Les humains rencontrent le métal

Il y a entre sept et dix mille ans, nos premiers ancêtres ont découvert que le cuivre était malléable, tenait un bord tranchant et pouvait être façonné en outils, ornements et armes plus facilement que la pierre, une découverte qui allait changer l’humanité à jamais. Cette rencontre entre l’homme et les métaux allait être le premier pas vers la sortie de l’âge de pierre et l’entrée dans l’âge des métaux : l’âge du bronze et du fer. C’est ainsi qu’a commencé le mouvement accru des éléments et des minéraux hors de leurs formations géologiques parentales et dans l’air, le sol, l’eau et les organismes vivants par le biais des fonderies, des fours et des résidus miniers.

Les premières années de production de cuivre ont peu contribué à la pollution globale ou même locale. Le cuivre n’est pas très toxique par rapport à d’autres métaux et les premiers humains en utilisaient trop peu pour commencer à le concentrer dans le sol, l’air ou l’eau au point d’affecter la santé humaine ou les écosystèmes. Il semble que pendant les premiers milliers d’années de son utilisation, les humains ont expérimenté et appris des techniques pour utiliser le cuivre. Au fur et à mesure qu’ils ont appris à le travailler, les civilisations sont devenues plus complexes, ce qui a souvent permis d’améliorer la technologie du travail du cuivre. C’est ainsi qu’est apparue une utilisation élargie du cuivre et une plus grande circulation du cuivre dans notre environnement quotidien.

La métallurgie est née

On pense que l’or a été utilisé plus tôt que le cuivre, même si sa douceur et sa rareté le rendaient peu pratique pour un usage généralisé, alors que le cuivre est plus dur et se trouve sous forme pure ( » cuivre natif « ) dans de nombreuses régions du monde. (Les couleurs distinctes de l’or et du cuivre et leur existence sous forme pure ont permis à nos premiers ancêtres de distinguer facilement ces deux métaux des autres minéraux et pierres qu’ils rencontraient.)

Il existe un désaccord entre les archéologues sur la date et le lieu exacts de la première utilisation du cuivre par les humains. Les preuves archéologiques suggèrent que le cuivre a été utilisé pour la première fois entre 8 000 et 5 000 ans avant Jésus-Christ, très probablement dans les régions connues aujourd’hui comme la Turquie, l’Iran, l’Irak et – vers la fin de cette période – le sous-continent indien. Les archéologues ont également trouvé des preuves d’extraction et de recuit du cuivre natif abondant dans la péninsule supérieure du Michigan, aux États-Unis, remontant à 5 000 ans avant J.-C.

Le cuivre natif a probablement été utilisé en premier, car il ne nécessitait aucun processus pour le purifier. Il aurait pu être martelé dans des formes, bien qu’il eût été très fragile. Le recuit a été la première étape vers la véritable métallurgie, lorsque les gens ont découvert que le cuivre devenait plus souple et plus facile à travailler lorsqu’il était chauffé avant d’être martelé. Ensuite, la coulée du cuivre fondu dans des moules a été développée. À un moment donné, l’homme a découvert le minerai de cuivre et – peut-être par accident – que le minerai pouvait être chauffé à très haute température dans un environnement pauvre en oxygène pour faire fondre le cuivre pur, un processus connu sous le nom de fusion. Cela a donné plus de flexibilité à l’artisanat du cuivre ; le cuivre natif n’était plus le seul type de cuivre utile si le cuivre pouvait être extrait des minerais.

Égyptiens innovants

En comparant la pureté des artefacts en cuivre de Mésopotamie et d’Égypte, les scientifiques ont déterminé que les Égyptiens ont amélioré les méthodes de fusion de leurs voisins du nord en Mésopotamie. En Égypte, la plupart des objets en cuivre étaient fabriqués en coulant du cuivre fondu dans des moules. Les Égyptiens semblent avoir été l’un des groupes qui ont développé indépendamment la méthode de coulage à la cire perdue, toujours utilisée aujourd’hui. (Pour faire simple, la cire est façonnée à la forme du produit final, puis recouverte d’argile. La cire est fondue pour laisser un moule en argile, qui est ensuite rempli de cuivre fondu. Le moule est cassé lorsque le métal est froid.)

