Fouilles archéologiques à Castel Minier

Par Florian Beaugnon

L’article présente une campagne de fouilles effectuée du 11 août 2013 au 31 août 2013 sur le site de Castel Minier, dans l’Ariège.

 I. Le site de Castel Minier

 A. Présentation du site

 

Le site de Castel Minier, situé dans la vallée du Garbet, dans l’Ariège, a été occupé des XIIe-XIIIe siècles jusqu’à son abandon à la fin XVIe siècle. Il associait une mine d’argent et des ateliers métallurgiques servant au traitement du minerai extrait sur place ainsi qu’au traitement de minerai de fer provenant d’une mine voisine. Un petit château a aussi été édifié au Moyen Age à côté des ateliers pour surveiller la production de l’argent.  

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Plan du site de Castel Minier
La rivière est le Garbet. Les ateliers sont encadrés en rouge et le château est situé sur l’éperon juste au sud des ateliers. De l’autre coté du Garbet le situe la mine (souterrains dessinés en vert).
 

 

La mine en elle-même, située sur la rive gauche du Garbet, a été exploitée aux XIVe et XVe siècles pour extraire du cuivre mais surtout du minerai de plomb argentifère, sous forme de galène (du sulfure de plomb). On retrouve sur le site la totalité de la chaîne opératoire, de l’extraction jusqu’à la production de lingots.  

Le minerai est d’abord broyé dans des moulins, situés à proximité de Castel Minier et en amont. La galène est ensuite chauffée dans un foyer où sous l’effet de la chaleur le soufre et le plomb sont oxydés par le dioxygène de l’air pour obtenir de la litharge et du dioxyde de souffre qui s’échappe avec les fumées (réaction de formule 2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2). La litharge PbO, qui contient une faible quantité d’argent, est ensuite chauffée à très haute température en atmosphère réductrice, c’est-à-dire riche en monoxyde de carbone produit par la combustion incomplète du charbon, qui réagit avec la litharge pour former du plomb métallique en fusion et du dioxyde de carbone (réaction PbO + CO → Pb + CO2). Pour séparer ce plomb de l’argent, on utilise la coupellation : on fond de nouveau le métal, mais cette fois-ci en atmosphère oxydante, ce qui a pour effet de produire de la litharge en surface du métal, que l’on évacue pour ne conserver que l’argent qui reste sous forme métallique. La litharge est ensuite de nouveau réduite pour obtenir du plomb. Ces quatre étapes étaient réalisées dans les ateliers, situés sur la rive droite du Garbet.  

C’est aussi dans cet ensemble d’ateliers qu’était mise en œuvre la métallurgie du fer, sur toute la période d’occupation du site. Le fer traité à Castel Minier n’était pas extrait sur place, mais à la mine du Rancié, dans la vallée voisine, dont les habitants échangeaient du minerai contre le droit de charbonner des forêts pour soutenir leur propre sidérurgie. La chaîne de production du fer comportait plusieurs étapes : tout d’abord le grillage du minerai sur un feu ouvert pour le dessécher, puis la réduction du minerai dans un bas-foyer, qui produit une sorte d’éponge de fer et de scories appelée loupe. Cette loupe est ensuite épurée en la martelant à chaud pour expulser les inclusions de scories et de charbon et produire du fer ou de l’acier (selon le taux de carbone).  

L’état du XVIe siècle qui a été fouillé comportait une aire de grillage et une mouline, qui associait un bas foyer pour la réduction, dont les soufflets étaient actionnés par la force hydraulique, et un marteau hydraulique pour l’épuration des loupes. Ces deux machines étaient rassemblées dans un seul bâtiment appelé mouline, qui était alimenté par un canal dérivé du Garbet. Des découvertes de barres, tôles et objets en fer montrent que le métal était au moins partiellement mis en forme sur place avant d’être exporté. Le canal du XVIe siècle recoupe un canal plus ancien, du XIVe siècle, mais sans que l’on sache s’il alimentait des soufflets, un marteau hydraulique, ou les deux. La sidérurgie des périodes plus anciennes n’est pour l’instant connue que par la fouille de ferriers, qui sont des zones de rejet des déchets sidérurgiques (scories, fonds de foyer) associés avec des déchets courants comme des fragments de céramique ou d’outils métalliques.  

Un petit château était associé aux ateliers, davantage pour surveiller la production d’argent que pour défendre l’ensemble, au vu de la localisation de Castel Minier, dans une vallée de montagne difficilement accessible. Ce château, dont quelques murs sont encore visibles, n’a pas été fouillé.  

