lundi 20 avril 2015

L'acier médiéval était-il un "bon" acier ?

On entend beaucoup de choses sur les aciers utilisés dans l'armement médiéval, des termes plus ou moins techniques employés à plus ou moins bon escient, des lieux communs, des demies-vérités et des légendes urbaines. Peu en vérité savent clairement définir le vrai du faux dans ce flot d'informations souvent contradictoires. L'habitude est de dire que l'acier "de damas" était le meilleur, que l'acier "feuilleté" produisait de meilleures lames que l'acier "homogène" et que les lames étaient toutes faites selon un schéma "en sandwich".

Un chevalier aurait-il troqué son épée en acier feuilleté à forge en sandwich pour un modèle équivalent fait dans un acier homogène moderne ?
Pourquoi pratiquait-on le feuilletage, la trempe sélective ou le corroyage ?
A-t-on perdu en qualité avec le temps ?

Avant de voir où se trouve la vérité, nous allons présenter les méthodes d'obtention des aciers durant le moyen-âge et définir les termes techniques.

Il faut tout d'abord maîtriser le langage technique. Voici une définition des termes habituels :

- "Damas" : on parle d'acier "damas", et pas "de damas", pour désigner l'authentique acier obtenu par la forge d'un lingot ou palais de "wootz". Le wootz est un morceau d'acier homogène qui a été chauffé d'une manière très spécifique (par exemple : de 0 à 400°c en moins de 10 mn puis stabilisation à 400°c pendant 8 mn, puis montée à 750°c en moins de 3 mn et de 750 à 900°c en moins d'une minute, le tout pour un travail à 900°c. Ces chiffres sont données à titre indicatif, ce ne sont pas les véritables températures de travail. Cette description a pour unique but de présenter la marche à suivre). Cette manière de chauffer l'acier homogène va en changer l'organisation interne, à échelle moléculaire, de telle sorte qui va redevenir un acier hétérogène et former des concrétions internes de diverses structures d'acier (la martensite, l'austénite, etc.). Le lingot de wootz est alors prêt à être forgé. Lorsqu'on le forge, là encore on va utiliser un schéma bien spécifique de montée en température pour que ces stades du carbone forment des masses plus petites et on travaillera la lame de telle sorte qu'ils seront harmonieusement et également répartis sur toute la surface de la lame. La lame ainsi obtenue est une lame en acier "damas", ou "vrai damas". Cette explication, bien que déjà relativement complexe, n'est qu'une vulgarisation du procédé extrêmement complexe de la fabrication du wootz et d'une lame à partir de cet acier.

- "Damassé" : le "damassage", ou "faux damas", ou encore le "feuilletage" est une technique de forge qui n'est pas celle de l'authentique damas mais qui présente des motifs similaires sur la lame, par les jeux de reflets et de couleurs, ce qui a mené à dire que l'acier travaillé ainsi est "damassé" ("comme du damas", littéralement). De nos jours, on produit de l'acier damassé de diverses manières et dans divers buts : artistique, commercial, esthétique, etc.
Le premier (en terme de quantité produite) est fait par empilement de divers alliages d'acier qu'on attache par un point de soudure à l'arc les unes aux autres de telle sorte qu'on forme un lingot. On utilise généralement deux types d'acier : un à fort taux de nickel et un avec le moins possible de nickel. On forge ce lingot pour en faire une barre puis on la replie/vrille/rabat sur elle même de telle sorte que les diverses nuances d'acier soient bien mélangées et, là, on forge la forme définitive. Après polissage et attaque à l'acide, les aciers prennent tous une couleur différente et on peut observer le dessin, bien net et très contrasté, que forment les diverses couches d'acier. Cette méthode est à but purement esthétique et n'apporte rien en terme de qualité ou de solidité à la lame.
L'autre méthode est de regrouper de petits morceaux d'acier tout droit sortis du bas fourneau et de les forger pour en faire des barres, qu'on va ensuite  souder au feu les unes aux autres de telle sorte qu'on obtienne un lingot. On va alors étirer puis replier sur lui-même ce lingot un certain nombre de fois pour mélanger au plus possible les diverses couches le constituant. Cette méthode, contrairement à une idée reçue, ne rend pas la lame "meilleure", mais est due à une contrainte technique inhérente au bas fourneau et, si les forgerons du moyen-âge avaient pu s'en passer, ils l'auraient fait sans hésiter.

