JASPAGE: Des gouts et des (drôles de) couleurs de la céméntation...

Du jaspage et des couleurs de cémentation…
ou comment donner dureté et couleur aux armes  
Par J. Santos Janvier 2021


Les pièces de certaines armes de chasse , de certains revolvers et de quelques armes militaires du 19e S. présentent les couleurs caractéristiques d’une trempe jaspée .
Ces couleurs allant du brun ocre aux rouges en passant par des marbrures bleues m’ont toujours intrigué et fait pas mal rêver : Lorsque je les vois sur les platines d’un fusil anglais j’adore leur côté « charme discret de la bourgeoisie «  


Bien que ce processus de cémentation /trempe m’ait toujours attiré ,ce n’est que dernièrement( lors du 2nd confinement du covid) que j’ai décidé de faire du jaspage pour des armes que je venais de restaurer.


Quel est le but de cette trempe jaspée ?

Les aciers utilisés pour certaines parties des armes anciennes ont de faibles taux de carbone et ne prennent pas la trempe. Pour les protéger extérieurement de la corrosion en créant une fine couche très dure , il faut apporter du carbone sur quelques centièmes de mm de profondeur . C’est cette cémentation qui va permettre la trempe de la pièce sur sa couche superficielle.
Cela semble avoir été utilisé par les celtes  , les japonais l'ont aussi employé depuis plusieurs siècles pour durcir le tranchant de leurs katanas sélectivement.

Dureté de la pièce ?
Après la trempe l’acier  auquel on vient d'apporter extérieurement du carbone,devient très dur en surface mais n’est pas affecté en profondeur , il reste donc souple et la pièce conserve ainsi la même résistance aux chocs . Il n’y a pas besoin de faire de revenu , comme cela aurait été le cas pour une pièce homogène à fort taux de carbone qui serait devenue cassante à cœur.
C’est intéressant pour des pièces qu’on veut protéger de l’usure ( comme les crans d’un chien ) tout en conservant la souplesse de l’acier pour éviter qu’il ne casse lors des chocs répétés.

D’où viennent ces couleurs particulières qui apparaissent lors de la trempe après cémentation ?
Pour faire la cémentation la pièce est placée dans un récipient  et entourée de charbon+ quelques additifs aidant la cémentation  . Elle doit être portée à une T° élevée ( + 850°C) et maintenue en température assez longtemps ( 1 à 2 heures) la T° élevée va favoriser la diffusion du carbone mais pour éviter de « brûler » la pièce il faut que le milieu ambiant contienne le moins d’oxygène possible : On utilise du charbon pilé très menu qui va créer l’espace confiné pauvre en oxygène autour de la pièce.
Pour parfaire ce confinement ( je sais que vous aimez ce terme, et j’en rajoute une seconde couche …   ) on peut aussi fermer le creuset qui contient le charbon et les pièces à cémenter . Mais l’étanchéité complète serait difficile à maintenir car il y aura un dégazage du charbon + de l’humidité résiduelle  à froid autour du charbon qui va se transformer en vapeur lors de l’élévation en température.

Classiquement les contenants( boîtes ou creusets) étaient » lutés » :c’est à dire Scellés en surface avec de l’argile . Mais il est possible aussi d’utiliser des mastics haute T° ( 1300°) qu’on trouve assez facilement en cartouche à appliquer comme les joints silicone . C'est ce que j'ai utilisé pour jointer le couvercle de mon creuset qui fait D160x 200mm pour cémenter de petites pièces.


Les pièces qui vont être cémentées sont polies : Une surface exempte d’oxyde va faciliter la migration du carbone dans l’acier. Pour ça je n'ai pas de problème , comme souvent lors de mes restaurations je fais des gravures, j'ai besoin d'un poli poussé     Les pièces sont ensuite démontées de nouveau et dégraissées soigneusement à l'acétone;


Elles sont éventuellement bridées, le choc thermique qu'on va leur faire subir est violent , et risque d'entraîner des distorsions dans le métal
Comme elles sont chauffées dans un milieu pauvre en oxygène elles vont très peu s’oxyder pendant la durée de la cémentation... tant qu’elles sont bien à l’abri, au chaud  dans leur creuset. Après c'est  une autre histoire


Que va-t-il se passer lors de la trempe destinée à durcir l’acier que nous venons de doper en carbone ?
Lors de la trempe, les pièces vont passer brusquement d’un milieu pauvre en oxygène à un milieu beaucoup plus riche : D’abord dans l’air ambiant  au sortir du creuset, puis dans l’eau du bac de trempe : Eau qui a été préalablement agitée et aérée pour contenir  un maximum d’oxygène dissous !