 

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Ancien site du château

Le mur dégagé au premier plan faisait partie du château, qui occupait l’éperon visible sur la photo.
 

 

Un glissement de terrain a ensuite scellé le site au XVIIe siècle. Deux bergeries ont été construites sur le château au milieu du XIXe siècle, en réemployant les pierres de celui-ci, et une grange un peu à l’écart a été construite sur les fondations d’un bâtiment du XIVe, peut-être une salle commune pour les mineurs et ouvriers. Une galerie de mine débouchant en face de castel minier a été ré-ouverte et élargie à la fin du XIXe pour envisager l’extraction du minerai de zinc, mais cela n’a pas été jugé rentable et aucune suite n’a été donnée.

 B. Sources écrites

 

La mine et les ateliers de Castel Minier sont connus par quelques textes anciens. Les plus anciens se rapportent à un procès qui oppose de 1319 à 1349 les propriétaires de la mine d’argent et qui conduit à la mainmise du roi de France sur cette dernière : il s’agit des actes du 28 septembre 1319 relatifs à la communauté de Saint-Bertrand-de-Comminges [1], d’un arrêt du parlement de Paris du 20 avril 1330 [2] et d’un recueil d’analyses du XVIIIe siècle mentionnant des arrêts du parlement de Paris émis sur l’affaire d’Aulus [3] et la mise sous séquestre de la mine en juillet 1349 [4].  

Ces textes ne décrivent pas directement l’activité métallurgique mais montrent l’importance que revêt la mine de Castel-Minier pour ses propriétaires et pour le roi de France. De plus, l’arrêt de 1347 atteste l’existence d’un accord entre le vicomte du Couserans et la communauté de Sem, qui exploite la mine du Rancié, prévoyant l’échange de minerai de fer contre un droit de charbonnage dans les vallées du Couserans. Un échange de ce type existait sans doute de plus longue date, car la datation au carbone 14 de scories montrent qu’une métallurgie du fer existait sur le site dès le XIIIe siècle.  

Un autre texte, écrit vers 1340 par Paul Girardi, trésorier du roi de Navarre, est le Traité de la fabrication de la monnaie et de l’exploitation des mines [5], qui donne une description enjolivée de l’exploitation de la mine d’argent de Castel Minier.
Un dernier texte enfin est le récit de la visite de Castel Minier par Jean de Malus, envoyé royal qui écrit un traité sur les mines dans les Pyrénées en 1600 dans lequel il raconte sa visite des ateliers et de la mine après l’abandon du site (que l’on situe par l’archéologie aux alentours de 1580).

 II. Les objectifs de la campagne

 A. La fouille

 

La fouille est menée par l’Institut de Recherche sur les Archéomatériaux (IRAMAT), sous la direction de Florian Tereygéol, chargé de recherche CNRS et spécialiste de l’archéologie minière. Elle a eu lieu tous les ans depuis les premiers sondages en 2006. Le but des fouilles est d’étudier d’une part la gestion de la mine et la métallurgie des non-ferreux, et d’autre part l’évolution de la métallurgie du fer et en particulier la mise en place des machines hydrauliques à partir du XIVe siècle. La campagne de fouille 2013 avait trois objectifs : *-le dégagement d’un puits de mine ré-ouvert au XIXe siècle lors de prospections mais comblé par des rochers, pour rejoindre la galerie élargie à la même époque, afin de permettre à l’air de circuler et donc de pouvoir fouiller les galeries médiévales sans installer de ventilation ; *-la fouille d’un ferrier adossé au château ; *-la fouille des ateliers : la campagne de fouille précédente ayant dégagé en grande partie les niveaux datant du XVIe siècle, le but était de finir de les déposer pour accéder aux restes des ateliers médiévaux. C’est sur les ateliers que j’ai moi-même fouillé.  

  B. Archéométrie

 

Le chantier de Castel Minier a une forte composante archéométrique puisque l’IRAMAT est essentiellement un laboratoire de physico-chimie des matériaux anciens. Des échantillons de scories et de minerai sont donc prélevés pour être étudiés en laboratoire. Des chercheurs travaillant sur l’évolution à long terme des matériaux utilisent aussi les galeries de mines pour des études à long terme de la corrosion des métaux en souterrain (avec des applications pour le stockage des déchets radioactifs par exemple) et sont venus prendre des mesures.  

