et de Recherches Archéologiques
sur les Mines Anciennes et le Patrimoine Industriel.
Partenaires internationaux.
Parc Technologique
et Culturel de Lavrio (Grèce).
Université
de Fribourg Suisse, Département de Géosciences.
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