• Comprendre la construction médiévale : l’étude archéologique

    Andreas Hartmann-Virnich

    L’archéologie ne s’occupe pas uniquement des vestiges du passé conservés au sous-sol : elle étudie tout objet qui témoigne de l’activité ancienne de l’homme, de son cadre de vie et des conditions de son temps. Un monument tel que la cathédrale Notre-Dame de Paris est en soi une formidable archive qui conserve les traces de son histoire depuis ses origines : savoir lire et interpréter ces traces laissées par l’activité des bâtisseurs et des restaurateurs d’antan est la tâche qui incombe aux archéologues et à leurs nombreux partenaires scientifiques qui participent à l’analyse et à la datation des matériaux, mais aussi à la restitution de l’environnement dont ils proviennent. C’est entre autres pour cette raison que la perte de la charpente de Notre-Dame est tragique car ses chênes gardaient l’empreinte du climat qui avait régné pendant les siècles de leur croissance. En amont et au cours de l’étude archéologique, un relevé des structures, à l’échelle du pierre-à-pierre, est indispensable pour cartographier, cataloguer et enregistrer toutes les observations dont la description analytique, le dessin, la photographie ou le scan, souvent toutes ces opérations combinées, révèlent le sens. Le scanner et la photogrammétrie 3D permettent de réaliser une copie virtuelle de l’objet et d’en saisir la géométrie, les irrégularités et les points faibles structurels susceptibles de renseigner sur l’évolution du bâti de sa création à nos jours. L’image très concrète et vivante qui résulte d’une telle analyse est aussi un excellent sujet de communication auprès du grand public qui aime faire l’expérience du passé par le voyage dans le temps que l’archéologie leur offre.

     

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    Mise en ligne le 28 avril 2019

  • Faire parler les pierres

    Yves Gallet

    Pourquoi conserver précieusement les « débris », les « gravats », les « décombres » de Notre-Dame ? Que peut-on apprendre d’une pierre ? Une multitude de choses, répondent les scientifiques.
    Une pierre renseigne d’abord, par sa nature, sur les matériaux utilisés lors de la construction. L’examen permet même, dans le cas des calcaires de la région parisienne, d’identifier précisément les couches et les bancs exploités, voire la zone d’extraction. Muni de ces informations, l’historien peut comprendre les lieux et aussi les circuits d’approvisionnement, et tenter d’appréhender l’économie du chantier.
    Ensuite, si, tombée avec un morceau de voûte, elle ne s’est pas écrasée au sol, cette pierre peut également informer l’historien de l’architecture sur la manière dont elle a été taillée, sur les différents outils qui ont été utilisés (bretture, gradine, laie, etc.), donc sur la culture technique des tailleurs de pierre, parfois aussi sur les orientations esthétiques des bâtisseurs et des maîtres d’ouvrage. Et comme ces outils, de même que l’esthétique, ont évolué avec le temps, l’étude du parement peut concourir à la datation d’une maçonnerie.
    Une pierre peut également renseigner sur les aspects matériels et logistiques du chantier. Des traces des instruments de levage (trous de louve, trous de griffe…) permettent de reconstituer l’équipement et les modes opératoires. Des cavités ou des encoches encore parfois gainées de plomb peuvent renseigner sur l’emploi de goujons, d’agrafes, de crampons en fer.
    Certaines pierres peuvent porter des « signes lapidaires » qui livrent de précieuses informations sur l’organisation des chantiers. Des marques dites « de tâcherons », d’abord, même si l’on ne sait pas toujours si elles correspondent à des signatures individuelles ou à des marques d’équipe, ou si elles doivent être lues comme un signe de fierté du tailleur de pierre ou bien comme une attestation d’un travail fait, à l’intention du payeur du chantier. Des marques destinées à guider la pose, ensuite : lit d’attente, lit de pose, numéros d’ordre, lignes légèrement incisées qui indiquent les axes de la construction aux maçons chargés de mettre en œuvre les pierres préparées par les tailleurs, etc.
    Enfin, l’épiderme des pierres peut également être interrogé : des traces résiduelles de polychromie, des stratigraphies d’enduits peuvent ainsi être mises en évidence, et guider les choix de la restauration.
    A l’aide des techniques et des compétences adaptées, un œil averti peut donc faire parler ces « débris » – disons plutôt ces « archéomatériaux ». C’est la raison pour laquelle les gravats qui gisent sur le sol de la cathédrale de Paris doivent impérativement être récupérés et mis à l’abri, en prévision d’une étude scientifique approfondie.