Les travaux d’archéométrie réalisés pendant les campagnes précédentes allaient de l’étude de la composition chimique des sols, montrant une importante pollution au plomb près des ateliers, à l’étude de la diffusion des objets en fer provenant de Castel Minier, en comparant notamment les scories retrouvées dans les ferriers avec les inclusion de scories dans des objets en fer ou en acier retrouvés sur d’autres sites contemporains dans l’Ariège (en collaboration avec le synchrotron SOLEIL [6]).  

  C. Taille d’une meule

 

Le broyage du minerai se faisait avec des moulins à eau situés, d’après les trouvailles, sur le site même et en amont. Les moulins médiévaux destinés au broyage du minerai sont très mal connus, avec seulement un site étudié dans à Brandes-en-Oisans (Isère). Les seules traces que nous avons de cette activité sont des meules, nombreuses car régulièrement remplacées à cause de l’usure.
Les meules retrouvées à Castel Minier sont au nombre de 19 : cinq retrouvées en fouilles, six identifiées dans des réemplois des XIXe et XXe siècles et neuf abandonnées à hauteur du site et en amont, dans des prés mais surtout dans le lit du torrent où elles ont été emmenées par les intempéries. Les meules retrouvées mesurent entre 80 et 90 cm de diamètre et sont toutes dans la principale pierre locale, du granite. Ces meules sont toutes des meules « tournantes » (la meule du dessus, qui est entraînée par le moulin, par opposition à la meule « dormante », posée par terre et fixe). Elles se présentent sous la forme d’un disque de pierre percé d’un trou et strié en rayons ou en cercles concentriques pour offrir une surface moins régulière et donc mieux broyer le minerai. La surface de contact entre les pierres n’est pas plate mais légèrement conique : les bords sont plus bas que le centre, ce qui permet au minerai broyé de rouler naturellement vers l’extérieur. Les meules tournantes étaient entraînées par un axe en bois fiché dans le trou central et bloqué par une pièce rectangulaire en fer qui traversait l’axe et s’encastrait dans la pierre.  

 

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Fragments de meules médiévales
On voit encore bien les stries et les traces concentriques d’usure. Sur les deux meules en haut à gauche de la photo, on remarque aussi le creusement dans lequel s’encastrait la pièce en fer bloquant l’axe.
 

 

Pour mieux comprendre le fonctionnement de ces meules, un tailleur de pierre est venu pendant la campagne pour tailler une meule dans le granite local. Une seconde sera taillée l’an prochain pour pouvoir faire des essais de reconstitution.  

 

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Reproduction d’une meule en cours de dégrossissage

 

 III. La fouille

 A. Organisation de la fouille

 

La fouille 2013 se partageait sur trois secteurs distincts : la tête de puits, le ferrier et les ateliers, sur lesquels je travaillais.  

La fouille sur la tête du puits appelé « Puits des Anciens » (encadré en rouge sur la carte du site) avait pour but de dégager les pierres et la terre éboulés dans le puits afin de créer une aération pour fouiller la mine. La fouille du Puits des Anciens, qui date de l’exploitation médiévale mais avait été ré-ouvert au XIXe siècle, se faisait avec une pelle mécanique en surface puis avec des pelles, des pioches et de la dynamite dans le puits lui-même, puisque les couches dégagées ne dataient pas de la période d’utilisation ancienne du site. Une plate-forme en bois était installée pour encorder les fouilleurs et pour remonter les pierres avec un treuil (démonté sur la photo ci-dessous).  

 

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Puits de mine
Le puits de mine dégagé pendant la fouille, avec la plate-forme utilisée pour assurer les fouilleurs.
 

 

La fouille sur les ateliers et le ferrier (petit encadré à coté des ateliers sur la carte du site) se fait en suivant la pente naturelle de la montagne, qui correspond aussi approximativement aux niveaux de sols anciens en laissant des banquettes pour circuler à pied et avec les brouettes. Il n’y a pas de carroyage, remplacé par un tachéomètre Tachéomètre
Tachéomètres
Instrument de mesure à laser permettant de lever rapidement un plan en x,y,z.
(un appareil qui mesure avec un laser et à l’aide d’un miroir placé sur le point mesuré la distance avec ce point, ainsi que la direction du laser, pour connaître la position du point). Les moyens déployés sont là aussi importants, avec deux brouettes mécaniques, un marteau piqueur pour retirer les sols de forge faits de terre battue et de scories concrétionnées, et une perceuse et des éclateur pour casser les plus grosses pierres. Les relevés étaient faits par une dessinatrice et un spécialiste des relevés photographiques.
Les ateliers ont été abandonnés volontairement à la fin du XVIe siècle. La majeure partie du mobilier présent à l’époque a donc été démonté et emmené, à l’exception du marteau hydraulique qui a été laissé en place et qui a été conservé par le sol humide. Pour cette raison, les sédiments ne sont tamisés que dans les zones où l’on retrouve des objets intéressants, par exemple après la trouvaille d’un morceau de verre ou de fragments de minerai, afin de ne pas perdre de temps à tamiser des sédiments stériles. Si l’on ne retrouve donc que peu d’objets sur place, les structures en revanche ont été bien conservées et permettent de comprendre l’organisation et le fonctionnement du site.  

