L’énorme effort scientifique pour étudier les cendres de Notre-Dame

L’incendie de la cathédrale de Paris l’an dernier a choqué le monde entier. Aujourd’hui, les chercheurs profitent de cette occasion sans précédent pour en étudier les entrailles.

L’incendie qui a détruit de grandes parties de l’emblématique cathédrale Notre-Dame de Paris en avril dernier a été une tragédie nationale. Aujourd’hui, des mois plus tard, des scientifiques du CNRS se sont lancés dans un effort de plusieurs millions d’euros pour étudier ce bâtiment vieux de 850 ans et ses matériaux dans le but d’éclairer la façon dont il a été construit. Grâce à un accès sans précédent au tissu de la cathédrale – y compris le bois, la métallurgie et les fondations du bâtiment – à la suite de l’incendie, les scientifiques espèrent également que leurs travaux leur permettront d’obtenir des informations pour aider à la restauration.

Ces recherches pourraient « écrire une nouvelle page de l’histoire de Notre-Dame, car il existe actuellement de nombreuses zones d’ombre », estime Yves Gallet, historien de l’architecture gothique à l’Université de Bordeaux-Montaigne, qui dirige une équipe de 30 chercheurs qui étudient la maçonnerie.

La construction de la cathédrale, considérée comme l’un des plus beaux exemples du style gothique français, a commencé au XIIe siècle. La structure a été modifiée au Moyen Âge et largement restaurée au XIXe siècle par l’architecte Eugène Viollet-Le-Duc. Mais elle a fait l’objet de recherches scientifiques étonnamment peu nombreuses, par rapport à d’autres monuments gothiques en France et ailleurs, indique Martine Regert, archéologue biomoléculaire au CEPAM du CNRS à Nice, qui est l’un des chefs de file du projet Notre-Dame. De nombreuses questions subsistent sur la structure, notamment sur les sections médiévales et sur la réutilisation par Viollet-Le-Duc de certains matériaux anciens, précise Martine Regert.

L’incendie du 15 avril, probablement causé par une panne électrique, a détruit le toit et la flèche de la cathédrale, et a provoqué l’effondrement d’une partie de son plafond voûté. Les murs sont encore debout et le bâtiment sera finalement restauré – même si cela prendra probablement plus de temps que les cinq années ambitieuses initialement prévues, et devrait coûter des centaines de millions d’euros.

Mais d’ici là, l’intérieur du bâtiment contient des tas de débris : des pierres tombées, du bois brûlé et des objets métalliques endommagés, tous désormais disponibles pour une étude scientifique. L’absence de touristes pourrait aussi permettre d’utiliser l’imagerie radar pour sonder les fondations, qui ont été peu étudiées. Même certaines parties de la structure qui étaient largement intactes sont maintenant plus accessibles pour l’inspection, explique Philippe Dillmann, spécialiste des objets métalliques historiques au Laboratoire d’archéomatériaux et de prévision des altérations du CNRS à Gif-sur-Yvette, qui coordonne le projet avec Regert.

Recherches architecturales

Le projet du CNRS s’articulera autour de sept thèmes : maçonnerie, bois, métallurgie, verre, acoustique, collecte de données numériques et anthropologie. Au total, l’effort concernera plus de 100 chercheurs dans 25 laboratoires et durera 6 ans.

L’équipe de Gallet étudiera les pierres de Notre-Dame pour identifier les carrières qui les ont fournies et  » reconstruire les réseaux d’approvisionnement et l’économie du site « . L’étude du mortier utilisé pour lier les pierres entre elles pourrait révéler comment différentes compositions ont été utilisées pour les divers éléments structurels – voûtes, murs et contreforts. Le mortier utilisait de la chaux préparée à partir de calcaire sédimentaire, qui pourrait contenir des vestiges fossiles pouvant révéler son origine. Une meilleure connaissance des matériaux historiques pourrait éclairer les choix faits en matière de restauration, dit Gallet.

L’équipe analysera également les faiblesses de la structure restante causées par les températures élevées de l’incendie, la chute de la maçonnerie et l’eau utilisée pour éteindre les flammes. Les dommages causés aux pierres ont été aggravés en juillet dernier par les vagues de chaleur extrêmes à Paris, qui ont  » brutalement séché  » et affaibli la maçonnerie, explique M. Gallet. Une étude radar permettra de déterminer la solidité des fondations avant que les restaurateurs n’érigent un échafaudage dans la croisée entre la nef et le transept pour leur permettre de démanteler les vestiges instables de la flèche du XIXe siècle.

Et avec l’aide d’historiens, l’équipe de Gallet espère mieux comprendre l’ingénierie structurelle de l’architecture gothique dans son ensemble, et la place de Notre-Dame dans cette histoire.

Des cendres

Pendant ce temps, une équipe d’une cinquantaine de personnes se concentrera sur les célèbres boiseries de Notre-Dame – en particulier la  » forêt  » de bois dans le comble au-dessus des voûtes – qui ont brûlé ou sont carbonisées dans la nef. Ces vestiges noircis pourraient être d’une grande valeur pour les chercheurs.

 » La structure brûlée constitue un gigantesque laboratoire d’archéologie « , explique Alexa Dufraisse, archéologue au Muséum national d’histoire naturelle de Paris, qui dirigera l’équipe pluridisciplinaire du bois. Le groupe comprendra des archéologues, des historiens, des dendrochronologues, des biogéochimistes, des climatologues, des menuisiers, des forestiers et des ingénieurs spécialisés dans la mécanique du bois.