En quelques fractions de seconde il va commencer à se former en surface de la pièce une fine couche d’oxyde de fer : N’oublions pas que nous sommes partis de pièces polies , exemptes d’oxyde.
La vitesse de formation et l’épaisseur de cette couche vont être fonction :
-du pouvoir oxydant du milieu ( d’où l’oxygénation de l’eau dans le bain de trempe)  
- de la température de la pièce : qui va s’abaisser très rapidement puisque la pièce est en train de plonger !
Cet abaissement de la T° va aussi dépendre de la masse de la pièce :
- si elle est fine elle diminuera plus vite vite( vers les bords, autour des trous )
-si elle est massive , certaines zones de la surface resteront chaudes plus longtemps( exemple :vers le centre de la pièce) formant une couche d’oxyde plus épaisse à ces endroits-là.

La géométrie, la masse de la pièce, sa vitesse, et la façon dont elle plonge  dans le bac , la nature oxydante du liquide dans le bac, la quantité de carbone qui a diffusé dans la couche de surface de l’acier : Tout ça va influencer l’épaisseur et l’emplacement de cette fameuse couche d’oxyde qui va se former lors de cette trempe .

Une fois que la pièce est refroidie au bout d’un temps qui peut aller jusqu'à plusieurs secondes,  la couche d’oxyde ne s’épaissit plus et la « couleur » ne changera donc plus !


Explication des « couleurs » du jaspage : Nous avons tous observé sur une flaque d’eau  ou sur l’eau calme d’un étang ou d’un port tranquille, le phénomène qui se produit lorsqu’une goutte d’hydrocarbure est versée sur l’eau : La goutte s’étale à  la surface formant un film très mince et nous voyons alors apparaître des couleurs irisées, des rouges violacés, des jaunes , des ocres …. Ce serait presque joli cette pollution.

C’est  visible aussi sur le goudron mouillé  lorsque une goutte d’huile ou de gasoil de notre voiture s’étale en auréoles irisées avec les mêmes « couleurs «
Et enfin , le même type de « couleurs » irisées peut s’observer sur les bulles de savon que l’on gonfle avec des petits anneaux en plastique  et qui sont éclairées par le soleil.

Si je mets « couleurs « entre guillemets c’est qu’en fait ce n’est pas la couleur de la fine couche d’hydrocarbure que notre œil perçoit : La fine couche d’hydrocarbure( ou d’oxyde lors de la trempe) est translucide.
C’est un phénomène d’interférence optique qui va amplifier ( ou dans certains cas soustraire) certaines longueurs d’onde de la lumière qui est réfléchie par la fine couche d’hydrocarbure et réfléchie également ( puisque cette couche est translucide) par l’effet miroir de la surface de l’eau en dessous.

Suivant l’épaisseur de cette couche mince, des ocres seront amplifiés puis des violets , des bleus ( 3µ) , puis les jaunes pour finir par le rouge( 6µ) quand  le film  d’hydrocarbure est de plus en plus épais .
La fine épaisseur de la couche étant très proche de la longueur d’onde de la lumière  Lambda /2 ( en nanomètres )

Si la couche devient trop épaisse , le phénomène ne sera plus visible : il faut que l’épaisseur du film mince reste autour de 2 fois la longueur  lumineuse que notre œil peut percevoir ;


Si vous êtes intéressés par l’explication mathématique de ce phénomène optique , regardez ce lien au chapitre « INTERFERENCE PAR REFLEXION SUR COUCHES MINCES vers le milieu du document : Si les maths vous intéressent moins zappez
http://dpnc.unige.ch/ams/leluc/pgb/pdf/pgb0506_25a.pdf

Je m’intéresse depuis assez longtemps à ces phénomènes d’interférence optique car je les utilise pour donner des « couleurs » au titane en l’anodisant , l’anodisation permettant de créer à la surface  du métal une couche d’épaisseur contrôlée , on va donc favoriser les ocres, les bleus , les jaunes .
C’est assez fun , et je n’aurais pas imaginé qu’un jour j’obtiendrais par un phénomène similaire ces fameuses «  couleurs » du jaspage.

