Faire parler le bois de Notre-Dame

Tous les chercheurs qui travailleront sur les débris de Notre-Dame espèrent que la cathédrale sera reconstruite à l’identique car, disent-ils, elle a résisté 800 ans et était dans un état de conservation exceptionnel, seul le feu ayant eu raison d’elle. Aucune construction actuelle ne peut garantir une telle longévité, soulignent-ils.
Photo: Philippe Lopez Agence France-Presse Tous les chercheurs qui travailleront sur les débris de Notre-Dame espèrent que la cathédrale sera reconstruite à l’identique car, disent-ils, elle a résisté 800 ans et était dans un état de conservation exceptionnel, seul le feu ayant eu raison d’elle. Aucune construction actuelle ne peut garantir une telle longévité, soulignent-ils.

Le 15 avril 2019, la cathédrale Notre-Dame de Paris était ravagée par un incendie qui a consumé une grande partie de sa charpente en bois et qui a conduit à l’effondrement des toitures de la nef et du transept. Depuis cette tragédie, des spécialistes ont recueilli parmi les décombres épars près de 4000 fragments plus ou moins calcinés de cette charpente médiévale huit fois centenaire, une véritable mine d’informations pour les chercheurs.

Des poutres calcinées uniquement en périphérie aux petits bouts de bois carbonisés quasiment jusqu’au coeur : rien n’est jeté. Catherine Lavier, spécialiste d’archéologie du bois au Centre de recherche et de restauration des musées de France, récolte les moindres vestiges de la charpente qui jonchent le sol de la cathédrale et les répertorie. Ces fragments constituent pour les chercheurs un matériau inestimable qui leur était inaccessible jusqu’à l’incendie. Ils les informeront notamment sur le mode d’assemblage de la charpente, le type d’arbres utilisés pour sa construction, leur origine, voire même sur le climat de l’époque. Un consortium d’une cinquantaine de spécialistes du bois de domaines très variés s’affairera à retracer l’histoire de la construction de cette charpente médiévale.

Dans un premier temps, on procédera à la datation des pièces de bois par une analyse dendrochronologique qui consiste à examiner les cernes des arbres ayant servi à façonner les poutres. Cette analyse permettra de déterminer l’âge auquel les arbres ont été abattus, qui correspond à leur nombre de cernes puisqu’un arbre pousse d’un cerne par an.

Étant donné la grosseur des poutres composant les charpentes des autres cathédrales gothiques de France et leur nombre de cernes, l’archéologue des charpentes, Frédéric Épaud qui a étudié les charpentes des cathédrales de Rouen, de Bayeux, de Lisieux, de Poitiers, de Tours et de Bourges, émet déjà l’hypothèse que des arbres jeunes, de 70 ans environ et non pas tricentenaires comme on l’a entendu dans la foulée de l’incendie, ont été utilisés pour construire la charpente de Notre-Dame de Paris.

Photo: Rafael Yaghobzadeh Agence France-Presse L’intensité de carbonisation qu’ont subie les fragments de bois recueillis sera mesurée à l’aide d’un spectromètre de Raman.

Mais l’analyse des cernes peut nous révéler beaucoup plus. « Un arbre est un enregistreur de tout ce qui se passe autour de lui. En mesurant la largeur des cernes sur des séries de 50 cernes, on va se rendre compte qu’il y a des annéescaractéristiques qui peuvent être desannées extrêmement stressantes, ou au contraire des années très fastes. Et en repérant ces cernes caractéristiques sur des référentiels [de cernes] remontant jusqu’à 5000 voire 8000 avant Jésus-Christ, on sera capable de dater un arbre, soit de dire que ce chêne-là a été abattu à telle date », explique la coordonnatrice du groupe de travail au ministère de la Culture / CNRS Bois et charpente de Notre-Dame, Alexa Dufraisse.

La date d’abattage de l’arbre ne nous donne toutefois pas sa date d’utilisation, fait-elle remarquer. « A priori, au Moyen Âge, le bois était utilisé dans les six mois suivant l’abattage, mais ce n’est pas toujours le cas. Une spécialiste des insectes étudiera les traces d’insectes sur le bois, et pourra ainsi dire si le bois a été stocké en forêt ou pas, parce que les insectes de la forêt ne sont pas les mêmes que ceux des charpentes. On aura ainsi un premier indice. Mais il est tout à fait possible que les bois de la charpente de Notre-Dame n’aient pas été attaqués, auquel cas la date d’utilisation de ces bois sera du coup extrêmement proche de la date d’abattage. »

Trois charpentes

Au terme de cette datation, les chercheurs distingueront fort probablement des bois d’au moins trois époques différentes, car le choeur de Notre-Dame qui date de 1160 a vu sa charpente d’origine — qui était l’une des toutes premières charpentes gothiques érigée en France — être remaniée en 1220 avec notamment des bois provenant de la charpente antérieure datant de 1160. La charpente de la nef qui est plus sophistiquée est quant à elle un peu plus tardive, ayant été assemblée dans les années 1230, fait remarquer Frédéric Épaud, chargé de recherche au laboratoire Cités, territoires, environnement et sociétés, à Tours.

Climat de l’époque

L’étude des cernes des bois permettra aussi de mieux caractériser le climat de l’époque qui correspond à l’optimum climatique médiéval, une période de réchauffement climatique qui ressemble un peu à la nôtre. Pour ce faire, on mesurera au niveau de chaque cerne les teneurs en oxygène 18 (18O) et en carbone 13 (13C), deux isotopes stables qui ne disparaissent pas avec le temps, et qui dépendent respectivement de la température et des précipitations. En se référant aux courbes de calibration qui permettent de faire une relation entre la quantité d’18O et les températures, et celle de 13C et les précipitations, on pourra préciser les variations climatiques pendant cet optimum climatique médiéval.