Le bronze est meilleur

Les Égyptiens ont peut-être été le premier groupe à découvrir qu’en mélangeant du cuivre avec de l’arsenic ou de l’étain, on obtenait un métal plus solide et plus dur, mieux adapté aux armes et aux outils et plus facile à couler dans des moules que le cuivre pur. (Le minerai de cuivre contenant souvent de l’arsenic, il s’agit peut-être du résultat involontaire de la fusion d’un minerai de cuivre qui comprenait de l’arsenic naturel). Cet alliage de cuivre avec de l’arsenic ou de l’étain est appelé bronze, et il existe des preuves archéologiques que les Égyptiens ont produit du bronze pour la première fois en 4 000 avant J.-C. Le bronze peut également avoir été développé indépendamment dans d’autres parties du Moyen-Orient et d’autres parties du monde. Quelle que soit son origine, la métallurgie du bronze a rapidement supplanté le cuivre dans de nombreuses régions du globe, inaugurant ainsi l’âge du bronze. (Dans les régions du monde dépourvues de gisements d’étain, le cuivre était utilisé seul ou allié à d’autres métaux jusqu’à l’introduction du fer.)

Le processus de fusion du bronze fabriqué avec de l’arsenic aurait produit des fumées toxiques. Les gens ont peut-être préféré le bronze à base d’étain ou ont trouvé qu’il était plus facile de contrôler les quantités d’étain ajoutées au cuivre que de contrôler la quantité d’arsenic, qui se trouvait souvent à l’état naturel dans le minerai de cuivre. Quelle que soit la raison, le bronze fabriqué avec de l’étain est rapidement devenu le bronze de choix dans tout le Moyen-Orient.

Les gisements d’étain étaient plus confinés à certaines zones géographiques que le cuivre, qui était facilement disponible dans de nombreuses régions du Moyen-Orient ainsi que dans d’autres parties du monde. Lorsque les gens ont commencé à utiliser le bronze au lieu du cuivre pur pour fabriquer des armes et des outils, le commerce de l’étain s’est développé. La disponibilité du bronze a conduit à une fabrication plus avancée d’outils et d’armes, et avec de meilleures armes, les armées pouvaient mieux conquérir les sociétés voisines (et piller leurs ressources en étain et en cuivre).

Artisanat et spiritualité du cuivre

Alors que le cuivre a aidé les humains à faire progresser la guerre, il a également joué un rôle dans la vie religieuse et spirituelle des peuples du monde entier à travers le temps. Hathor, déesse égyptienne du ciel, de la musique, de la danse et de l’art, était également la patronne du Sinaï, la principale région d’extraction du cuivre des Égyptiens ; elle était souvent appelée « Dame de la malachite ».

Pour les peuples des Andes en Amérique du Sud, qui ont développé la métallurgie la plus avancée de l’Amérique précolombienne, la métallurgie du cuivre était plus qu’un artisanat séculaire pour produire des outils. En utilisant le cuivre natif, les artisans andins fabriquaient des objets religieux à partir de feuilles de cuivre pilées et de cuivre doré.

Le cuivre joue également un rôle aujourd’hui dans de nombreuses croyances du Nouvel Âge. Dans certaines religions modernes, il est considéré comme ayant des pouvoirs de guérison, tant sur le plan spirituel que physique. Certaines personnes portent du cuivre pour atténuer les symptômes de l’arthrite.

Bouddhas en bronze et « Cash » en cuivre

Le cuivre a été utilisé pour la première fois en Chine vers 2500 av. Les Chinois ont rapidement commencé à utiliser le bronze également, et ont utilisé différents pourcentages d’étain dans le bronze à des fins différentes. Ils utilisaient largement le cuivre et le bronze pour la frappe de monnaie. Au cours de l’activité économique florissante et de l’expansion du commerce extérieur de la dynastie Sung, entre 900 et 1100 après J.-C., l’utilisation de l’argent liquide – des pièces de cuivre rondes avec un trou carré au milieu – a explosé. La production de cuivre atteignait désormais des proportions quasi industrielles dans certaines civilisations, mais probablement nulle part autant que dans la Rome antique.

Les Romains : Pollueurs précoces

Bien que le fer et le plomb aient été utilisés à l’époque des anciens Romains, le cuivre, le bronze et le laiton (un alliage de cuivre et de zinc) ont été utilisés par les Romains pour les pièces de monnaie, certains aspects de l’architecture comme les portes, et certaines parties de leur vaste système de plomberie (bien que les tuyaux aient été fabriqués en plomb). Ils ont également développé des orgues à tuyaux fabriqués avec des tuyaux de cuivre.

