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Posté par Isabelle le Jeudi 25/12/2014 à 00:00
Le fer, allié de la pierre dès la conception des cathédrales gothiques
En datant par carbone 14 les pièces métalliques retrouvées dans les cathédrales gothiques, une équipe interdisciplinaire vient de démontrer, pour la première fois, par une datation absolue, que le fer était introduit en renfort de la pierre dès l'étape de construction. Cette étude, fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La...) d'une collaboration entre le Laboratoire archéomatériaux et prévision de l'altération (CNRS/CEA), le Laboratoire de mesure du carbone 14 (Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.) (CNRS/CEA/IRD/IRSN/ministère de la Culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de...) et de la Communication) et l'équipe Histoire des pouvoirs, savoirs et sociétés de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre...) 8, éclaire d'un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) nouveau la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à...) technique et les intentions des bâtisseurs de cathédrales. Elle est publiée dans le numéro de janvier 2015 de la revue Journal of Archaeological Science. Cette méthode innovante pourrait renouveler la compréhension des bâtiments médiévaux, en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent...), comme la Sainte-Chapelle (La Sainte-Chapelle est une chapelle qui fut édifiée sur l’île de la Cité, à Paris, à la demande de Saint Louis...) mais également en Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la...), tels les temples d'Angkor.


Tirants en acier entre les arcs-boutants de la cathédrale (Une cathédrale est, à l'origine, une église chrétienne où se trouve le siège de l'évêque (la cathèdre) ayant en charge un diocèse. Toutefois, il existe aujourd'hui des cathédrales sans...) de Beauvais.
© P. Dillmann

L'architecture gothique (L'architecture gothique (ou francigenum opus) fut un style architectural de la seconde partie du Moyen Âge en Europe occidentale.), qui a fleuri à partir du milieu du XIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut être l'âge du...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) de Paris, intègre des quantités importantes de renforts en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou...) ou en acier, mis en évidence par les recherches historiques et archéologiques. Mais les cathédrales sont des bâtiments vivants, qui ont vu se succéder au fil des siècles des chantiers à des fins de modification, de réparation et de conservation. Aussi, si certains indices architecturaux et technologiques ont pu laisser penser que le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux sont un...) faisait partie de la conception initiale, la date de son intégration faisait toujours débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions divergentes pour...). Jusqu'à ce qu'une équipe interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de chercheurs français réussisse, pour la première fois, à dater de manière fiable par le radiocarbone, le fer des cathédrales. En croisant leurs compétences (en archéologie, histoire, sciences des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...)...), ils viennent d'apporter la preuve que les renforts métalliques ont été pensés dès l'origine comme un complément à la pierre.

Les chercheurs sont parvenus à ce résultat en mesurant la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) 143, présent à l'état de trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma...) dans le métal. En effet, en Europe, jusqu'au Moyen Age, le minerai est réduit en métal dans des fourneaux utilisant du charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois de manière contrôlée en l'absence d'oxygène. Le procédé permet de retirer du bois, son humidité et toute matière végétale volatile afin de ne laisser que le...), dont une partie du carbone diffuse et se retrouve piégée dans le métal (sous forme de lamelles de carbures de fer). Ainsi, on peut extraire ce carbone du métal, dater l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un tronc...) qui a servi à obtenir le charbon, et estimer l'âge du métal. La méthode paraît simple, mais elle n'avait encore jamais été mise en oeuvre de manière fiable, car les métaux ferreux archéologiques sont des matériaux très complexes, contenant du carbone de plusieurs sources. Il a été nécessaire de mettre au point (Graphie) avec le Laboratoire de mesure du carbone 14 une approche d'extraction du carbone qui soit adaptée au matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée...). Ce qui a également fait le succès de cette étude, c'est l'expertise des métallographes du Laboratoire archéomatériaux et prévision de l'altération, qui, en collaboration avec des collègues archéologues et historiens du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), étudient depuis une dizaine d'années la structure, les procédés de fabrication et l'utilisation des métaux dans les cathédrales gothiques.


Analyse métallographique (sous microscope) d'un acier archéologique riche en carbures.
La zone gris foncé sur le pourtour correspond à de la rouille, le blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on...) à des carbures. Ils recouvrent une zone où fer et carbures sont mélangés (d'où l'effet irisé).
© S. Bauvais

En croisant la datation au carbone 14 avec des indices archéologiques, l'équipe de chercheurs a abouti à une chronologie fine (à quelques années près) de l'intégration des éléments métalliques dans les cathédrales de Beauvais et de Bourges. Ainsi, ces travaux montrent, pour la première fois de manière absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante...), que des éléments métalliques ont été utilisés en cours de construction, comme à Bourges, ou même pensés dès la conception des édifices, comme à Beauvais.

A Beauvais, plusieurs des tirants métalliques qui soutiennent les arcs-boutants portent des graffitis du XVIIIe siècle, ce qui laissait penser que le métal pouvait être un ajout tardif. Mais certaines pièces se sont avérées dater du début de la construction, vers 1225-1240, suggérant que pour réussir à édifier le plus haut choeur gothique au monde (Le mot monde peut désigner :) (46,3 mètres), le fer a été pensé comme un allié de la pierre dès sa conception. Dans le choeur de la cathédrale de Bourges, plus ancien (1195-1214), un chaînage métallique entourant le choeur s'est révélé contemporain de la construction. Cependant, il contourne un groupe de colonnes alors qu'il passe sous certaines autres, ce qui montre qu'il n'a sans doute pas été pensé dès l'origine mais intégré en cours de chantier. Cette analyse confirme que les chantiers de cathédrales étaient de véritables laboratoires où les bâtisseurs, issus de plusieurs corps de métiers, testaient des techniques de construction pour réussir ces défis architecturaux.

Cette approche de datation absolue ouvre la voie à un renouvellement des connaissances autour des chantiers de construction médiévaux. L'équipe de chercheurs va prochainement réaliser des prélèvements sur la Sainte-Chapelle et s'intéresse aussi à la datation des temples et au commerce du fer dans l'Empire khmer.

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Source: CNRS-INSU