- "Damasquiné" : terme qu'on utilise pour qualifier un métal qui a été traité pour lui donner l'air d'être du damas. La technique la plus fréquente est d'appliquer une couche de cire sur l'objet puis de creuser dans cette cire des sillons, des creux, des dessins quelconques. Ensuite, on applique de l'acide qui va entamer l'acier là où il n'est pas recouvert de cire. Le résultat ressemble, de loin, à de l'acier damas ou damassé. Cette technique est destinée à vendre un objet plus cher qu'il ne vaut en simulant un travail de qualité.

"- Sandwich" : On parle d'une lame "sandwich" pour nommer celles qui sont formées de plusieurs barreaux d'acier de compositions chimiques différentes organisées selon un lamellé/collé. Pour une lame, par exemple, on va faire le dos et le flancs dans un barreau d'acier tendre, le coeur dans un acier moyennement dur et le tranchant dans un acier très dur. Ainsi, la lame peut être amenée à un tranchant très fin et être très dure sans pour autant perdre en souplesse, laquelle est essentielle à sa solidité puisqu'une lame homogène dure serait aussi cassante en conséquence de sa dureté.

Comment faisait-on l'acier au Moyen-Âge ?

De nos jours, pour produire de l'acier, on utilise un haut fourneau. Voici sont fonctionnement, simplifié : une tour creuse est emplie d'un combustible puis de minerai de fer. On allume le combustible et on laisse chauffer en alimentant le feu tant en combustible qu'en air pour qu'il atteigne une température suffisante pour faire fondre le métal. Suivant la méthode utilisés, on peut obtenir soit uniquement de la fonte, soit du graphite, de la fonte, de l'acier et du fer pur. Dans un tel cas, la graphite se trouve sous forme de dépôt au fond du fourneau, ensuite vient la fonte la plus dure, puis la fonte la plus tendre, ensuite on trouve de l'acier à fort taux de carbone puis à faible taux de carbone et, enfin, on trouve du fer pur tout en haut de la masse du fourneau, duquel on a éliminé les impuretés (pierre, scories, imbrûlés, etc.) durant la combustion à mesure qu'elles apparaissaient.

Durant l'antiquité et le moyen-âge, cette structure n'existait pas. Le haut fourneau n'est apparu que plus tard, aux environs du XVIIe siècle, bien que des bas fourneaux très imposants de la fin du moyen-âge aient effectivement pu ressembler, tant dans leur forme que leur fonctionnement, à certains hauts fourneaux. Le bas fourneau, lui, ne permet pas une séparation sous forme de couches des divers types d'acier, en plus de ne pas pouvoir produire de fonte à proprement parler. En effet, dans le bas fourneau, on récupère une masse constituée de métal et, éventuellement, de quelques scories.
Cette masse est un mélange hétérogène de divers types d'aciers qu'on peut comparer à une montagne : il y aura dans cette montagne des filons de charbon à certains endroits, des filons d'or à d'autres endroits, parfois un filon de calcaire traversera un filon d'argent et ailleurs on trouvera des masse, vaguement sphériques, de granit. Le métal obtenu à partir du bas fourneau est lui aussi organisé de cette manière : des veines, filons ou masses d'acier à faible, moyen ou fort taux de carbone sont éparpillés un peu partout, avec en certains endroits de la fonte (ou ce qui s'en rapproche le plus), du fer pur (en général, le pureté absolue n'existe pas : quand on parle de fer "pur", il faut comprendre "le fer le moins allié possible à un quelconque autre élément". Techniquement, tous les fers sont en vérité des aciers) et, éventuellement, des scories, des imbrûlés et du "mâchefer" (de l'acier qui a brûlé et "décarburé", ce qui forme une sorte de masse très cassante, spongieuse et inutilisable sans transformation).