 » Le bois est une source d’information extraordinaire « , dit Regert. Les premières observations ont confirmé que la « forêt » est faite de chêne, mais les études permettront de déterminer les espèces exactes utilisées et de donner aux chercheurs des indices sur les techniques et les outils de construction médiévale en bois.

La datation des poutres de bois par des anneaux pourrait révéler l’année et l’endroit où les arbres ont été abattus, comblant ainsi les lacunes dans les connaissances sur le déroulement de la construction.  » Chaque arbre enregistre dans ses tissus l’environnement dans lequel il a poussé « , explique M. Dufraisse. Ce genre d’étude  » n’aurait jamais pu être mené sans la destruction de la structure par le feu « , dit-elle.

En particulier, dit Regert, le bois est une archive climatique.  » Les analyses isotopiques de l’oxygène et du carbone dans les anneaux permettent de déterminer la température et les précipitations au fil du temps « , dit-elle. Les arbres utilisés à Notre-Dame ont poussé entre le XIe et le XIIIe siècle, pendant une période chaude connue sous le nom d’optimum climatique médiéval, offrant une période de référence pour le réchauffement climatique naturel à comparer avec le réchauffement anthropique actuel.  » Cette période est mal connue car les bois de cette époque sont rares « , dit Dufraisse.

Métal et maçonnerie

Une équipe distincte étudiera la métallurgie de la cathédrale – en particulier celle qui sert de support à la pierre et à la menuiserie.  » Nous voulons comprendre l’utilisation des armatures en fer dans les différentes phases de construction et de restauration « , explique l’archéologue Maxime L’Héritier de l’Université Paris 8, qui dirigera l’étude. Les tiges métalliques, par exemple, étaient utilisées pour soutenir des sections de maçonnerie sous tension, et les bâtisseurs médiévaux inséraient parfois des chaînes de fer dans la maçonnerie pour la renforcer. L’Héritier dit qu’il n’y a jamais eu auparavant d’étude sur l’évolution de l’utilisation du fer dans la construction des cathédrales sur une aussi longue période, du Moyen Âge au XIXe siècle.

Son équipe étudiera également le plomb du toit – dont une grande partie a été endommagée ou a fondu dans l’incendie. Les chercheurs visent à élaborer un ensemble de données chimiques de référence qui enregistre les rapports des isotopes du plomb et la présence d’éléments traces dans le matériau,  » pour comprendre l’évolution de la qualité et de l’approvisionnement en plomb  » – par exemple, pour identifier les mines d’où provient le métal. Le groupe veut également étudier la quantité de plomb recyclé lors de la restauration de la toiture au XIXe siècle. Ces résultats pourraient aussi permettre aux chercheurs de déterminer la quantité de plomb que le feu a libérée dans l’environnement – un danger potentiel pour la santé des personnes vivant à proximité.

Accès à tous les secteurs ?

La collecte et l’excavation des matériaux pour l’analyse représentent un défi. Il y a trois piles principales de débris – dans la nef, le croisement et le transept nord – ainsi que des matériaux encore sur les voûtes restantes. Mais pour des raisons de sécurité, les gens n’ont pas le droit d’y accéder, explique M. Dillmann, et ce sont donc des robots et des drones qui doivent s’occuper de la collecte. Une partie de ce matériel pourrait éventuellement être réutilisée pour la restauration.

 » Le premier défi consiste à collecter tous les éléments en bois, quel que soit leur niveau de carbonisation « , dit Dillmann. Jusqu’à présent, dit-il, près de 1 000 fragments ont été recueillis et étiquetés – mais le travail ne fait que commencer. M. Dufraisse indique que ce bois ne sera pas accessible aux chercheurs avant au moins trois mois, car il est actuellement trop contaminé par le plomb. Les chercheurs devront calibrer la façon dont les signatures chimiques du bois ont été modifiées par les températures élevées du feu.  » Je sais que nous allons être confrontés à des problèmes techniques, mais je reste confiant « , dit M. Dufraisse.

La collecte et l’analyse devront être documentées de façon précise et approfondie. Livio de Luca, spécialiste de la cartographie numérique de l’architecture, à l’Unité mixte de recherche du CNRS à Marseille, dirigera une équipe dédiée à la création d’un «  écosystème numérique  » qui synthétisera à la fois les recherches scientifiques et l’état actuel et antérieur de la cathédrale, en s’appuyant sur les travaux de scientifiques, d’historiens, d’archéologues, d’ingénieurs et de conservateurs – et peut-être même sur d’anciennes photos touristiques de la structure.

Ce sera comme un « jumeau numérique » de la cathédrale, capable d’évoluer au fur et à mesure des études », dit de Luca. Il comprendra des modèles en ligne pour la visualisation 3D du bâtiment et de ses attributs – une sorte de Google Earth pour Notre-Dame, créé à partir de milliards de points de données, avec l’histoire et l’évolution de la structure superposée sur la carte spatiale.

En plus d’approfondir notre compréhension de ce bâtiment monumental, Regert espère que les études scientifiques seront utiles lorsque ses voûtes ravagées se relèveront. Les résultats, dit-elle, pourraient « éclairer les choix que la société devra faire pour la restauration ». Elle espère aussi qu’ils pourraient contribuer à empêcher qu’un accident aussi catastrophique ne se reproduise.

Via Nature

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