Fonderie de cloches

La fonderie de cloches consiste à mouler et à accorder de grandes cloches en bronze dans une fonderie pour les utiliser dans les églises , les clochers et les bâtiments publics, soit pour indiquer l'heure ou un événement, soit comme carillon musical ou carillon . Les grandes cloches sont fabriquées en coulant du métal dans des moules conçus pour les hauteurs musicales prévues. Un réglage plus précis est ensuite effectué à l'aide d'un tour pour raser le métal de la cloche afin de produire un son de cloche distinctif en faisant retentir les harmoniques musicales correctes .

La fonderie de cloches en Asie de l'Est remonte à environ 2000 avant J.-C. et en Europe au IVe ou au Ve siècle de notre ère. En Grande-Bretagne, des fouilles archéologiques ont révélé des traces de fours , montrant que les cloches étaient souvent coulées sur place dans des fosses d'une église ou de son terrain. Les fonderies centralisées sont devenues courantes lorsque les chemins de fer ont permis le transport facile des cloches, ce qui a conduit à la domination de fondeurs tels que la Whitechapel Bell Foundry et John Taylor & Co de Loughborough.

Ailleurs dans le monde, de nombreuses fonderies sont encore en activité, certaines utilisant des méthodes traditionnelles, d'autres les techniques de fonderie les plus récentes. Les fonderies modernes produisent des cloches accordées de manière harmonieuse selon des principes établis à la fin du XIXe siècle ; certaines d'entre elles sont également très décoratives.

La fonderie de cloches a joué un rôle important tout au long de l'histoire des civilisations antiques. Les cloches orientales, connues pour leur taille énorme, étaient parmi les premières cloches, fabriquées plusieurs siècles avant l' âge du fer européen . Les premières cloches étaient fabriquées en poterie, puis se sont développées dans le moulage de cloches en métal. Des preuves archéologiques de la fonderie de cloches apparaissent dans la Chine néolithique.

Les plus anciennes cloches en métal, dont une a été trouvée sur le site de Taosi et quatre sur le site d'Erlitou , sont datées d'environ 2000 avant J.-C. . Au 13e siècle avant J.-C., des cloches pesant plus de 150 kilogrammes (330 livres) étaient coulées en Chine. Après l'an 1000 de notre ère, le fer est devenu le métal le plus couramment utilisé pour les cloches à la place du bronze. La plus ancienne cloche en fer datée a été fabriquée en 1079, trouvée dans la province du Hubei .

Les cloches portatives sont arrivées en Grande-Bretagne avec la propagation du christianisme celtique , et la plupart de celles qui subsistent partagent une association avec l'Écosse, le Pays de Galles et l'Irlande. La fonderie de cloches en Grande-Bretagne était due au monachisme qui a fourni la demande et l'expertise au début de la période médiévale . De grandes cloches en Angleterre sont mentionnées par Bède dès 670 CE et au VIIe ou VIIIe siècle, l'utilisation de cloches était devenue incorporée dans les services religieux. Près de 200 ans plus tard, au Xe siècle, on trouve le premier enregistrement d'une sonnerie complète de cloches . Les chronologies de l'abbé Ingulf suggèrent que Thurcytel , le premier abbé de Crowland , a offert à l'abbaye une cloche nommée Guthlac, après quoi son successeur, Egelric l'Ancien a coulé six cloches supplémentaires - deux grandes, deux de taille moyenne et deux petites - pour compléter une sonnerie de sept. La même période a vu d'autres ecclésiastiques impliqués dans la fondation de cloches. Saint Dunstan , « le chef des moines », était un expert en métaux et un fondeur de cloches réputé. Deux cloches furent coulées sous sa direction à Abingdon, qui en possédait également deux autres coulées par saint Ethelwold . Les méthodes de moulage par coulée à la cire perdue furent décrites par le moine bénédictin du XIIIe siècle Walter de Odyngton de l'abbaye d'Evesham.