On avait beaucoup de mal à produire un métal réellement "pur" (sans éléments involontaires) et on l'alliait, de manière souvent maladroite, à d'autres éléments qui ne faisaient pas forcément de bien à l'alliage : les aciers médiévaux sont bien souvent alliés de cuivre, de plomb, d'antimoine, d'arsenic, de nickel, d'aluminium, de chrome, d'étain et de bien d'autres éléments chimiques dont la présence n'est pas forcément, voire pas du tout, bénéfique (et qui, parfois, n'ont absolument rien à faire dans un alliage d'acier). Même le magnésium, le manganèse ou la silice, qui sont utiles à un acier pour être résilient, deviennent néfastes lorsqu'ils sont présents en trop grandes quantités, quantités impossibles à quantifier précisément sans appareillage moderne.

Comment se déroulait la forge ?

Lorsqu'on voulait forger une lame (ou quoi que ce soit d'autre) au moyen-âge, on cassait au burin la masse obtenue dans le bas fourneau jusqu'à obtenir de petits morceaux de 3 à 10 cm de diamètre environ. Le forgeron sélectionnait ceux qui lui paraissaient les meilleurs (ce qu'il jugeait à la couleur et aux reflets, principalement) et allait en forge. Ces morceaux d'acier, bien que le forgeron les avait sélectionnés pour leur taux de carbone et leur relative homogénéité, restent néanmoins hétérogène en terme de structure moléculaire. Dans un morceau, on a de l'acier X, mais aussi des impuretés, de l'acier Y, Z, A, B, C, etc. Le forgeron chauffait alors chaque morceau pour en faire un barreau, puis il assemblait par soudure au feu ces barreaux de telle sorte qu'il formaient un lingot. Ce lingot a encore un motif hétérogène : il contient de grosses masses d'acier à fort taux de carbone, de grosses masses d'acier moyen et encore d'autres masses d'acier à faible taux de carbone. Il va alors étirer le lingot puis le replier sur lui-même et le souder au feu pour en refaire un lingot, puis l'étirer de nouveau et le replier et souder encore, etc., jusqu'à obtenir un lingot constitué non plus de quelques couches hétérogènes mais de plusieurs centaines, sinon milliers, de couches hétérogènes si fines, si nombreuses et si étirées sur tout leur long que, finalement, la lame est virtuellement constituée d'une seule nuance d'acier, donc d'un acier parfaitement homogène.
Pour faire une lame en sandwich, on procède de la même manière mais en formant autant de lingots qu'on souhaite de couches dans le sandwich. La dureté de chaque lingot est ajustée en fonction de la dureté (donc de la part de carbone) approximative de chaque morceau tiré du bas fourneau utilisé pour le former.

Il apparait alors que toutes les pièces fabriquées selon cette méthode sont feuilletées, ou "damassées". Le feuilletage d'une lame n'est donc pas une question de qualité ou de propriétés mécaniques (résilience, dureté, etc.) mais de contrainte technique : on n'avait pas le choix, on ne pouvait pas procéder autrement. De nos jours, on obtient grâce aux hauts fourneaux (et les aciéries, qui permettent de "raffiner" les aciers) des aciers d'une pureté extrême dont la composition chimique est contrôlée avec une précision absolue. Ainsi, lorsqu'on achète un barreau d'acier, on sait parfaitement quelle est sa teneur en carbone, quels sont les autres éléments contenus dans l'alliage et en quelles quantités. De fait, on n'a pas besoin de prendre deux morceaux très durs et un morceau plutôt tendre pour obtenir au final un morceau dur : On prend directement un barreau d'acier dur. La qualité de la lame n'est pas diminuée, bien au contraire, puisque ces aciers modernes suppriment le risque de trouver des impuretés ou de rater une soudure et offrent une lame à la composition chimique parfaitement homogène. La lame ainsi constituée est donc de bien meilleure qualité, alors pourtant qu'elle n'a pas subi de feuilletage.

