Production de cuivre en Europe à l’âge du Bronze :
première estimation à large échelle

Introduction

Si l’exploitation du cuivre débute au Néolithique, c’est à l’âge du Bronze que la demande en cuivre (constituant majeur du bronze avec l’étain) augmente significativement¹. La question de l’identification des zones de production de cuivre de la fin du Néolithique au début de l’âge du Bronze (période 2 500 – 800 a.C.)² a ainsi été au cœur des problématiques archéologiques, tant cette ressource s’avère clé pour comprendre l’apparition des échanges à grande distance à l’échelle de l’Europe³.

À l’heure actuelle, une centaine de mines de cuivre datant de l’âge du Bronze a été découverte en Europe et publiée⁴. Ces mines ne représentent certainement qu’un échantillon des exploitations ayant été en activité⁵ : une dizaine de mines supplémentaires datées de cette période sont connues, mais encore peu documentées et une centaine d’autres exploitations a fourni des percuteurs en pierre, laissant supposer une possible exploitation au Néolithique et/ou à l’âge du Bronze.

La création d’une base de données recensant les exploitations datées permet de définir quatre grandes régions de production en Europe : les îles britanniques, la péninsule Ibérique, les Alpes de l’ouest et Chypre. La liste des 98 mines pour lesquelles des calculs ont été effectués et la bibliographie associée sont disponibles dans Tomczyk et al. 2020. Ces données ont été complétées par des données issues des mines espagnoles du district de Baños de la Encina⁶ et de Solana del Bepo⁷, ainsi que des mines autrichiennes⁸ de Schönbiegler Bau, Sagzeche et Knappenkuchl Navis. 

Plus des deux tiers des exploitations (70 %) ont été datés par radiocarbone (le reste par le mobilier présent). Il est alors possible de tracer la répartition chronologique des périodes d’exploitation (fig. 1).

Le nombre de mines de cuivre en exploitation est relativement stable tout au long de la période étudiée. Cependant, dénombrer les mines en lien avec l’exploitation d’un métal dans une région ne permet pas d’avoir un aperçu des volumes de production extraits. La taille des mines peut en effet varier comme en témoignent les volumes de vides laissés par l’extraction.

Néanmoins, juger de la capacité de production d’une mine uniquement en observant son volume de vides ne donne qu’une vague idée de l’importance de sa production pour deux principales raisons :

• une partie du volume de vides peut ne pas être liée à la présence de minerais, mais à un besoin d’accès à ce dernier ;
• pour un même volume de vides laissés, la quantité de cuivre obtenue peut être très variable selon la richesse de la minéralisation. 
• L’objectif de cette étude est donc de proposer un calcul de production applicable au corpus d’étude. Un travail à cette échelle nous est apparu important, car, à ce jour, moins d’une dizaine de mines ont fait l’objet d’une quantification de leur production et les travaux portant sur de grandes zones productrices sont plus rares encore pour la Protohistoire⁹.

De plus, bien qu’appuyées par des données de terrain, les estimations précédentes peuvent varier fortement pour une même mine selon les auteurs¹⁰, car les éléments pris en compte pour réaliser les calculs (volume du vide réel ou extrapolé, choix de la teneur moyenne) modifient grandement les estimations proposées, et ne sont pas toujours précisés dans les publications. Le même constat peut être appliqué aux estimations portant sur de grandes régions : Jackson propose une production de 1463 t de cuivre pour l’ensemble de l’Irlande pour le Bronze Ancien uniquement quand Timberlake estime la production à 24 t entre le Chalcolithique et le Bronze Final¹¹.

Or, ces travaux menés à une échelle régionale présentent un intérêt majeur : ils permettent de discuter de l’importance des métaux dans l’économie de secteurs donnés, mais aussi de comparer les capacités de production de différentes régions. Cependant, pour que ceci soit possible, il faut que les données de production soient comparables et donc issues d’un même mode de calcul.