La fabrication de cloches en tant qu'activité commerciale a suivi plus tard. Des artisans indépendants ont installé des fonderies permanentes dans des villes comme Londres, Gloucester, Salisbury, Bury St Edmunds, Norwich et Colchester. Bien que ces dernières aient attiré les commerçants des campagnes environnantes, les fondeurs médiévaux ne se sont pas limités à la fabrication de cloches comme seule source de revenus. Au lieu de cela, ils l'ont souvent combinée à des métiers connexes, tels que la fabrication d'objets en métal, d'ustensiles et d'armes à feu. Certains fondeurs étaient itinérants, se déplaçant d'église en église pour mouler des cloches sur place.

Ces premières cloches avaient un son médiocre, en raison à la fois de la composition variable de leur alliage et d'un manque de compréhension de la production de la forme correcte pour un son harmonique ; mais au fil du temps, la forme de la cloche s'est améliorée. Les angles de la couronne et de l'archet ont été progressivement aplatis et la taille est devenue plus courte, s'évasant davantage vers l'embouchure. Bien que les méthodes d'accordage soient encore incertaines et empiriques, des ensembles de cloches aux échelles diatoniques ont été installés dans d'importantes églises paroissiales et monastères.

Bien que la plupart des fondeurs de cloches étaient des hommes, certaines femmes faisaient également partie de cet art, comme Johanna Hill qui reprit l'entreprise de son mari, puis la laissa à sa fille.

Les fouilles archéologiques des cimetières en Grande-Bretagne ont révélé des fours , ce qui suggère que les cloches étaient souvent coulées sur place dans des fosses creusées dans le terrain du bâtiment. La grande cloche de la cathédrale de Lincoln a été coulée dans la cour de la cathédrale en 1610, et la grande cloche de Canterbury dans la cour de la cathédrale en 1762. Une fois la coulée terminée, une tour a été construite au-dessus de la fosse de coulée et la cloche a été élevée directement dans la tour. Dans certains cas, comme à Kirkby Malzeard et Haddenham, les cloches ont été effectivement coulées dans l'église.

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  Cloches moulées, Whitechapel Bell Foundry, vers 1880, Bibliothèque d'État de Nouvelle-Galles du Sud
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  Cloches d'église dans l'atelier de la fonderie de cloches de Whitechapel, vers 1880
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  Moules pour cloches d'église dans l'atelier de la fonderie de cloches de Whitechapel

François Hemony (vers 1609-1667) et son frère Pierre Hemony (1619-1680) furent les plus grands fondeurs de cloches de carillon de l'histoire des Pays-Bas . En collaboration avec Jacob van Eyck, ils développèrent le carillon jusqu'à en faire un instrument de musique à part entière en coulant le premier carillon accordé en 1644. Les frères Hemony sont considérés comme les premiers fondeurs de cloches occidentaux modernes à utiliser une approche scientifique pour couler la forme optimale et accorder les cloches selon des principes harmoniques.

Les cloches destinées à produire un son fonctionnel sont généralement fabriquées en coulant du métal de cloche, un alliage de bronze . De nombreuses expérimentations en matière de composition ont existé tout au long de l'histoire ; les cloches d'Henri II contenaient presque deux fois plus de cuivre que d'étain , tandis que les cloches de bronze assyriennes beaucoup plus anciennes contenaient dix fois plus de cuivre que d'étain. La meilleure composition reconnue pour le métal des cloches est cependant un rapport d'environ 80 % de cuivre et 20 % d'étain. Le métal des cloches de ces rapports est utilisé depuis plus de 3 000 ans et est connu pour sa résonance et son « son attrayant ». L'étain et le cuivre sont des métaux relativement mous qui se déforment lors de la frappe. En les alliant, on crée un métal plus dur et plus rigide, mais aussi plus élastique que l'utilisation d'un seul métal. Cela permet une meilleure résonance et fait vibrer la cloche comme un ressort lorsqu'elle est frappée, une qualité nécessaire car le battant peut frapper à des vitesses allant jusqu'à 600 miles par heure .