Attention: Il ne faut pas confondre ce phénomène avec celui de l’arc en ciel qui est une diffraction de la lumière sur un prisme d’épaisseur variable , comme montré sur la pochette de The dark side of the moon

Les forgerons aussi utilisent parfois ce phénomène pour  lire les couleurs du revenu : le fameux « gorge de pigeon » , les bleus qu’on obtient en chauffant des pièces s’expliquent aussi par ce phénomène d’interférence optique. Par contre au delà d’une certaine température c’est la couleur du rayonnement thermique que nous percevons , le rouge cerise et le blanc « soudant » de l’acier par exemple.

Le jaspage PRATIQUE :

Doc l’armurerie de Toulouse :
https://ateliersaintetienne31.fr/wp-content/uploads/2016/04/DiffeYrentes_finitions_Finition_sur_meYtaux_plus_particulieYrement_destineYes_aux_armes_NXPowerLite1.pdf


Vidéo trempeur à Liège : TRES intéressante vidéo qui date de 1945 qui m'a beaucoup aidé, on y voit la préparation du "charbon animal" et à la fin observez les EPI du trempeur



Trempeur Anglais  Armurier  A.A. Brown


Et un intéressant article dans lequel David Mc Kay Brown , celui qu’on voit dans la vidéo au dessus explique les grands principes du colour case hardening :
http://www.aabrownandsons.com/assets/files/FieldCH.pdf

Site américain avec divers exemples de jaspage : Regardez leurfaçon de brider les pièces pour éviter les déformations
https://lohmangunsmith.com/color-case-hardening/#


Midway USA a aussi un joli film : Il a construit un système d’ouverture du creuset très ingénieux :
https://www.youtube.com/watch?v=sFWLQeTCJ4s


Mike Dubber gravant un colt « jaspé » : Il explique que ce n'est pas le jaspage à l'ancienne dont la dureté ne permettrait pas de graver ainsi la surface cémentée

https://www.youtube.com/watch?v=kEvpeE2KPFM

Et pour finir la petite vidéo sur laquelle j'ai compilé une partie de mes essais . C'est promis la prochaine fois je remplace les babouches par des chaussures de sécurité

Encore un sujet merveilleux sur cette belle technique du "Case Hardening"; merci 1000 fois !

très bel exposé Jean.
Comment chauffes-tu ton creuset?

OK, j'avais posé la question avant d'attaquer la vidéo

Merci Closdelif et Freebird ravi que ce sujet vous plaise.

Pour fabriquer le charbon animal et ensuite chauffer le creuset , j'ai utilisé le même four à propane qu'un copain qui fait des fontes de bronze m'a prêté. ça fait une espèce de vortex autour du creuset et avec la puissante turbine ça monterait allégrement à plus de 900° D'ailleurs heureusement que j'ai fait pas mal d'essais avant car au début j'avais des pièces qui se soudaient sur les points de contact avec le creuset.
Il a fallu que je monte un tehrmocouple à l'intérieur du creuset et que je dose bien le mélange air/gaz pour rester en dessous de 900°

Là mon creuset était un peu juste dans la hauteur, les plaques de couche se trouvaient à moins de 5cm de la surface du charbon et elles se sont oxydées, la cémentation a fonctionné sur ces zones-là, mais l'acier est resté "blanc" . Il faut vraiment que les pièces soient recouvertes par au moins 5cm cecharbon et qu'elles ne voient pas l'air, d'où les plongées brusques. En regardant les vidéos sur YT je pensais qu'ils le faisaient pour que ça soit "spéctaculaire" devant la caméra....mais non il faut bien passer les pièces directement du fond du creuset au fond du bac de trempe...c'est là qu'on obtient les couleurs les plus contrastées.
C'est en trempant...qu'on devient trempeur et sans reproche