Le but de cette étude est donc d’appliquer à l’ensemble des mines un même calcul de production se basant sur des sources bibliographiques dont il est possible de tirer : 

• une estimation du volume extrait ;
• le type de minerai de cuivre extrait ; 
• la teneur moyenne du gisement exploité.

Il n’est pas possible de proposer une estimation de la production lorsqu’une ou plusieurs des données citées ci-dessus est manquante. C’est malheureusement le cas pour Chypre : bien qu’il s’agisse d’un centre de production majeur (en témoignent les nombreux lingots peau-de-bœuf retrouvés en Méditerranée et datés entre 1600 et 1200 a.C.¹²), trop peu de galeries protohistoriques y ont été découvertes pour proposer une estimation de sa production en utilisant les vestiges miniers. Cette zone de production ne sera donc pas prise en compte dans les estimations chiffrées présentées ici.

De plus, ces trois proxys permettent de déterminer la quantité de cuivre disponible dans l’exploitation. Cependant, afin d’obtenir une estimation du cuivre produit, il est nécessaire de prendre en compte :

• la chaîne opératoire de traitement du cuivre (minéralurgie et pyro-métallurgie).

Ce dernier facteur permet d’estimer l’écart entre la quantité de métal obtenu et la quantité de métal initialement contenu dans le minerai. Cependant, les processus sont encore mal connus et peu d’études permettent de définir les rendements des nombreux processus de pyro-métallurgie (variables selon les régions et les périodes chronologiques). Ainsi, cette étude ne présente que la quantité de métal théoriquement extractible dont on ne peut totalement assurer l’adéquation avec la production.

De plus, notre estimation n’ayant pas fait l’objet d’un travail de vérification de terrain, elle est nécessairement soumise à la qualité des données publiées. Ainsi, son objectif est de proposer une estimation homogène et une vision globale à l’échelle de l’Europe en analysant des données régionales comparables entre elles afin d’obtenir une estimation de production approximative pour chaque mine.

Calcul de la production d’une exploitation

Si les manières de calculer d’anciennes productions minières peuvent varier, elles se basent néanmoins toutes sur la proportion du minerai (et par extension sur la proportion de stériles) dans les vides laissés. 

Nous proposons un calcul pouvant se résumer par la formule suivante : quantité de cuivre = V x d x t où V correspond au volume d’extraction en m³, d à la densité des minerais de cuivre présents et t à la teneur en cuivre du gisement. La quantité de cuivre ainsi obtenue divisée par la durée d’activité permet ensuite d’estimer une quantité de cuivre extractible par année. 

Cependant, les données prises en compte présentent des incertitudes tant pour ce qui concerne le volume que la densité des minerais et la teneur en cuivre.

Calcul du volume des vides

La qualité des données de volumes récoltées dépend de plusieurs facteurs :

• l’état de conservation de la mine : des reprises minières postérieures, des effondrements et/ou comblements des structures peuvent avoir fait disparaitre ou avoir rendu inaccessibles certaines portions des mines ; 
• la difficulté d’identifier les zones minéralisées : il peut être complexe pour quelqu’un ne disposant pas de bonnes connaissances géologiques de faire la distinction entre les creusements nécessaires à l’accès au gisement et ceux correspondant à l’exploitation du gisement en lui-même. Il est parfois nécessaire d’abattre des portions stériles pour accéder au gisement, ce qu’une étude géologique détaillée de la mine permet de vérifier ; 
• la précision des données publiées : elles varient selon qu’il s’agit de relevés 3D, de plans, de descriptions textuelles ou encore de simples photographies avec échelle.

L’estimation des volumes extraits correspondant à l’exploitation de zones minéralisées aura été la donnée la plus complexe que nous avons eu à recueillir et estimer. Seuls 56 % des mines prises en compte ont fait l’objet d’une estimation de volume et/ou en présentent une description publiée. Les 44 % qui restent présentent ainsi une incertitude très importante du volume extrait, pouvant atteindre ± 25 %, car les estimations ne s’appuient pas sur des données précises.

Minerais exploités et teneur en cuivre

Une fois le volume obtenu, il est nécessaire de déterminer la densité du minerai extrait ainsi que la teneur du gisement. 

