Notre-Dame a été la première cathédrale à utiliser du fer dans sa construction | Science

La cathédrale Notre-Dame de Paris était le plus haut bâtiment de son temps. Dévasté par un incendie en avril 2019, l’incendie de l’emblématique seo a révélé l’un de ses secrets : l’utilisation du fer dans sa construction. Les maîtres tailleurs de pierre qui l’ont construit au XIIe siècle ont utilisé des milliers de grosses agrafes métalliques qui ont aidé à soutenir une structure aussi haute composée de gros blocs de pierre sans qu’elle ne s’effondre. La datation du métal indique que le métal était déjà utilisé au début de la construction. Plus tard, de grands édifices, en particulier des cathédrales gothiques, ont introduit l’innovation de Notre-Dame dans leurs murs.

Un groupe de scientifiques spécialisés dans ce qu’on appelle l’archéométallurgie a eu l’occasion d’étudier de près les agrafes de Notre-Dame. Ils n’ont été autorisés à en analyser qu’une dizaine, certains détachés à cause de l’incendie. Mais l’incendie en a laissé des dizaines visibles dans les gradins (le deuxième niveau de la cathédrale) et bien d’autres depuis les hauts murs. Maxime L’Héritierhistorien médiéval de l’université de Paris 8 et spécialiste de l’histoire de la construction, raconte qu’en comptant les visibles et les accessibles, ils en comptaient 280. maçonnerie de la corniche en damier, ce serait quelques milliers d’agrafes au total.

“En incluant ceux qui ne pouvaient pas être vus sur les niveaux ou encastrés dans la maçonnerie de la corniche en damier, ce serait quelques milliers d’agrafes.”

Maxime L’Héritier, historien médiéval de l’université de Paris 8

La fonte du fer moderne n’est apparue qu’au XIXe siècle, mais depuis l’Antiquité, le charbon de bois a presque toujours été utilisé dans les fours pour travailler et forger le fer des épées, des armures, des charrues et des ustensiles ménagers. Dans ce processus, une partie du carbone du charbon interagit avec le métal, donnant naissance à ce qui, des siècles plus tard, serait de l’acier. L’Héritier et ses collègues ont profité de ce processus appelé carburation pour appliquer la technique de datation au radiocarbone aux agrafes. Tel que publié dans la revue scientifique PLoS ONE, ceux des tribuns datent d’environ 1160 et il en existe d’autres plusieurs décennies plus tard. L’évêque de Paris, Maurice de Sully, a commencé les travaux en 1163, donc les dates correspondent. La cathédrale était presque terminée un siècle plus tard, mais ce n’est qu’en 1345 qu’elle fut achevée.

La présence de ces agrafes déjà dans les phases initiales de construction révèle, pour L’Héritier, la pertinence du fer à la base des cathédrales gothiques. “Divers matériaux métalliques (fer ou bronze) étaient déjà occasionnellement utilisés dans les temples ou théâtres antiques”, reconnaît l’historien français. Par exemple, le Colisée de Rome a des agrafes métalliques. « Cependant, le type de construction est très différent, avec d’énormes blocs de pierre sans mortier. Les agrafes n’étaient utilisées qu’à des fins de construction (pour maintenir les blocs de pierre alignés). Dans Notre Dame et d’autres églises gothiques, la hauteur et l’élancement des constructions sont recherchés. Tous les matériaux de construction et éléments architecturaux jouent donc un rôle dynamique dans la recherche de stabilité. Ainsi, l’utilisation d’agrafes pour joindre certains des blocs de pierre qui ont probablement été soumis à des forces extrêmes est vraiment innovante », explique-t-il dans un e-mail.

Les tailleurs de pierre et les architectes qui ont élevé la cathédrale à une hauteur de 32 mètres dans la nef centrale et de 69 mètres dans les deux tours ont utilisé les agrafes pour pouvoir l’élever si haut. « Le fer fournit différents types de renforts. Il semble que dans bien des cas, il ait un rôle important pour la phase de construction, lorsque le bâtiment n’est pas complètement soutenu et chargé », explique L’Héritier. Les agrafes ne sont pas comme on les imagine (voir photo). Ce sont des barres de fer pesant jusqu’à un mètre et quatre kilogrammes, qui reliaient deux blocs ensemble. Dans la cathédrale parisienne, ils ont été retrouvés dans les pierres des murs supérieurs, des tribunes et du chœur, ce qui n’exclut pas qu’ils aient également été utilisés à l’étage inférieur. “Notre Dame semble être la première église gothique à utiliser ces éléments en fer”, ajoute le scientifique français.