Il existait d'autres méthodes pour produire une lame feuilletée. Le corroyage, qui était déjà pratiqué par les Celtes au début de l'âge du fer européen, consiste à former des barreaux homogènes d'acier, lesquels sont alors regroupés en faisceaux. On enterre ces faisceaux et on les laisse un certain temps, parfois quelques mois, parfois plusieurs années, avant des les déterrer et de les forger. L'acier, sous terre, va plus ou moins s'oxyder et de différentes manières selon sa composition, sa place dans le faisceau, les éléments chimiques en contact avec lui. Alors, on obtient de subtiles variations dans le faisceau qui est alors corroyé à proprement parlé : torsadé, rabattu puis re-torsadé, etc. Une fois ça fait, on obtient un lingot d'acier homogène (par le même principe que le feuilletage) qui forme des motifs esthétiques dus au corroyage et qui a profité de son temps en terre pour transformer certains de ses éléments chimiques, en perdre certains et en gagner d'autres. Pour gagner en carbone, tout était bon à mettre dans la fosse contenant l'acier : charbon, argiles ferrugineuses, sang, etc.

Lieux communs :

L'acier damas est certes un bon acier par définition mais il revient finalement à faire un feuilletage. En fait, le palais de wootz qui sert à produire le damas est lui-même déjà un produit de forge, il est donc lui aussi forgé-replié à partir de plusieurs morceaux d'aciers hétérogènes provenant de bas fourneaux. Par ailleurs, sa composition chimique et le travail très spécifique dont il bénéficie lors de la forge de l'objet fini fait du damas un acier d'extrême qualité, aux propriétés mécaniques étonnantes et particulièrement adapté à la construction d'une lame. C'était un acier relativement rare et très cher, qui était réservé à des armes de prix dont peu ont connu les combats.
En vérité, peu d'épées et sabres ont été faits avec du wootz. Les pièces les plus courantes sont des couteaux, notamment le "pesh kabz" et le "kard", Kyber et Turc respectivement. Votre serviteur possède justement un authentique kard, sans doute du XIXe siècle, qui par ailleurs a mal vieilli et dont la soie commence à se séparer en plusieurs plaques. C'est un couteau d'une grande beauté, dont la lame présente de subtils dessins, presque imperceptibles, sous chaque angle et qui est à la fois d'une très grande dureté et d'une étonnante souplesse. Son tranchant peut être porté à une finesse rarement vue sans perdre sa solidité et sa tenue dans le temps. Néanmoins, ce n'est pas un objet exceptionnel : certes, il est d'une grande qualité et moi-même, pourtant forgeron, suis impressionné par la structure de l'objet, mais ce n'est rien qu'on ne puisse faire avec un simple feuilletage et un travail consciencieux.

Enfin, un autre lieu commun concerne les lames faites "en sandwich", ou "à tranchant rapporté". Comme leur nom l'indique, elles sont constituées de barreaux qui flanquent un autre barreau. L'avantage est de bénéficier d'un tranchant très dur tout en conservant une lame souple. On dit souvent que toutes les lames, durant le moyen-âge, étaient fabriquées selon ce procédé. En vérité, bien que c'était très fréquent, cette technique n'était pas répandue à toutes les pièces, bien au contraire.
Comme précisé plus haut, il était long et difficile d'obtenir un lingot d'acier homogène, tout comme il était pratiquement impossible de constater avec précision la teneur en carbone (et donc la dureté) d'un acier. De fait, on ne pouvait se permettre de diffuser la technique du sandwich à toutes les lames. Seules celles qui valaient le coup (armes de prix) et celles qui étaient destinées à ceux ayant un budget conséquent disposaient de ce fameux tranchant rapporté. En conclusion, seules les armes chères. De manière générale, toutes les armes nobles (lances de cavalerie, certaines épées et haches) et les armes des guerriers de métier disposaient d'un tranchant rapporté et, généralement, le couteau d'usage général ou la hache de tout un chacun en disposaient aussi, mais pas les petits couteaux utilitaires, encore moins les outils agricoles ou les armes de grandes séries destinées à armer une large troupe qui, elles, étaient faites d'une seule nuance d'acier, sans autre fioriture.
Les sabres japonais sont sujets à la même légende urbaine. Pourtant, la forge "maru" (barreau d'acier homogène sans sandwich) est très courante à toutes les époques du Japon médiéval. En Europe, les scramasaxes et les francisques sont particulièrement connus pour être toujours, ou presque, fabriquées avec un tranchant rapporté, mais il est difficile de confirmer cette information puisque les rapports d'analyses des lames sont rarement diffusés et peu de lames sont effectivement analysées. De plus, le temps et l'oxydation ont généralement raison de la structure de l'acier, qui finit par devenir plus ou moins homogène ou, au contraire, fortement hétérogène, ce qui interdit dans bien des cas toute analyse.