Les forces qui maintiennent l'étain et le cuivre ensemble provoquent des vibrations plutôt que des fissures lorsque la cloche est frappée, ce qui crée un son résonnant. Cette combinaison de métaux donne également un matériau solide et durable qui résiste à l'oxydation et n'est soumis qu'à une altération superficielle initiale . Le vert-de-gris forme une patine protectrice à la surface de la cloche qui la protège contre toute oxydation ultérieure. Le bronze le plus dur et le plus résistant contient de grandes quantités d'étain et peu de plomb, bien qu'un alliage contenant plus de 25 % d'étain ait un point de fusion bas et devienne cassant et susceptible de se fissurer.

Ce point de fusion bas s'est avéré être le problème de la troisième tentative russe de fonte de la Cloche du Tsar de 1733 à 1735. La cloche n'a jamais sonné et une énorme dalle s'est fissurée (11,5 tonnes) lors d'un incendie au Kremlin en 1737 avant qu'elle ne puisse être sortie de sa fosse de coulée. Du bois en feu est tombé dans la fosse de coulée et la décision a été de le laisser brûler et de risquer de faire fondre la cloche ou de verser de l'eau dessus et de risquer de la faire craquer en la refroidissant trop rapidement. Le dernier risque a été choisi et, comme on le craignait, en raison d'un refroidissement inégal, la cloche a été endommagée. La cloche actuelle est parfois appelée Kolokol III (Cloche III), car il s'agit de la troisième refonte ; les restes de l'ancienne cloche ont été fondus et le métal réutilisé pour couler la nouvelle cloche. Cette pratique était assez courante, car les matériaux métalliques étaient très coûteux. Le métal des cloches était considéré comme si précieux que les premières pièces de bronze pour l'Angleterre furent frappées en France à partir de vieilles cloches fondues.

D'autres matériaux sont parfois utilisés pour la fonte des cloches, comme le laiton ou le fer . L'acier a été essayé pendant la période de construction d'églises au milieu du XIXe siècle en Angleterre, pour son économie par rapport au bronze, mais il s'est avéré peu durable et la fabrication a cessé dans les années 1870. Elles ont également été fabriquées en verre, mais bien que les cloches de ce type produisent un son réussi, cette substance étant très cassante, elle n'a pas pu résister à l'utilisation continue du battant.

Selon la tradition populaire, le métal des cloches contenait de l'or et de l'argent , comme composants de l'alliage, car il est rapporté que les personnes riches et pieuses jetaient des pièces de monnaie dans le four lorsque les cloches étaient coulées dans le cimetière. On pensait que cette pratique améliorait le ton de la cloche. Cependant, cela est probablement erroné car il n'existe aucune analyse authentique du métal des cloches, anciennes ou modernes, qui montre que l'or ou l'argent a jamais été utilisé comme composant de l'alliage. S'il était utilisé à grande échelle, l'ajout endommagerait le ton au lieu de l'améliorer. De petites quantités d'autres métaux trouvés dans le métal des cloches anciennes sont probablement des impuretés dans les métaux utilisés pour former l'alliage.

Les cloches décoratives peuvent être fabriquées à partir de matériaux tels que la corne, le bois et l'argile.

Le principe de la fonte des cloches est resté essentiellement le même depuis le XIIe siècle. Les cloches sont coulées la bouche vers le bas, dans un moule en deux parties composé du noyau et d'un manteau ou chape placé dessus. Ces derniers sont fabriqués selon des profils précis de sorte qu'il existe un espace d'air entre eux qui est rempli par le métal en fusion.

Le profil de la cloche est d'abord calculé selon des spécifications précises pour garantir qu'elle puisse être correctement réglée. Deux gabarits en bois appelés « planches à strickle » sont utilisés pour façonner l'argile à mouler. L'un correspond aux dimensions de la cloche extérieure (appelée caisse ou chape) ; l'autre correspond à celles de la cloche intérieure (appelée noyau). Généralement, ces planches sont des profils de stock qui ont été développés, empiriquement et par calcul, pour chaque taille de cloche.