Il faudra attendre le XIIIe siècle pour que les autres grandes cathédrales françaises, comme celles de Reims ou de Chartres, utilisent également le fer, à l’instar de la cathédrale de Paris. Dès le XIVe siècle, des cathédrales comme celle de Prague ou celle de Milan utilisaient le fer. Il apparaît également dans les édifices non religieux, comme les palais pontificaux à Rome ou le château de Vincennes, château des rois de France, reflet de leur puissance naissante. Mais les temps semblent avoir changé et le métal, caché dans Notre-Dame, se montre déjà, les parties en fer des bâtiments étant visibles.

L’analyse détaillée des agrafes apporte à la fois de nouvelles certitudes et incertitudes. Dans sa composition, en plus du fer, on trouve en petites quantités une dizaine de matériaux (cérium, europium, niobium…). Le rapport différent des éléments a permis aux chercheurs de s’assurer que le matériau avec lequel les agrafes ont été fabriquées provenait d’au moins six parties différentes de l’Europe.

Quant au mystère, “avant nos analyses, nous nous attendions à ce que ces agrafes de 3 à 4 kg aient été fabriquées à partir d’une seule pièce, car la production de fer à l’époque médiévale pouvait facilement produire une telle quantité de fer en une seule pièce”. cependant, les soudures montrent que presque tous les clips ont été forgés par assemblage de plusieurs pièces », précise L’Héritier. Mais ils ne savent pas pourquoi. Cela pourrait être le signe d’une récupération et d’un recyclage d’un matériau qui n’était pas bon marché et abordable à l’époque, “mais il nous semble étrange qu’une construction aussi riche que celle de Notre-Dame utilise exclusivement du fer recyclé”, rappelle l’historien français. Et il ajoute : “Nous n’avons pas encore précisé cela, mais nous poursuivons nos analyses avec de nouveaux jeux d’agrafes qui sont retirés lors de la restauration et nous cherchons à savoir d’où vient le fer.”

“Les bâtisseurs ont dû utiliser le fer pour essayer de réduire les mouvements des pierres, pour lui donner de la stabilité”

Rocío Maira Vidal, chercheuse à l’Institut d’histoire du Centre des sciences humaines et sociales (CSIC)

Pour Rocío Maira Vidal, chercheuse à l’Institut d’histoire du Centre des sciences humaines et sociales (CSIC), “les bâtisseurs ont dû utiliser du fer pour essayer de réduire les mouvements des pierres, pour lui donner de la stabilité”. C’était comme une action préventive, “s’il y avait des fissures ou des déplacements, ça leur donnait un faux sentiment de sécurité, de stabilité”, ajoute l’architecte, qui a publié un livre en 2021 sur les coûts des constructions médiévales. Ce que Vidal nie, c’est qu’ils ont utilisé du fer pour maintenir “la structure pendant qu’ils construisaient la cathédrale”.

Vidal se souvient que le fer avait et a un problème, qu’il rouille. Et lorsque le fer rouille, dans un processus accéléré par l’eau présente dans le mortier utilisé pour le fixer à la roche, il éclate tout ce qui l’entoure, l’emprisonnant, comme on peut le voir dans de nombreuses constructions côtières pauvres. Vidal est convaincu que les architectes de Notre-Dame le savaient. Le restaurateur du patrimoine mentionne également les cas de l’abbaye de Westminster, où les rois anglais ont été couronnés pendant des siècles, et de la Sainte Chapelle à Paris, toutes deux construites des décennies après Notre-Dame : toutes deux ont dû être restaurées. L’abbaye se fait enlever tous ses tasseaux métalliques au siècle suivant.

Mais à Notre-Dame, “la plupart des agrafes des hauts murs sont réutilisées dans la restauration en cours”, précise L’Héritier. Ils ne doivent donc pas être très rouillés. Les problèmes de corrosion du fer étaient peut-être connus, mais la cathédrale de Paris semble avoir su les éviter. Comme l’ajoute le scientifique français, l’ajout de plomb aux matériaux en fer ralentit l’oxydation, surtout si une bonne étanchéité est obtenue. “Donc, je ne pense pas que les constructeurs se souciaient de rouiller le fer”, conclut-il.

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