 

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Les ateliers
On voit au premier plan le canal et la mouline : le trou rempli d’eau correspond à l’emplacement du marteau, la grande pierre percée et noircie est le support de l’enclume, et l’ensemble à sa droite le bas-foyer.
 

 

Les structures les plus visibles sont celles en lien avec la mouline du XVIe siècle : le canal, le trou dans lequel se trouvait le marteau, le socle en pierre de l’enclume et le foyer qui ont été dégagés durant les campagnes de fouilles précédentes, mais aussi les drains Drain
Drains
Conduit destiné à évacuer les eaux gorgeant le sol.
et le caniveau servant à mettre le foyer hors d’eau et bien sûr les murs des bâtiments. Les sols sont aussi importants, puisqu’on retrouve des concentrations importantes de charbon ou de minerai là où ils ont été stockés et de la litharge dans les zones de coupellation. Les sols de forge sont eux faciles à reconnaître car les scories éjectées lors de l’épuration de la loupe se sont tassées comme de la terre battue puis se sont agrégés en se corrodant, formant une sorte de dalle qu’il faut briser au marteau-piqueur. _J’ai moi-même passé plusieurs jours à fouiller le système de drainage du foyer, qui étaient composé d’une couche de pierres de cinq à quinze centimètres environ qui recouvrait le sol sous le foyer et qui permettait à l’eau de s’écouler facilement pour qu’elle ne stagne pas, et d’un caniveau bordé de dalles en schiste qui longeait l’ensemble et qui permettait l’évacuation de l’eau drainée. Ce système était nécessaire car les machineries en bois des soufflets et du marteau étaient arrosées pour que le bois soit uniformément gonflé par l’eau et ainsi éviter les contraintes mécaniques entre des zones sèches et des zones mouillées par l’eau qui entraînait ces machineries.  

 

Système de drainage du bas-foyer du XVIe siècle
Système de drainage du bas-foyer du XVIe siècle
On voit à gauche le caniveau et à droite les pierres du drain. La couche noire que l’on voit sur le drain en haut à droite est un reste du sol de forge qui recouvrait l’ensemble.
 

 B. Le mobilier

 

Le mobilier est peu abondant à Castel Minier, mais l’on retrouve tout de même quelques objets, qui étaient nettoyés et grossièrement triés au gîte pour être étudiés au laboratoire. Les plus nombreux (sans compter les déchets métallurgiques) sont les tessons de céramique et les clous, puis les autres objets métalliques, les dents de bovins (seules traces de l’alimentation des ouvriers, les os ne se sont pas conservés) et les éclats de verre. Une monnaie a aussi été retrouvée dans un niveau du XVIe siècle. _La céramique, présente sur tout le site, provient de vaisselle ordinaire, n’est pas décorée et présente différentes cuissons : on trouve ainsi dans les mêmes couches de la céramique grise, rouge et rouge avec un cœur gris et plus rarement de la céramique avec un glacis incolore. _Les objets métalliques sont presque tous en fer et retrouvés dans les ferriers, qui étaient aussi utilisés comme dépotoirs. Les plus courants sont les clous, mais l’on découvre parfois d’autres objets, comme un carreau d’arbalète qui a été trouvé dans le ferrier, ou des fragments d’outils que l’on retrouve parfois aussi dans les ateliers.
Les objets en verre sont nettement plus rares mais existent, avec notamment la trouvaille de plusieurs fragments d’un gobelet en verre travaillé bleu et blanc entre les pierres d’un mur de la fin du Moyen Age.  