     

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    Mise en ligne le 22 avril 2019

  • Identifier les parties réellement médiévales des vitraux

    Ajouter et réorganiser les éléments que vous désirez.

    Comme à la Sainte-Chapelle, la restauration de Notre-Dame par Viollet-le-Duc puis Lassus conduisit à recréer ce qui avait été détruit antérieurement. Dans un souci d’homogénéité, les parties détruites des vitraux ont été comblées en mélangeant nouveaux verres et verres « médiévaux » pris dans des parties préservées, eux-mêmes étant remplacés par des répliques. Les vitraux de Notre-Dame, en particulier des rosaces ont été significativement refaits en 1737 et de 1844 à 1864 et il est probable que la même procédure ait été utilisée. A la Sainte-Chapelle, une analyse spectroscopique de plusieurs panneaux a montré que les estimations visuelles des années 1950 étaient peu fiables. La chaleur ayant sans doute déformé les plombs, dégradé la tenue mécanique et l’étanchéité de certains panneaux, un contrôle (un nettoyage et des réparations ?) sont nécessaires. L’accès aux vitraux doit être mis à profit pour leur analyse sur site afin d’identifier les parties réellement médiévales des restaurations des XVIIIe et XIXe siècles et ainsi apporter une meilleure connaissance des vitraux et les informations requises pour la conservation au mieux des parties médiévales.


    Références

    « La Sainte-Chapelle au Laser », La Recherche, 398[Mai] (2006) portfolio pp.68-73.

    Ph. Colomban, A. Tournié, « On-site Raman Identification and Dating of Ancient/Modern Stained Glasses at the Sainte-Chapelle », Paris, J. Cultural Heritage, 8[3] (2007) 242-256.

     

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    Mise en ligne le 24 avril 2019

  • Analyser à une large échelle les matériaux constitutifs d’un monument

    Philippe Walter

    Les méthodes d’analyse des monuments et des œuvres d’art ont considérablement évolué ces dernières années car l’analyse des matériaux anciens bénéficie des avancées techniques de nombreux domaines et d’un intérêt croissant de la communauté scientifique. Aujourd’hui, la constitution d’un dossier d’analyse chimique et d’imagerie scientifique est une étape souvent réalisée avant une restauration ou lors de l’étude d’une œuvre. Il est possible de distinguer deux familles d’instruments employés dans ce cadre :
    - les instruments qui conduisent à une analyse chimique ponctuelle, c’est à dire d’une zone choisie comme représentative d’une matière qui constitue l’œuvre. De grandes avancées ont permis la conception d’instruments portables et faciles à mettre en œuvre sur tous les terrains d’étude : du musée à la grotte ornée, en passant par une tombe égyptienne. Les rayons X et les lumières visible et infrarouge sont les plus fréquemment employées pour l’analyse des matériaux du patrimoine.
    - les instruments qui permettent un diagnostic à une plus large échelle de la complexité des matières qui constitue l’objet d’étude. Les méthodes précédentes peuvent être robotisées pour créer des images chimiques. Les durées de mesures sont alors relativement longues, sauf pour l’imagerie hyperspectrale qui consiste à acquérir des informations spatiales et spectrales sur un objet à l’aide de caméras spécialisées que l’on déplace rapidement : à chaque pixel de l’image, un spectre de réflectance de la lumière (pourcentage de lumière réfléchie en fonction de la longueur d’onde de la lumière incidente) est mesuré de manière continue dans une gamme de longueurs d’onde pouvant couvrir l’ultraviolet, la lumière visible et l’infrarouge.
    Utilisée tout d’abord pour la télédétection, notamment en agronomie, en géologie et en astronomie, l’imagerie hyperspectrale a récemment trouvé des applications dans de nombreux domaines du Patrimoine. Pour la peinture et les manuscrits, elle est développée pour identifier la nature des pigments et des liants, la dégradation des couleurs, la présence de dessins préparatoires et de peintures sous-jacentes. Elle permet aussi par exemple de cartographier les roches de l’Ile de Pâques et, sur des monuments, d’identifier la nature des matériaux employés et les composés de dégradations. Une de ces techniques d’imagerie hyperspectrale couvrant le domaine de l'infrarouge court (Short-Wave Infrared ou SWIR, entre 1000 et 2500 nm) est très adaptée pour la détermination des pierres et des constituants des mortiers en permettant de cartographier les présences de calcite, gypse, argiles et de nombreux composés de dégradations ainsi que d’estimer l’eau retenue. Cette approche a été récemment proposée par des équipes de l’Université de Florence et de l’Institut de conservation et de valorisation du Patrimoine de Milan (Suzuki et al., 2018) pour aider aux choix de restauration et enregistrer les traitements de conservation plus anciens.