Aussi, une lame en sandwich n'apporte pas forcément un avantage significatif : une lame homogène à trempe sélective a exactement les mêmes propriétés mécaniques qu'une lame en sandwich (c'est justement le but de la trempe sélective : donner à une seule nuance d'acier deux propriétés mécaniques différentes en fonction de sa place sur la lame). De plus, une lame n'a pas forcément besoin d'être très résiliente (ce qui signifie "à la fois très dure et très souple") : peu d'utilisations nécessitent qu'on ait un tranchant très fin ou très résistant sur une lame souple. Il y a le combat et... C'est tout. Et encore : une lame doit être dure parce que la coupe a comme principe qu'un tranchant doit être plus dur que la matière dans laquelle il pénètre (sinon, il ne pénètre pas, tout simplement).
Partant du principe qu'aucune armure n'est fait dans un acier très dur (au contraire, on utilisait des aciers relativement tendres de manière générale) et que dans tous les cas peu de soldats portaient des armures métalliques couvrant tout le corps, il apparait qu'un tranchant très dur n'a pas de réel intérêt : même un acier très tendre reste plus dur que la peau, la chair ou les os humains. On peut largement couper un bras avec une lame en cuivre, un métal pourtant très tendre. C'est là la preuve qu'un tranchant dur n'est pas d'absolue nécessité.

L'étude de diverses lames de divers styles à travers les époques montre que durant tout le moyen-âge, la dureté finale (après trempe et revenu) des lames était relativement faible, s'étalant environ de 30 à 45 HRC. Ce sigle signifie "échelle de dureté Rockwell C". Il existe plusieurs échelles de Rockwell - A, B, C, etc. -, lesquelles sont utilisées pour définir la dureté d'un matériau. C'est une méthode peu utilisée de nos jours, mais la coutellerie a ses usages bien spécifiques, parmi lesquels figure l'utilisation l'échelle HRC. Dans les autres domaines, on lui préfère les échelles de dureté Brinell ou Vicker.
De nos jours, il est impensable de fabriquer une lame de moins de 50 HRC et c'est même un critère d'achat : beaucoup de gens s'imaginent qu'il faut absolument une dureté supérieure à X HRC, ce qui est une erreur puisque la lame est d'autant plus cassante qu'elle est dure. Les lames étaient donc plutôt tendres au moyen-âge, même celles fabriquées avec un tranchant rapporté. L'idée n'était donc dans tous les cas pas d'obtenir une lame à la dureté exceptionnelle, mais plutôt d'obtenir une lame ayant deux zones bien distinctes de deux duretés différentes, de telle sorte que la plus dure rigidifie la plus tendre et que la plus tendre assouplisse la plus dure, le tout donnant non pas une lame très tranchante tout en étant souple, mais plutôt une lame capable d'amortir les vibrations dues aux coups qu'elle reçoit (souple, donc) tout en conservant la rigidité (dure, donc) nécessaire à, par exemple, un coup d'estoc puissant porté sur une plaque d'armure.