Un modèle exact de la face intérieure de la cloche est construit sur une plaque de base en utilisant des matériaux poreux tels que le charbon , la pierre ou la brique . Il est ensuite recouvert d'abord de sable ou de terreau (parfois mélangé à de la paille et du fumier de cheval) et d'argile pour former un profil lisse. On lui donne un profil au moyen de la planche à gratter intérieure. On l'appelle aussi "fausse cloche" et elle est ensuite séchée à feu doux dans un four. La fausse cloche est ensuite recouverte de cire fondue et des figures et inscriptions , également en cire, sont appliquées dessus à la main. La fausse cloche est recouverte de trois couches d'argile ignifuge puis enfermée dans un revêtement en acier . L'espace vide entre la fausse cloche et le manteau est rempli de ciment et laissé durcir avant que le manteau ne soit soulevé. La fausse cloche est ébréchée du noyau intérieur pour laisser la cire et le ciment. Tous les restes de la fausse cloche sont éliminés au chalumeau. Le moule est ensuite placé sur un feu de coke pour faire fondre la cire restante et évaporer l'eau qui s'est accumulée.

Au lieu d'utiliser un manteau en acier et du ciment, les moules intérieur et extérieur peuvent également être entièrement fabriqués en terre glaise. Dans ce cas, les moules sont généralement construits à l'envers : d'abord le moule intérieur sur un noyau en coke, en pierre ou en brique, puis la fausse cloche comprenant des décorations en cire comme ci-dessus, et enfin le moule extérieur avec un anneau de fer ajouté et des renforts en fibre (par exemple en chanvre). À ce stade, l' agrafe en acier , à laquelle le battant sera suspendu, est insérée. Des agents de séparation sont utilisés pour empêcher la fausse cloche de coller trop étroitement aux deux moules. Enfin, après avoir soulevé le moule extérieur, la fausse cloche peut être détruite et le moule extérieur redescendu sur le moule intérieur, prêt pour la coulée.

Le moule extérieur de la cloche, situé dans le manteau, est abaissé sur le moule intérieur et ils sont serrés ensemble, laissant un espace entre eux, que le métal en fusion remplira. Le moule complet se trouve parfois dans une fosse de coulée qui le stabilise et permet un refroidissement plus lent, ou au-dessus du sol à l'air libre, selon les traditions de la fonderie.

Les matières premières, le cuivre et l'étain, sont fondues dans un four jusqu'à ce qu'elles deviennent liquides à une température d'environ 1 100 °C (2 010 °F). On y ajoute souvent des chutes de bronze provenant de vieilles cloches, surtout si la cloche à fondre remplace une cloche existante, qui est en fait recyclée.

Le métal liquide est écrémé pour éliminer les impuretés, puis versé dans le moule, soit à l'aide d'une poche basculante suspendue à une grue, soit à l'aide d'un système de canaux en briques construits dans la fosse de coulée, ce qui permet au métal de s'écouler directement du four dans les moules individuels. Lorsque le métal pénètre dans le moule, des trous dans le haut du manteau permettent aux gaz de s'échapper, sinon la cloche risque d'être poreuse et susceptible de se fissurer. La porosité peut également se développer si le moule est humide, n'est pas à la bonne température, ou si le métal n'est pas suffisamment chaud au moment du coulage. La coulée est laissée refroidir pendant plusieurs jours et les grosses cloches peuvent prendre plus d'une semaine pour refroidir. Les petites cloches, celles de moins de 230 kg (500 livres), peuvent être retirées des moules le lendemain.