    Référence :

    Laurence de Viguerie, Matthias Alfeld et Philippe Walter, La lumière pour une imagerie chimique des peintures, Reflets phys. N°47-48 (2016) 106-111 – lien direct : https://www.refletsdelaphysique.fr/articles/refdp/pdf/2016/01/refdp201647-48p106.pdf

     

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    Mise en ligne le 24 avril 2019

  • Evaluer in situ la résistance des pierres après l'incendie

    Alain Tabbagh

    Les pierres utilisées dans les monuments de la région parisienne construits aux époques médiévale et moderne sont le plus souvent d’âge tertiaire et proviennent de carrières localisées à Paris même ou dans le centre du bassin parisien (Hauts-de-Seine, Val de Marne, Val d'Oise, Oise, Aisne). Comme toutes les roches sédimentaires, ces pierres sont des agrégats, en l’occurrence de grains de calcite, la rigidité mécanique entre les grains étant le plus souvent assurée par un ciment de calcite et par de petites plaquettes d’argile. La résistance mécanique de ces pierres est ainsi dépendante en partie de la présence d’argile toujours associée à une baisse de la résistivité électrique et à une hausse de la permittivité diélectrique.

    La mesure de ces deux propriétés peut être exécutée rapidement in situ sur tout le volume de chaque pierre comme cela a été fait à Saint-Denis, à Saint-Sulpice, à la Sainte Chapelle et sur plusieurs églises parisiennes pour identifier les origines des pierres et les choix des bâtisseurs en relation avec les efforts à supporter. Dans le cas de Notre-Dame, de telles mesures devraient permettre d’identifier les pierres dont les propriétés mécaniques ont été altérées par le chauffage résultant de l’incendie.

     

    Bibliographie :

    Souffaché B., Kessouri P., Blanc P., Thiesson J., Tabbagh A., 2016. First investigations of in situ electrical properties of limestone blocks of ancient monuments. Archaeometry, 58-5, p. 705-721

     

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    Mise en ligne le 29 avril 2019

  • Comment estimer la température atteinte par les matériaux lors de l’incendie ?

    Jean-Christophe Mindeguia

    La charpente de Notre-Dame n’est pas un élément indispensable à la stabilité mécanique d’ensemble de la Cathédrale (exceptés les deux pignons Nord et Sud des transepts qui ont été à juste titre renforcés depuis l’incendie par des étaiements en bois). Malgré tout, il est absolument nécessaire de se poser la question de la stabilité résiduelle de la Cathédrale suite à l’incendie car le feu a bien évidemment laissé des traces, potentiellement irréversibles, sur la structure environnante (nous ne parlons pas ici des parties de la voûte déjà effondrées). Un feu ne crée pas d’actions mécaniques sur une structure, comme peut le faire le vent ou un séisme par exemple, mais le transfert de chaleur aux matériaux engendre une détérioration de leurs propriétés mécaniques, qui peut bouleverser la stabilité existante de la structure. Simuler un incendie, d’autant plus quand il est de l’ampleur de celui de Notre-Dame, repose sur un cadre physique très complexe ; des modèles de propagation du feu existent, ils sont utilisés au quotidien pour améliorer la sécurité incendie de nos ouvrages, mais ils ne permettront pas d’avoir précisément les niveaux de température atteints localement sur différentes parties sensibles de la structure. Il appartient dès lors aux experts d’estimer les gammes de température atteintes dans les matériaux.