« Ces informations nous permettront de comparer avec ce qui se passe aujourd’hui en terme de fréquence des épisodes de canicules, par exemple. On aura ainsi beaucoup plus d’éléments pour prédire le climat parce qu’on aura une meilleure idée de l’évolution naturelle du climat et conséquemment de la part des activités humaines dans le réchauffement », fait remarquer Mme Dufraisse.

Origine des arbres

Le bois enregistre non seulement la composition de l’atmosphère, mais également la composition du sol dans lequel il pousse. Pour cette raison, les chercheurs étudieront les teneurs des cernes en potassium et en calcium qui peuvent être assez caractéristiques du sol, ainsi qu’en isotopes de strontium qui s’avèrent de très bons indicateurs de l’endroit où a poussé l’arbre. La largeur des cernes peut également donner un signal régional, affirme Mme Dufraisse avant de préciser qu’« une fois qu’on aura une idée du signal régional, on ira faire des prélèvements de sol partout où ce sera des hypothèses de travail. Puis, l’analyse de la composition chimique des bois permettra de les relier aux zones qu’on aura échantillonnées, et de retracer l’endroit où ces chênes ont poussé ».

« Le scénario le plus simple serait que les arbres venaient du bassin parisien qui était proche de Paris. Mais en réalité, on n’en sait absolument rien. On a plein d’exemples qui montrent que le bois pouvait venir de 200, voire 300 km, et qu’il était amené sur le site par flottage », ajoute la scientifique.

Effet de la carbonisation

Sachant que la largeur des cernes des arbres, ainsi que leur composition élémentaire et en isotopes varient en fonction de l’intensité de la carbonisation, Alexa Dufraisse, qui est chargée de recherche au CNRS dans le laboratoire Archéozoologie, archéobotanique : sociétés, pratiques et environnements, s’appliquera à mesurer l’intensité de carbonisation qu’ont subi les fragments de bois recueillis à l’aide d’un spectromètre de Raman.

Parallèlement, la spécialiste de la dendro-anthracologie, discipline qui vise à étudier les bois carbonisés en contexte archéologique, élaborera des courbes de référence en brûlant des morceaux de bois [dont elle connaît les caractéristiques] à plusieurs températures différentes (à 200°, 400°, 600°, 800°), pendant plusieurs durées différentes, ce qui lui permettra de voir dans quelle mesure la largeur des cernes et leur composition chimique, sont conservées. Et si elles sont modifiées, comment il faudra les corriger en fonction de l’intensité de carbonisation subie par l’échantillon.

Sylviculture

Le fait de pouvoir étudier les poutres qui auront survécu à l’incendie sur toute leur longueur permettra d’en savoir plus sur le mode de sylviculture pratiquée à l’époque et sur la densité des peuplements forestiers, poursuit la chercheuse.

On procédera à « des analyses de noeuds, qui correspondent à des départs de branches, et qui sont un indicateur de la densité des forêts. Si vous êtes dans une forêt très dense, les arbres auront très peu de branches sur leur tronc, par contre, ils en auront beaucoup au sommet. À l’inverse, un arbre isolé qui a poussé dans un champ aura des branches très grosses dès le bas du tronc. Ces informations vont nous servir à caractériser le milieu forestier, dans lequel les arbres ont été exploités », explique Mme Dufraisse.

Les études sur la charpente de la cathédrale de Bourges nous ont montré qu’on utilisait des arbres très élancés, très hauts (14 m de hauteur) et fins (25 cm de diamètre) qui ont poussé dans des forêts très denses, où ils devaient chercher la lumière très vite en hauteur en raison de la compétition entre les individus. Cela démontre qu’il « y avait une sylviculture, une gestion des forêts qui permettait d’avoir des bois qui étaient parfaitement adaptés aux constructions gothiques », souligne Frédéric Épaud.

On étudiera aussi les traces laissées par les charpentiers qui ont façonné ces poutres afin de savoir quel type d’assemblage ils ont privilégié et quels outils ils ont employés.

Les historiens, comme M. Épaud, ont découvert dans les autres cathédrales gothiques de France que les charpentiers du Moyen Âge utilisaient des arbres entiers qu’ils équarrissaient simplement à la hache et qu’ils assemblaient directement à l’état vert. Le bois était récolté en principe en hiver et mis en oeuvre l’été suivant.

« Si vous mettez un bois vert en place dans une charpente, il va sécher en fonction des contraintes qu’il va subir et, il sera donc beaucoup plus adapté. C’est ce qui explique aussi que les charpentes construites en bois vert durent aussi longtemps », souligne Mme Dufraisse.

« Cette façon de faire est pourtant en totale contradiction avec tout ce qu’on fait aujourd’hui, car on exige que les bois soient séchés avant de les utiliser », renchérit Bernard Thibaut, directeur de recherche émérite au CNRS affecté au Laboratoire de mécanique et génie civil à l’Université de Montpellier.

Même si on savait scier au Moyen-Âge, les charpentiers de l’époque préféraient équarrir les arbres à la hache, car cette technique préservait le fil du bois et permettait ainsi d’obtenir des poutres plus résistantes que celles usinées à la scie, poursuit-il.

Tous les chercheurs qui travailleront sur les débris de Notre-Dame espèrent que la cathédrale sera reconstruite à l’identique car, disent-ils, elle a résisté 800 ans et dans un état de conservation exceptionnel, seul le feu a eu raison d’elle. Aucune construction actuelle ne peut garantir une telle longévité, soulignent-ils.