Une fois la cloche et l'équipement refroidis, le moule contenant la cloche fraîchement coulée est soulevé de la fosse par les tourillons saillants du boîtier de la cloche. La plaque du noyau est desserrée et le noyau est cassé. La cloche est ensuite extraite avec précaution du boîtier. À ce stade, toute trace de terre adhérente à la cloche est éliminée par brossage et les bavures (excès de métal), qui peuvent s'être formées sous le bord de la cloche - en raison de la contraction du moule en présence de métal chaud - sont éliminées. Ceci termine le processus de coulée.

Les cloches sont coulées avec des profils définis qui ont été perfectionnés au début du 20e siècle pour garantir qu'elles peuvent être accordées de manière harmonique en retirant de petites quantités de métal pour ajuster leurs harmoniques. Pour un carillon ou une sonnerie anglaise de cloches à cercle complet, la note de frappe de chaque cloche doit être en accord avec l'échelle diatonique des autres, et pour produire cela, les harmoniques de chaque cloche doivent être accordées pour s'harmoniser avec sa note de frappe. Comme la note de frappe d'une cloche est légèrement affectée par ses harmoniques, cela peut être un processus itératif. Une évaluation initiale est effectuée pour arriver à une hauteur moyenne pour l'échelle, car cela dépend des tolérances de coulée. En raison de ce compromis, les grandes cloches ne sont donc pas toujours accordées à la hauteur de concert .

Au fil des siècles, de nombreuses expérimentations et tests ont été effectués pour déterminer la forme exacte qui produirait le meilleur son. Au début de la fonderie de cloches, les cloches étaient profilées à l'aide de méthodes empiriques et l'intérieur de la cloche ou le bord de la lèvre était ébréché pour ajuster l'accord après la fonte. Avec l'invention des machines modernes de travail des métaux, cela a été fait avec plus de précision en utilisant un tour d'accord vertical, qui pouvait enlever du métal à n'importe quelle position jusqu'à la taille de la cloche, permettant ainsi l'accord de différentes harmoniques et l'introduction fiable de l'accord harmonique dans le processus de fabrication.

Le métal ne peut être retiré que pendant le processus d'accordage ; il ne peut pas être ajouté. C'est pourquoi une cloche est moulée avec un profil légèrement plus épais que nécessaire pour un accordage harmonique. Pour accorder la cloche, elle est placée sur un tour d'accordage vertical et le métal est retiré à l'aide d'un outil de coupe pendant sa rotation. L'accordeur de cloche doit être très qualifié et utilisait autrefois des diapasons pour établir l'accordage ; cela se fait désormais électroniquement, mais nécessite toujours une grande habileté manuelle dans l'utilisation de l'outil de coupe. C'est le seul moyen de régler les cloches de manière harmonique.

Les harmoniques les plus fortes de la cloche sont accordées pour être à des intervalles d'octave inférieurs à la note nominale, mais d'autres notes doivent également être amenées dans leur relation appropriée. En général, plus la cloche est petite, plus la hauteur est élevée , la fréquence de la note d'une cloche variant avec le carré de son épaisseur et inversement avec son diamètre. L'épaisseur d'une cloche d'église à sa partie la plus épaisse (l'« arc sonore ») est généralement un treizième de son diamètre.

Si la cloche est montée telle quelle, sans aucun accord, elle est appelée « cloche de jeune fille ». Les cloches russes sont traitées de cette manière et moulées pour obtenir une certaine tonalité.

Le matériau privilégié pour le battant de la cloche était le fer forgé , mais comme ce matériau n'est plus disponible, on utilise désormais des battants en bois ou en fonte. Le battant ou languette est fabriqué selon un processus similaire à celui de la cloche. Un soin particulier est apporté à la fonte du battant au poids approprié, car un battant trop léger ne fera pas ressortir les véritables tons de la cloche et un battant lourd pourrait faire craquer la cloche. Des trous sont percés dans le haut de la cloche, et le battant est attaché à l'intérieur de la cloche soit par un lien métallique, soit par une lanière de cuir. Enfin, la cloche est installée dans la tour.