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Fragments de gobelets en verre bleu et blanc
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Fragment de pot en céramique grise

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les plus gros fragments de verre sur l’image mesurent environ 3 cm, le tesson de céramique 6-8 cm  

 C. Les déchets de métallurgie

 

Les déchets de métallurgie forment un corpus Corpus Un corpus est un ensemble de documents, artistiques ou non (textes, images, vidéos, etc.), regroupés dans une optique précise. très important en volume. Les plus abondant sont les scories, qui sont le rebut séparé du fer lors de la réduction du minerai dans le bas-foyer. Elles se présentent sous la forme d’éponges de roche riche en fer (et donc colorées entre le noir et le rouge une fois corrodées) avec des inclusions de charbon de bois. Ces scories sont pour la plupart informes et proviennent de la partie supérieure du bas-foyer après l’étape de réduction puisque le fer plus lourd descend, mais certaines peuvent couler dans la tuyère qui amène l’air des soufflets au foyer. Les mesurer permet donc de connaître les dimensions de la tuyère, et donc d’avoir une idée de la capacité du bas-foyer.
D’autres scories proviennent d’un petit foyer utilisé lors de l’épuration de la loupe de fer : pour être martelée, celle-ci est chauffée sur ce foyer. Les scories, qui fondent à plus basse température que le fer peuvent alors entrer en fusion et couler au fond du foyer, où elles forment une galette qui était retirée lorsqu’elle devenait gênante.  

 

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Scories accumulées au fond d’un foyer (XIVe-XVe siècles)

 

 

Des fragments de minerai sont parfois trouvés, de même que des morceaux de litharge provenant de la coupellation, souvent dégradés en blanc de plomb. Ces restes sont récoltés pour être analysés en laboratoire, ainsi que des échantillons des scories et des charbons de chaque US.  

 

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Morceau de minerai de fer (hématite)

 

 Conclusion

 

Ce chantier était le deuxième auquel je participais, après avoir fouillé à l’abri-sous-roche méso/néolithique de la Grande Rivoire l’été dernier, et l’expérience que j’avais déjà m’a permis de mieux apprécier ces fouilles. J’ai aussi trouvé très enrichissant de découvrir un chantier complètement différent, dans les méthodes de fouilles comme dans la nature des restes archéologiques fouillés. C’était aussi très intéressant pour moi en tant que physicien de participer à des fouilles en lien direct avec l’archéométrie et avec la métallurgie qui est un domaine qui m’attire particulièrement.
J’ai en revanche regretté de n’avoir fouillé que sur les ateliers au lieu de pouvoir circuler entre les secteurs. Par rapport à mon premier chantier, j’ai trouvé dommage qu’il y ait beaucoup moins de traitement post-fouilles, et que nous ne faisions pas les relevés nous-mêmes, puisque cela m’avait plu.
Malgré ces bémols ce chantier m’a plu et j’ai l’intention de continuer à participer à des fouilles archéologiques, si possible sur des types de sites et des périodes différentes pour compléter ce panorama.  

 Quelques exemples de travaux d’archéométrie sur le sujet

 

Leroy S., Cohen S., Verna C., Bertrand L., Gratuze B., Téreygeol F. , Fluzin P., Dillman Ph., « Depiction of the medieval iron market in Ariège (France). Multidisciplinary analytical approach and first development of multivariate analyse », Journal of Archaeological Science, n°39, 2012, p. 1080-1093  

Téreygeol F., Arles A., Foy E., Florsch N., Llubes M, « Dosages par fluorescence X portable d’ateliers médiévaux de production des métaux non-ferreux : les exemples de Castel-Minier et d’Agnesserre (Aulus-les-bains, 09) », ArcheoSciences, revue Archéométrie, n°34, 2010, p. 253-267  

Dillman P., Téreygeol F., Verna C., « Premières analyses métallographiques des produits sidérurgiques trouvés sur le site médiéval de Castel-Minier (Aulus-les-Bains, 09) », ArcheoSciences, revue d’Archéométrie, n°30, 2006, p. 7-14

Florian Beaugnon,
2ème année, 2014


[1] Arch. mun. de Saint-Bertrand-de-Comminges, AA 4.

[2] Arch. nat. X1a/6, fol. 103 v°

[3] En mai 1322, mai 1324, avril 1330, avril 1347.

[4] Arch. dép. Ariège, 1 J 251.

[5] Archives de Navarre, Diputacion Foral, Pampelune, Série document des comptes, Caj. 24 n°38, I 1340.

[6] Voir en fin d’article, dans la bibliographie, quelques exemples publiés de ces travaux d’archéométrie.