Merci pour ces derniers détails de processus...non que je sois capable d'essayer...mais j'aime bien savoir ! Et ces armes jaspées (pas chimique hein!) m'ont fasciné depuis que je suis petit ! (cf les vieux catalogues de la "Manu")

hello
super sujet Jean c'est passionnant .
mon premier fusil de chasse est un très vieux simplex qui m'a été offert quand j'ai été reçus au certificat d'étude, ce fusil était au grand père et c'était traditionnel chez nous qu'il aille au premier petit fils .
il  a hélas perdu sons Jaspé avec le temps et en plus a l'époque j'en prenais soins et les frottages étaient énergiques
tiens je viens de retrouver ce magnifique livre dans ma bibliothèque ,le connais tu ????

Et oui, nous aurons rêvé enfants devant ces catalogues Manufrance un peu plus vieux ce furent les catalogues de la Redoute, rayon lingérie
Une petite madeleine pour faire plaisir à notre ami Closdelif

Une photo ce matin d'une page du catalogue de la Manu de 1920, il y avait des pages en couleur par-ci par-là et ça leur permettait de montrer le rendu du jaspage comme sur cet IDEAL.
J'ai mis mon couteau du dimanche qui a un manche en titane : J'ai obtenu les colorisations comme expliqué au dessus , par interférence optique, mais ce coup-ci en formant la couche d'oxyde par anodisation. Certains couteliers le font au chalumeau, ça fonctionne aussi.

J'en profite tant que j'avais ce catalogue en main: Je suis en train de refaire des cartouches style Lefaucheux  en cuivre repoussé au tour pour un fusil cal20 . Je voudrais refaire les douilles en carton avec des motifs comme on voit sur la photo. Si quelqu'un possède de vieux bouquins ( qui n'aient pas trop d'intérêt) il y a souvent une page de garde après la couverture avce ce genre de motifs anciens. S'il peut prélever une paire de pages ...ça ferait mon bonheur
https://i.servimg.com/u/f16/17/63/28/64/p1230712.jpg

Saint Etienne semble avoir eu assez tôt des trempeurs comme ceux qu'on voit dans la vidéo de Liège, les exemples de bascules jaspées sur fusils de chasse sont assez nombreux :Ideal, Robust,et même Simplex, comme celui de notre ami Cro Mais en cherchant j'ai trouvé peu d'exemples d'armes de poing jaspées, sauf ce magnifique révolver d'Escoffier sur le site Lefaucheux:Cela semblait être réservé à des armes de luxe , alors qu'aux USA on le voyait couramment sur tous les colts 73 :https://lefaucheuxnet.wordpress.com/2020/12/23/un-9-mm-ta-lefaucheux-escoffier/


@Cromagnon: Merci Denis, je me souviens de ton Simplex. Sais-tu que tu pourrais assez facilement retrouver son jaspage d'origine ? Même si tu l'as briqué et fait disparaître la fine couche qui donnait les marbrures, tu n'as pas enlevé les 1 ou deux dixièmes de métal qui forment la couche cémentée ça veut dire que le carbone est toujours là !!! Tu peux t'en assurer en testant à la lime dans un coin peu visible.
Il suffirait donc de tout démonter, de mettre les pièces  polies dans une boîte de conserve entourés de charbon pilé( pas besoin de charbon animal puisque il n'y a pas à cémenter) et tu chauffes ça à 800° dans ta forge. Là pas besoin de la laisser des heures au feu, dès que c'est chaud à cœur tu trempes brusquement la boîte complète ( attention aux projections ) et ton simplex aura retrouvé les couleurs que lui avait connu ton grand père ...et que tu pourras expliquer à ton petit fils : l'interférence optique et blablabla

Merci !
J'ai toujours quelques vieux catalogues que je ressors parfois...religieusement !

cromagnon 07 a écrit:hello

tiens je viens de retrouver ce magnifique livre dans ma bibliothèque ,le connais tu ????

