Avant le bombardement de 1944, la cathédrale présente un ensemble vitré assez disparate et contrasté : le chevet roman est garni de vitraux du XIXe siècle dans le goût néo-cistercien et la petite rose centrale reprend le thème des signes du zodiaque autour du monogramme du Christ ; la crypte est pourvue de vitraux losangés vert ; la haute nef est vitrée de verrerie géométrique en bâtons rompus dans des teintes vert bouteille et marronnasse ; les chapelles comportent des verres losangés au sud dans des tonalités similaires et quelques vestiges de vitraux du XVIe siècle ornent ici et là des chapelles au nord ; le chœur gothique comporte en partie haute un réseau de quadrilobes présentant des saynètes colorées dans le goût du XIVe siècle ; enfin, les fenêtres des chapelles sont ornées de larges frises géométriques enchâssant en partie haute le monogramme de saint Cyr et sainte Julitte.
Lors de la reconstruction, la question des vitraux s'est posée dès le début des années 1960.[réf. souhaitée] Il était inconcevable de restituer les vitraux disparus hormis ceux illustrant la vie de sainte Bernadette, isolées dans leur petite chapelle et pour laquelle une dévotion reste très marquée. En raison du faible intérêt de tenter la recréation des vitraux à l’identique, le choix de la création contemporaine est fait.
Après plusieurs projets, la trame finalement retenue a consisté à répartir l’édifice entre plusieurs artistes contemporains reconnus. Le but recherché était de créer une émulation artistique entre les différents plasticiens.[réf. souhaitée] Cette démarche a été quelque peu handicapée par la durée du chantier, un peu plus de trente ans, et la démission de Markus Lüpertz initialement prévu pour les baies des chapelles du chœur gothique et remplacé au pied levé par l’artiste déjà en charge du transept roman : Jean-Michel Alberola.
Les vitraux actuels sont signés de Jean-Michel Alberola, Claude Viallat, Gottfried Honegger, Raoul Ubac, François Rouan.
Deux bas reliefs sculptés ont fait la renommée de la cathédrale avant la Seconde Guerre mondiale : le retable de la Vierge et celui de saint Jean-Baptiste, tous deux dans deux chapelles contigu au nord :
Ces deux retables, édifiées au-dessus d’autels et tous deux encadrés de feuillages sculptés ont été dégradés à la Révolution et démontés suite au bombardement de 1944. Les fragments du retable de la Vierge sont présentés depuis 2000 dans le musée lapidaire aménagé au 1er étage de la tour. Le second, dont les éléments sont répertoriés et conservés dans une chapelle du chœur, devrait être reposé dans les prochaines années.
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