La densité du minerai peut être supposée en connaissant les minéraux de cuivre présents et le type de gangue. Cependant, les descriptions des assemblages minéralogiques sont en général peu précises dans les publications et seuls les minéraux de cuivre dominant sont toujours clairement identifiés dans les références utilisées. 

La teneur du gisement est issue de travaux de géologues. Il n’est pas toujours possible de connaître la teneur en cuivre d’une mine précise. Dans ce cas de figure, des teneurs mesurées pour des gisements du même type et dans la même région ont été considérées. De plus, les teneurs calculées actuellement sont pensées avec des contraintes de mécanisation et portent sur des surfaces incluant des zones de roches. Ainsi, si l’exploitation d’une veine de 15 cm de puissance demande nécessairement d’abattre de la roche pour que le mineur puisse progresser dans les galeries, ce volume est compris dans la teneur considérée.

Une marge d’erreur supplémentaire est cependant à prendre en compte, car la teneur en cuivre peut varier au sein d’une même minéralisation. Ceci est particulièrement marqué dans les zones qui présentent une forte altération supergène pouvant conduire à un enrichissement de surface important. Ainsi, à Chypre, la teneur moyenne en cuivre des gisements varie de 2 à 4,5 %, mais peut très localement atteindre 20 % dans les portions les plus riches des zones d’enrichissement supergène¹³. 

Production théorique par tranche d’âge

Tout le cuivre potentiellement extrait d’une mine n’a pas nécessairement été récupéré. Des pertes se produisent au cours de l’extraction minière et du traitement minéralurgique (tri et concassage du minerai) et lors du processus pyro-métallurgique (fonte des minerais pour obtenir du cuivre métal). Cependant, ces processus varient beaucoup selon les périodes et les régions et sont complexes à quantifier¹⁴. Nous avons donc choisi de ne pas prendre en compte ces pertes, qui auraient été évaluées arbitrairement. 

Néanmoins, il est possible d’estimer un potentiel de production pour chaque mine¹⁵. La division du potentiel de production par le nombre d’années d’exploitation donne alors un potentiel de production par an¹⁶.

Résultats 

Pour toutes les raisons évoquées plus haut, la courbe de potentiel de production obtenue pour la période 2500-800 a.C. reste une première proposition, ne prenant en compte qu’un échantillon de mines ayant existé. Elle possède une marge d’erreur inhérente à l’état de conservation des mines, à la variation de l’enrichissement des gisements et à la précision des données publiées. De plus, une grande partie des productions calculées présentent une valeur très haute par rapport aux calculs précédemment publiés (tab. 1). L’intervalle de production proposé n’est donc pas à considérer comme des valeurs exactes. 

Cependant, bien qu’imparfaite, cette courbe (qui ne prend pas en compte Chypre pour les raisons évoquées plus haut) apporte une vision plus précise des capacités de production que le simple comptage des exploitations (fig. 2).

Si le nombre de mines en activité reste relativement stable (histogrammes), la courbe de capacité de production proposée pour l’ensemble de l’Europe montre clairement une augmentation progressive du cuivre potentiellement disponible avec un maximum entre 1400 et 1200 a.C. Il semblerait ainsi qu’en Europe de l’ouest, la production de cuivre soit relativement faible de 2500 à 2000 a.C., puis augmente fortement entre 2000 a.C. et 1400 a.C. avant de finalement diminuer.

Cependant, cette observation à échelle européenne doit être nuancée ; en effet, en analysant les productions régionales du sud de la péninsule Ibérique, de l’est des Alpes et du pays de Galles, on constate qu’elles sont asynchrones (fig. 3). Ainsi, la production chute dans l’est des Alpes et au pays de Galles à partir de 1200 a.C., mais augmente dans le sud de la péninsule Ibérique après 1300 a.C. 