Si je le connais? tu penses qu'il fait partie de la pile de mes livres de chevet
Si tu regardes bien il y a très peu de fusils qui soient gravés et jaspés . Les anglais laissent le jaspage; alors que la plupart des autres préfèrent polir après la trempe( avec une gomme pour vestes en chamois) cela donne un aspect vieil argent et la gravure ressort mieux.
J'ai gravé 2 ou 3 carabines de chasse et ça me faisait mal au cœur de voir l'armurier faire partir ces belles couleurs quand elles revenaient de St Etienne...mais les clients préfèrent.
Les anglais passent de la laque après le jaspage...ce que j'ai fait aussi sur ceux que je viens de faire.


@Closdelif : Profites-en pour leur faire prendre un peu l'air aujourd'hui... ça fait du bien de faire respirer un peu ces vieux papiers

3008nato a écrit:bravo JEAN  pour ton super travail ...

Merci mon ami Je suis certain que tu dois avoir dans ton antre quelques beaux jaspages anciens qui ont traversé les âges ? Une petite photo peut-être ?

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Voilà déjà un exemple de jaspage tardif sur une Stevens des années 30. Le jaspage des modèles du XIXe de cette même marque présentaient un aspect très différent de strie en travers, mais je n'ai plus en tête l'explication de la manière dont il l'obtenait.

Moins spectaculaire, ma Buffalo Sport de Manufrance (c'est pas du "haut de gamme") :

Wow Freebird,Merci pour la belle photo!
Presque 100 ans et un tel état de fraîcheur  elle est belle , je viens de regarde car je connaissais mal ces carabines et j'en ai trouvé une avec l'effet de zébrures que tu évoques :
https://www.riverjunction.com/z-Sold-Price-Reduced-J-Stevens-A-T-Co-25-20-single-shot-rifle_p_3347.html
 
Je serais curieux de connaître  leur procédé pour  obtenir ces motifs ? Ils avaient certainement utilisé des "masques" , des fins traits d'argile sur l'acier ? Les couteliers le font parfois pour faire des trempes sélectives et faire ressortit ce qu'on appelle la ligne de trempe...Encore des essais à faire lors de mes prochaines tentatives

C'était un effet recherché, ils étaient forts en jaspage ces américains .  Sur ce modèle ancien dont les couleurs disparaissent il reste ensuite une magnifique patine. Elle a une belle lunette en  prime:
https://www.icollector.com/Stevens-Model-44-1-2-English-Model-Target-Rifle_i23665990

En tous cas c'est beau ces zébrures tout en étant plus discret que les vagues obtenues avec les jaspages modernes  dans des bains de sels de cyanure. Le  rendu de ces jaspages modernes se différencie bien de ceux au charbon animal :

Joel , merci de nous gratifier de cette petite merveille . Elle est neuve! c'est incroyable la chance que vous avez de posséder des armes aussi bien conservées...je suis jaloux .

J'adore les Buffalo, j'en ai restauré une il y a quelques mois , mais j'avais bronzé la culasse qui était loin d'avoir la fraîcheur de la tienne. J’avais bien trouvé des traces de jaspage ancien dessous , mais à l'époque je n'avais osé entreprendre l'opération..


Félicitations pour ce bel exemple des jaspages de la Manu

Le vendeur m'avait dit que son père l'avait achetée neuve dans les années 50/60 et ne l'avait quasiment pas utilisée.

Jean, tu as trouvé un parfait exemple de ce jaspage Stevens primitif, très spécifique. Je vais essayer de retrouver les explications sur son obtention.
La carabine que j'ai présentée est effectivement à l'état quasi neuf, avec des instruments de visée qui valent plus cher que la carabine (mais le vendeur ne savait pas, du tout, ce qu'il vendait. Mais comme c'était un Allemand, il n'y a pas péché ) Elle est présentée en détail sur le forum.

Joel, ta carabine est dans un sacré bel état. J'ai remarqué qu'en général les jaspages sur les armes européennes étaient plus "discret" que sur les américaines. Closdelif possède un très bel exemple de jaspage Winchester également. Quand il nous lira

Oui, tout cela est absolument magnifique....et tellement nostalgique.
J'ai effectivement la chance d'avoir une ancienne Winchester ayant gardé un peu de sa couleur originelle:

Je reviens sur la photo de Stevens que Jean a trouvé pour illustrer la différences entre les époques.

Après vérification auprès de camarades collectionneurs de Stevens, le motif de vague était obtenu par un autre mode de cémentation: les pièces étaient chauffées dans un bain de sels de cyanure, et le motif de vague lui-même était obtenu par une agitation mécanique de la pièce.