Beaucoup de gens parlent de tests vus sur internet pour confirmer la supériorité supposée des lames médiévales, parmi lesquels on peut citer ce fameux test de la coupe en deux d'une balle de pistolet. Effectivement, ce test a bel et bien eu lieu et la lame a bel et bien tranché en deux le projectile. Seulement l'arme utilisée n'était pas un sabre médiéval mais un sabre moderne, ce qui retire au test toute crédibilité puisqu'il ne témoigne justement pas de la qualité des lames médiévales. C'est un sabre japonais, d'ailleurs.
De plus, cette vidéo profite de l'incurie des gens : tout le monde ne s'y connait pas en balistique, ni en armes à feu de manière générale. Ainsi, ils sont dupés car, en vérité, l'arme utilisée est un Colt 1911A1 chambré en .45ACP, une munition lourde et lente. La munition a d'ailleurs été sous-chargée et la balle utilisée est très lourde. En l'occurrence, c'est un projectile "wadcutter" en plomb mou. Le pistolet et le sabre sont tous deux fixés sur un affût très précisément réglé pour les aligner parfaitement et le coup est tiré non pas perpendiculairement à la lame mais avec une légère élévation en site pour que l'impact soit moins violent.
Tout ceci signifie que le projectile frappe très faiblement (par rapport à un coup de feu classique), se déplace lentement avec une énergie cinétique très faible, a un devant plat qui évite qu'il ne glisse sur la lame et est fait d'un matériau très tendre à travers lequel même la moindre plaque de tôle d'acier aurait coupé. Car c'est un fait : si à la place du sabre on avait mis un tournevis, la balle aurait quand même été coupée en deux. Ce n'est pas une question d'acier composant la lame, mais du matériau et de la forme de la balle, ceci couplé à sa vélocité très faible.
Une épée, un sabre, un couteau ou quoi que ce soit, et médiéval ou pas, ne sera jamais capable de couper en deux un projectile d'arme à feu en dehors d'une mise en scène ridicule destinée à appâter le badaud sur une chaine de télévision qui se targue à tort et avec beaucoup de mépris pour ses spectateurs d'être "culturelle". Et ceci sans parler de l'absolue inutilité d'un tel exercice...

Conslusion :

Ainsi, il faut comprendre qu'à qualité de forge égale, de deux épées, l'une feuilletée et faite à partir d'acier de bas fourneau et l'autre en acier moderne, c'est celle faite à partir d'acier moderne qui sera la plus performante, et ce à tous les niveaux. Les aciers modernes éliminent les risques d'impuretés, de "pailles", de défauts de soudure, d'hétérogénéité de l'alliage, d'imprécision de la composition chimique de l'alliage, de microfissures, etc.
De nos jours se développent de plus en plus de procédés très avancés technologiquement, comme les trempes "sous vide" et "cryogéniques", qui permettent d'obtenir des lames aux capacités mécaniques exceptionnelles tout en ayant une dureté très élevée. Le moyen-âge ne connaissait pas ces technologies et ne pouvait donc obtenir des résultats similaires. Il ne faut pas non plus se dire que les lames du moyen-âge étaient forcément mauvaises, bien au contraire, et il est important de ne pas sous-estimer l'ingéniosité et le talent des êtres humains, mais il faut  tout de même garder en tête que sans technologies avancées, on ne fait que composer, faire des compromis. Si un forgeron du XIe siècle avait eu entre ses mains un barreau d'acier moderne, il aurait gagné un temps énorme, économisé plusieurs journées de combustible pour sa forge et, sans aucun doute, produit une des meilleures, sinon la meilleure, lame de son époque et elle le serait restée jusqu'au début du XIXe siècle.
Néanmoins, il ne faut pas dénigrer la science ni le travail de nos ancêtres : on sait que les forgerons du moyen-âge étaient des virtuoses, dont la majorité du savoir a été perdu et qui pouvaient faire des choses techniquement bien au dessus de ce qu'on pourrait penser à première vue. Certaines lames qui ont été bien conservées sont encore parfaitement capable de coupes franches et nette et leurs acier ont toujours leurs propriétés mécaniques inchangées, lesquelles sont admirables. Les épées médiévales, contrairement à leur pendant actuel - les couteaux de combat - étaient des objets fins et subtils, aux lignes fluides et épurées, aux dimensions pertinentes et recherchées qui n'étaient pas le fruit du hasard mais de savants calculs et rapports géométriques. Certaines analyses ont pu montrer des aciers d'une pureté et d'une structure qu'on ne croyait pas capable d'obtenir par le seul travail de forge et encore moins avec des aciers hétérogènes et fortement inclus sortis de bas fourneaux. Les Francs étaient les maîtres incontestés de la forge à leur grande époque et on s'échine encore à trouver comment ils ont pu produire des objets d'une telle qualité sans moyens industriels, certains professionnels du raffinage des métaux interrogés ayant eux-mêmes été incapables de donner une réponse.