La productivité des mines (nombre de mines en exploitation vs quantité de cuivre produite) montre de grandes disparités régionales. Le sud de la péninsule Ibérique possède de nombreuses mines, la plupart se trouvant dans des zones d’altérations supergènes enrichies en cuivre, mais les mines y seraient “plus petites” et de capacité de production inférieure¹⁷ à celles de l’est des Alpes, dont les gisements sont pourtant moins riches et plus difficiles d’accès.

Discussion

Les disparités de capacités de production par région pourraient traduire des stratégies d’exploitation différentes. Certaines régions semblent faire l’objet d’une exploitation intensive du cuivre, comme déjà supposé dans le cas des Alpes de l’est¹⁸. D’autres régions pourraient privilégier les gisements dont il est possible d’extraire d’autres métaux en plus du cuivre. Cela pourrait être le cas de la péninsule Ibérique où Macías¹⁹ constate que, dans la région de Rio Tinto, des gisements de cuivre sont abandonnés vers la fin de l’âge du Bronze à la faveur de l’exploitation de gisements polymétalliques (cas de la mine de Monte Romero présentant cuivre et argent). Pour le même volume extrait, la quantité de cuivre obtenue pourrait ainsi être moindre. Ces différences de productivité des mines peuvent faire penser à des différences de “stratégies d’exploitation” et à une organisation différente des productions. Une étude de spécialisation des tâches²⁰ pourrait constituer un complément intéressant à ce calcul de production. 

À l’échelle européenne, la baisse de production qui semble se dessiner aux environs de 1200 a.C. pourrait être une répercussion des troubles de l’est de la Méditerranée à cette période. La crise de 1200 a.C. aurait en effet pu modifier les grands axes d’échanges et, par rebond, l’exploitation de certaines régions minières. De récents travaux²¹ montrent que les réseaux d’échange à grande distance se mettant en place au Bronze Moyen paraissent complexes et pourraient être modifiés à la suite de cette crise. Chypre orienterait alors ses exportations vers le pourtour égéen, et non plus vers le Levant (ce dernier se fournirait alors dans les districts de Faynan et Timna)²². En Scandinavie, le cuivre semble provenir de plusieurs grandes régions exportatrices variant entre 1500 et 1100 a.C.²³ Nos estimations semblent faire état d’une baisse des productions de cuivre dans les Alpes de l’est et d’une augmentation des productions dans le sud de la péninsule Ibérique durant cette période, pouvant indirectement renforcer l’hypothèse d’un changement rapide de sources d’approvisionnement en métaux.

Conclusion

Même si elles présentent encore beaucoup d’incertitudes, les courbes de potentiel de production, obtenues via une même méthodologie de calcul, permettent d’apporter un regard inédit sur les productions de cuivre entre 2500 et 800 a.C. Si le potentiel de production total à l’échelle européenne semble rester stable entre 2500 et 2000 a.C., puis augmenter progressivement jusqu’à atteindre un pic vers 1300 a.C., cette dernière paraît chuter fortement vers 1200 a.C. La variation de ce potentiel à l’échelle de trois grandes régions productrices de cuivre pourrait indiquer une modification des grands axes d’échanges (cette chute s’observe dans les Alpes de l’Est mais n’a néanmoins pas lieu dans le sud de la péninsule Ibérique qui voit sa production de cuivre augmenter).

Enfin, à l’échelle des trois grandes régions productrices, les calculs soulignent un décalage des productions tant sur le plan de la chronologie que des quantités de cuivre disponible et de la capacité de production par mine. S’il est difficile de déterminer si, dans les régions où les reprises minières ont été nombreuses, les exploitations de volume important auraient pu disparaitre, cette différence apparente de productivité permet de supposer des différences de “stratégies d’exploitation” et une organisation différente des productions.

Annexes

Données inhérentes aux minéraux de cuivre

Comme précisé dans le texte, les teneurs en cuivre des gisements varient selon les régions : dans l’est des Alpes, les teneurs moyennes considérées sont de l’ordre de 4 à 5 % ; dans le Pays de Galle de 2 à 3,6 % ; dans le sud de la péninsule Ibérique les teneurs moyennes varient de 2 à 14 % du fait de la présence d’importantes zones d’altération supergène.