    Plusieurs méthodes existent permettant de donner des ordres de grandeur des températures atteintes dans les matériaux impactés par un feu. Bien évidemment, ces méthodes ne sont pas les mêmes en fonction du matériau étudié car elles reposent sur la connaissance a priori des différentes transformations physico-chimiques qui ont lieu dans le matériau en fonction du niveau de température. Ces transformations physico-chimiques vont engendrer une modification de plusieurs propriétés du matériau et c’est par la mesure de ces propriétés qu’il est possible d’estimer le niveau de température atteint. L’analyse est améliorée par la mesure des mêmes propriétés sur des matériaux dont on peut assurer qu’ils n’ont pas été impactés par le feu. Prenons l’exemple du calcaire, principal composant des pierres de la Cathédrale. Lorsqu’il est chauffé, le calcaire va progressivement se déshydrater, changer de couleur, connaitre des modifications microstructurales, et possiblement se décarbonater (pour des températures supérieures à environ 800 °C). Le graphique ci-dessus est par exemple la réponse ATD (Analyse Thermo-Différentielle) de plusieurs roches. Nous distinguons pour le calcaire (limestone) un pic après 800 °C correspondant à la décarbonatation. Si le même essai est réalisé sur un échantillon déjà chauffé, ce pic réapparaîtra si le matériau n’a pas atteint 800 °C ; en revanche, le pic n'apparaîtra pas si le matériau a déjà été chauffé à 800 °C. D’autres mesures existent pour conforter les premières conclusions (microscopie, diffractométrie rayons X, thermoluminescence…).

    Le changement de couleur du calcaire est également un bon indicateur de la température atteinte. La photo ci-dessus montre plusieurs échantillons de calcaire chauffés à différentes températures. Nous observons bien un changement progressif de couleur de la pierre, visible à l’œil nu et ne nécessitant pas d’appareil de mesure spécifique, si ce n’est un appareil photo. Toutefois, le recours à la colorimétrie peut être compromis si le matériau est recouvert de suies par exemple.

    La connaissance de la température atteinte par les matériaux doit permettre de se prononcer sur les caractéristiques résiduelles des matériaux. Soit en se basant sur des données bibliographiques, et/ou en réalisant (en labo) des essais mécaniques à hautes températures sur des échantillons de matériaux non impactés par le feu et prélevés in-situ.

    Par ailleurs, il apparait très important de réaliser une expertise mécanique à l’échelle de la structure, ou d’une partie de structure. En effet, les pierres calcaires, comme une majorité de matériaux de la construction, se dilatent lors d’une chauffe. Si une pierre isolée de toute structure (mur, voûte…) est chauffée, sa dilatation n’entrainera pas de contraintes mécaniques importantes. Cependant, si cette pierre fait partie d’un ensemble structurel « pierre-joint-pierre-joint… », sa dilatation thermique aura une influence mécanique sur toute la structure ; d’autant plus si ses voisines n’ont pas été chauffées de la même façon. L’expert devra donc prendre du recul afin de ne pas avoir une seule pierre dans son champ de vision.

     

    Références :

    Brodard, A., Guibert, P., Lévêque, F., Mathé, V., Carozza, L., Burens, A., 2012. Thermal characterization of ancient hearths from the cave of Les Fraux (Dordogne, France) by thermoluminescence and magnetic susceptibility measurements. Quaternary Geochronology 10, 353–358. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2012.04.013

    Lacanette, D., Mindeguia, J.-C., Brodard, A., Ferrier, C., Guibert, P., Leblanc, J.-C., Malaurent, P., Sirieix, C., 2017. Simulation of an experimental fire in an underground limestone quarry for the study of Paleolithic fires. International Journal of Thermal Sciences 120, 1–18. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2017.05.021

    LCPC, 2005. Présentation des techniques de diagnostic de l’état d’un béton soumis à un incendie - Méthodes d’essai n°62, IFSTTAR. ed, Techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées.

     

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    Mise en ligne le 8 mai 2019