Les Romains contrôlaient de vastes gisements de cuivre dans tout leur empire. Les scientifiques qui analysent les isotopes du cuivre et les métaux traces présents dans les pièces de cuivre romaines ont déterminé que Rio Tinto, l’Espagne (toujours une mine de cuivre en activité), Chypre et, dans une moindre mesure, la Toscane, la Sicile, la Grande-Bretagne, la France, l’Allemagne et d’autres régions d’Europe et du Moyen-Orient étaient des sources de cuivre pour l’Empire. L’augmentation de la pureté des pièces de cuivre romaines au fil du temps montre également que leurs méthodes de fonte se sont rapidement améliorées.

Les Romains, à leur apogée, produisaient près de 17 000 tonnes de cuivre par an, soit plus que ce qui serait encore produit jusqu’à la révolution industrielle en Europe. Cette énorme production de cuivre s’accompagnait d’une pollution qui resterait inégalée pendant près de deux mille ans, au début de la révolution industrielle. L’air pollué par les premières fonderies de cuivre a-t-il affecté la santé des hommes de l’Antiquité ? Probablement. Les premières méthodes de fusion de l’époque étaient rudimentaires et inefficaces par rapport aux normes actuelles. La fonte du cuivre et, dans une moindre mesure, l’extraction du cuivre, produisaient des particules de poussière ultrafines qui étaient transportées dans l’atmosphère par les courants d’air créés par la chaleur intense des opérations de fonte. La plus grande partie de la pollution serait tombée près des sites de fusion, causant des problèmes de santé et contaminant le sol et l’eau.

La pollution au cuivre de l’époque romaine nous hante encore aujourd’hui. Un ancien site romain de mines et de fonderies de cuivre à Wadi Faynan, en Jordanie, est toujours – deux mille ans après la fin de son exploitation – un terrain vague toxique jonché de scories provenant de la fusion du cuivre. Des chercheurs ont découvert que la végétation et le bétail de Wadi Faynan présentent aujourd’hui des taux élevés de cuivre dans leurs tissus.

La révolution industrielle : Reprendre là où les Romains se sont arrêtés

À partir de la fin des années 1600, la fusion du cuivre est devenue une industrie majeure en Grande-Bretagne. Le minerai de cuivre provenant de Cornouailles et d’autres régions, ainsi que les gisements de charbon dans tout le pays, alimentaient la fonte du cuivre. L’abondance de charbon à Swansea, au Pays de Galles, a fait de cette ville côtière un lieu privilégié pour les activités de fusion du cuivre en Grande-Bretagne à partir du début des années 1700. L’industrie du cuivre était le moteur de l’économie de cette ville. Les riches Anglais possédaient souvent des fonderies, tandis que les Gallois locaux travaillaient comme ouvriers dans l’industrie. Tout comme dans la Rome antique, la fonte du cuivre avait son prix. La ville et la campagne autrefois luxuriante entourant Swansea ont été dépouillées de leur végétation par la fumée de cuivre nocive qui s’échappait des cheminées des fonderies et se déposait sur la ville et les champs environnants. La terre arable des collines dénudées a succombé à l’érosion. Le bétail a développé d’étranges nouveaux maux comme des articulations enflées et des dents pourries. Les agriculteurs ont accusé la fumée. La fumée aurait également provoqué un essoufflement, une diminution de l’appétit et d’autres plaintes chez les humains.

Le minerai de cuivre de Cornouailles purifié dans les fonderies de Swansea était riche en arsenic, en soufre et en spath fluor (un composé de l’élément fluor). Les fonderies émettaient des fumées de ces composés ainsi que les gaz d’échappement du charbon qui alimentait les opérations. Le soufre et le spath fluor contenus dans les fumées se mélangeaient à l’eau et à l’oxygène de l’atmosphère pour produire des acides sulfureux, sulfuriques et hydrofluoriques qui tombaient sur Swansea sous forme de pluies acides. Les scories de cuivre et autres déchets couvraient le paysage près des fonderies.