Détails des mines et volumes considérés dans le cadre de cette étude

Le terme réf correspond au numéro de référence dans Tomczyk et al. 2020 (permettant d’obtenir les principales références utilisées et la localisation de l’exploitation). Les références marquées d’un x correspondent aux données complémentaires citées dans l’introduction.

Les volumes utilisés ont été divisés en quatre catégories selon le niveau de précision : 

• Excel (excellent) : présence de relevés topographiques précis, existence de modèles 3D ou estimations de tonnages de minerais extraits disponibles (le volume est alors défini par un x)
• Cor (correct) : volume déduit de schémas et/ou de textes descriptifs détaillés, identification assez claire des phases de reprises minières postérieures
• Dim (dimension) : une dimension (souvent la profondeur) est mal définie, les phases de reprises ne sont pas clairement identifiées
• Mauv (mauvais) : les mines ne sont caractérisées que par une photo ou un schéma très peu précis

Nous avons calculé les volumes dans les trois derniers niveaux de précision cités. Des données plus précises permettraient d’affiner la marge d’erreur du calcul de production.

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Notes

1. Pare 2000.
2. Date choisie pour inclure le début de l’âge du Bronze dans les îles britanniques et la fin du Néolithique dans le reste de l’Europe de l’ouest.
3. Earle et al. 2015.
4. O’Brien 2015 ; Weisgerber & Pernicka, 1995.
5. Des comblements ou effondrements des structures ou encore des reprises minières postérieures ont pu faire disparaître des exploitations.
6. Arboledas Martínez 2007, 395-404 ; Arboledas Martínez et al. 2015 ; Arboledas Martínez et al. 2014 ; Arboledas Martínez & Contreras Cortés 2012 ; Contreras Cortés et al. 2010.
7. Rafel et al. 2019 ; Montero Ruiz 2017.
8. Grutsch et al. 2019 ; Staudt et al. 2019.
9. Pour le cuivre : dans le Tyrol autrichien (Pernicka et al. 2016) et dans les îles britanniques (Timberlake 2017 ; Jackson 1984) ou encore pour l’or à l’âge du Fer dans le Limousin (Cauuet et al. 2018).
10. La mine de Great Orme (pays de Galles) a fait l’objet de trois calculs de production (non détaillés dans les publications) présentant des résultats discordants allant de 35 t (Timberlake 2017), 30-175 t (Lewis 1996) à 1769 t (Randall 1995) produites. La production de la mine de Mount Gabriel (Irlande) a été estimée à 163 t (Jackson 1984) puis à 312 t (O’Brien 1994). Ces productions peuvent paraître faibles face à d’autres telles que celles de la mine de Saint-Véran (Alpes, France) estimée par Rostan et al. 2002 à 1400 t en seulement 200 ans.
11. Jackson 1984 ; Timberlake 2017.
12. Sabatini 2016.
13. Constantinou 2007, 342.
14. Pour exemple, deux travaux menés sur le même type de minerais de cuivre et visant à étudier le même processus pyro-métallurgique dans le Tyrol ont estimé une perte en cuivre allant de 13 % (Stöllner et al. 2011) à 25 % (Zschocke & Preuschen 1932).
15. En effet, les quantités calculées ne correspondent pas à une production réelle qui demanderait la prise en compte des pertes au cours de la chaîne opératoire.
16. Une simple division implique une production constante par an, depuis la mise en exploitation jusqu’à la fermeture de la mine. Une correction permettant d’obtenir des courbes de production en cloche a été appliquée. Faute de modèles ethnographiques, cette dernière s’inspire de courbes modernes.
17. Il est cependant possible que la forte reprise minière ait détruit certaines (grandes) mines.
18. Lutz & Pernicka 2013.
19. Macías 2015.
20. Brun 2015.
21. Appuyés en particulier par des études de provenance utilisant les isotopes du plomb.
22. Kassianidou 2015.
23. Ling et al. 2019.