Voilà une opération que nous éviterons d'essayer

Merci Jean pour cet excellent article. Je n'avais que quelques vagues notions sur le jaspage, dont je retenais surtout qu'il n'était pas à la portée d'un amateur, en dépit des recettes parfois farfelues citées sur les forums.
Cet article est tip top pour comprendre le procédé...

freebird a écrit:  J'ai remarqué qu'en général les jaspages sur les armes européennes étaient plus "discret" que sur les américaines.  

Tout d'abord, merci messieurs pour vos photos de jaspages anciens, c'est ce que j'esperais et ça permet de vérifier qu'il y avait bien différents "styles"  et une certaine recherche du côté esthétique surtout chez les constructeurs américains.
Les techniques pour faire des zébrures avec des sels de cyanure qu'évoque Freebird chez Stevens, montrent qu'ils recherchaient à avoir un aspect différent de la concurrence.

Le boîtier de la Winchester deClosdelif est intéressant aussi pour illustrer leur quête d'obtenir un rendu original.( quelle belle arme  au fait, félicitations Closdelif!)
Bien que la photo en lumière artificielle ne soit pas idéale pour voir la vraie couleur, il me semble distinguer du rouge , ce qui voudrait dire qu'ils ont obtenu une couche d'oxyde assez épaisse lors de la trempe : Ils jouaient  sur le pouvoir oxydant du bain de trempe, en rajoutant quelques ingrédients "secrets "  . J'ai entendu parler d'urine, d'ammoniac, de permanganate ...j'ai l’impression qu'il y avait autant de recettes que de manufacturiers.

J'ai testé l'urine ( je parviens encore à viser le bac de trempe quand il fait froid malgré que je tire avec un canon court ) l'ammoniac aussi, mais je n'ai pas vu grande différence lors des essais.
Ce que je peux dire à coup sûr c'est que l'aspect bleu et très sombre de la carabine de Joël est dû à une exposition très longue à l'air juste avant la trempe. Cela assombrit l'acier et atténue les nuances des marbrures .
Mais l'aspect  est beau tout de même  sur ces Buffalos , des couleurs et des goûts...  

@Corto Maltèse: Merci Corto  
Je voulais montrer que la méthode ancienne est accessible à l'amateur. D'accord il faut un peu  de matos et un four conséquent , mais pour des petites pièces de moins de 10cm, j'ai fait des essais dans des boîtes de conserve avec charbon pilé + poudre d'os ( engrais de jardinerie) et ça FONCTIONNE TRÈS BIEN . Et cela évite la phase calcination de la corne, os etc qui est la plus gênante pour le voisinage à cause des odeurs .
Si vous avez une petite forge, un sac de charbon de bois est suffisant pour chauffer au rouge la boîte et l'y maintenir au moins 30 minutes. La méthode marche aussi pour cémenter , si vous vous moquez de la couleur :  Vous attachez un fil de fer aux pièces et vous les tirez hors de la boîte et hop dans le bac... pas besoin de faire la plongée brusque! les pièces seront très sombres mais TRES dures.

Ce qui n'est pas à notre portée c'est les méthodes "modernes" qui emploient des cyanures et autres, nocifs à respirer et hautement polluants : le jaspage traditionnel OUI, l'eau ferrugineuse ou autres porduits chimiques pour jasper...NON  

Bonjour.
Y-a-t-il une différence entre le noir animal,le charbon d'os et le charbon actif ?
Cordialement.

B'in c'est très très intéressant!
Moi, je ferais pas, mais c'est passionnant!

Ce qui est intéressant, c'est comment on joint l'agréable (effets optiques) à l'utile (traitement thermiques. Développés à une époque ou la production des aciers n'était pas ce qu'elle est de nos jours! )


Je remarque que question sécu/EPI, seul l'ouvrier Belge est dans les clous!

Le moindre geste peut entraîner un patatra!
Avec une telle masse/volume à haute température, c'est l'incendie &/ou brûlures graves assurées!
(rien que les projections lors du contact matières brûlantes/eau! )
.... p'i l'boulot est vite salopé!