Onze ans plus tard, un groupe d’agriculteurs gallois des environs de Swansea a poursuivi l’un des principaux propriétaires de fonderie pour nuisance publique, affirmant que la fumée de la fonderie endommageait leurs fermes. Le propriétaire de la fonderie de cuivre a engagé l’un des meilleurs avocats du pays, qui a combattu les plaignants en arguant que la ville dépendait de l’industrie du cuivre pour sa survie économique et que les mauvaises récoltes et le bétail malade étaient le résultat des méthodes agricoles arriérées des Gallois et du climat gallois désagréable. Les agriculteurs ont perdu le procès.

Cuivre conducteur

Le cuivre a joué un rôle central dans les technologies développées pendant la révolution industrielle. L’une des utilisations les plus importantes du cuivre à cette époque était l’électrotechnique. Les premiers scientifiques qui expérimentaient l’électricité ont choisi le cuivre comme transmetteur parce qu’il est hautement conducteur (il peut transmettre facilement le courant électrique). L’industrie de l’électrotechnique est aujourd’hui le deuxième plus grand consommateur de cuivre.

Le prix de l’industrialisation

Bien que les méthodes de production se soient améliorées depuis l’époque des Romains et la révolution industrielle, la production de cuivre contribue aujourd’hui lourdement à la pollution mondiale.

Butte, dans le Montana, abrite une mine de cuivre abandonnée appartenant autrefois à la défunte Anaconda Copper Mining Company, établie à Butte en 1895. Jusqu’à la fermeture des principales exploitations minières de Butte dans les années 1980, la mine a produit 20 milliards de livres de cuivre. Jusque dans les années 1950, elle a produit un tiers du cuivre du pays et a été un fournisseur important de la nation pendant les deux guerres mondiales. L’ancienne mine est aujourd’hui le plus grand site Superfund du pays. La principale mine à ciel ouvert s’est remplie d’eau depuis la fin des activités minières, formant un lac de 600 acres. Le cuivre, le plomb, le cadmium et l’arsenic contaminent l’énorme fosse, qui est rechargée en eau chaque jour à partir d’un aquifère situé en dessous, rendant le lac toxique presque impossible à nettoyer. Le soufre, un minéral qui entre couramment dans la composition du minerai de cuivre, réagit avec l’air et l’eau pour produire de l’acide sulfurique, qui remplit la mine. Les eaux de ruissellement de la mine et les retombées de la fonderie appartenant autrefois à Anaconda couvrent le paysage. Un bassin de résidus de 1 000 acres se trouve près de la fosse principale.

L’Anaconda Company possédait également une mine de cuivre massive à Chuquicamata, au Chili, qui a été exploitée des années 1920 aux années 1970. Les ouvriers de la mine chilienne vivaient dans de minuscules appartements appartenant à l’entreprise avec des installations sanitaires minimales. Les épouses et les familles des mineurs faisaient la queue tous les jours pour avoir accès aux maigres provisions du magasin de l’entreprise réservé à la classe la plus basse des employés de la mine. Leur statut d’emploi déterminait également les écoles que leurs enfants pouvaient fréquenter. Les grèves faisaient également partie intégrante de la vie des mineurs et de leurs familles. L’ethnographe et native de Butte, dans le Montana, Janet Finn, écrit : « Pour établir des relations de travail, de communauté et de gouvernement à Chuquicamata, la compagnie s’est tournée vers des méthodes éprouvées et pratiquées à Butte : listes noires, corruption et force brute occasionnelle tempérée par des amusements qui embrassaient à la fois le vice et la vertu. »

La mine de Chuquicamata de la compagnie Aconda a été fermée en 1971 après que le gouvernement chilien ait nationalisé les ressources en cuivre du pays. Cependant, l’exploitation du cuivre reste une industrie majeure au Chili. Une étude de l’université du Chili réalisée en 1999 a montré que l’extraction, la fusion et le raffinage du cuivre sont responsables d’une part importante de la production de gaz à effet de serre et d’autres formes de pollution atmosphérique dans ce pays et représentent la plus grande consommation de combustibles fossiles au Chili ainsi qu’une quantité importante d’électricité. Cela contribue à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans le monde, ce qui contribue au réchauffement de la planète. En outre, au cours du processus de fusion, de grandes quantités de dioxyde de soufre (SO2), un précurseur des précipitations acides, sont libérées par les minerais sulfurés, les minerais de cuivre les plus couramment exploités au Chili.

L’exploitation locale du cuivre

.