Dans le cadre du Chantier CNRS Notre-Dame, des groupes de travail se sont constitués, en lien avec le Ministère de la culture, sur la pierre, le métal, le bois, le verre et les données numériques. 

Trois vidéos sont consultables en bas de page de cet article. 

Voici, à titre d'exemples, quelques-unes des questions que les chercheurs proposent d'instruire :

• Quelles températures les différents matériaux de la cathédrale ont-ils subies lors de l'incendie ?
• Des renforts métalliques datant du Moyen-Âge sont-ils encore présents dans la cathédrale ?
• Quelle est la nature exacte des mortiers et quand ont-ils été réalisés ?
• Quelles informations historiques, physiques et climatiques la « forêt » de la charpente renferme-t-elle encore ?
• Quel est l'impact de l'incendie sur l'environnement ?

Expertiser les matériaux endommagés pour la restauration

L'heure est encore aux mesures d'urgence. Il faut notamment inventorier les éléments endommagés selon des protocoles rigoureux afin de ne perdre aucune information utile à la restauration. Quand les laboratoires du Ministère de la Culture auront achevé ce travail, sans doute pas avant 2020, de nombreuses recherches pourront être proposées à partir de matériaux épargnés par l'incendie ou partiellement altérés : pierre, mortier, bois, plomb, fer, verre.

L'analyse des pierres soumises à des chaleurs intenses permettrait de mieux comprendre les processus d'altération et de définir un référentiel des impacts thermiques. Les bois calcinés de la charpente recèlent sans doute encore des informations historiques : les chercheurs pourraient en effet les dater, identifier les essences, reconstituer les gestes techniques des charpentiers, voire même extraire des informations sur la gestion forestière en Île-de-France. Le fer, le plomb et les mortiers pourraient également être analysés ou datés. Leur provenance pourrait être identifiée dans certains cas, via les signatures chimiques ou isotopiques.

Evaluer l'impact environnemental de l'incendie de Notre-Dame

Notre-Dame contenait près de trois cents tonnes de plomb, principalement dans les couvertures de la nef et de la flèche. Ce métal est aussi présent dans les vitraux et entre les pierres. Avant même l'incendie, des chercheurs du LSCE souhaitaient identifier la contribution potentielle de Notre-Dame au marquage au plomb de l'environnement parisien. La composition isotopique de ce métal permet en effet de distinguer par exemple le plomb contenu dans l'essence (avant qu'il ne soit totalement interdit en 2000) et celui des réseaux d'adduction d'eau de l'époque haussmannienne. Aussi, pour aller plus loin, les scientifiques avaient-ils demandé des échantillons de plomb de couverture de Notre-Dame. Ils devront encore patienter un peu…

Ils travaillent sur deux familles d'archives naturelles renfermant du plomb sur des échelles de temps différentes. Les carottes sédimentaires prélevées dans la Seine permettent de remonter jusqu'à un siècle tandis que les concrétions calcaires de cavités du sous-sol parisien offrent un panorama plus large, sur plusieurs centaines d'années, qui permet de retracer l'impact du bâti sur la qualité environnementale. Les chercheurs espèrent même retrouver la trace du chantier de construction de Notre-Dame ainsi que celle de ses rénovations successives.

Forts de leur expérience, ils proposent une approche globale de l'impact de l'incendie. Pour cela, il leur faudrait pouvoir analyser les teneurs en certains éléments « traces » ou les compositions isotopiques du plomb ou du strontium dans des sédiments de la Seine ou des concrétions calcaires souterraines. Une tâche qui n'est pas si simple car il faut s'assurer que ces archives environnementales ont été exposées aux retombées de l'incendie, bref qu'elles sont des témoins « fiables ». La question de la pertinence des échantillons ne se pose pas en revanche pour les prélèvements atmosphériques effectués dans la capitale dans les jours qui ont suivi l'incendie.

Mieux connaître le climat francilien des 11^e-13^e siècles

En même temps, la destruction malheureuse des bois de la charpente de Notre-Dame offre une occasion unique d'accéder à des données sur le climat en Île-de-France, au Moyen-Âge classique. Les chênes de la charpente ont vraisemblablement grandi au cours des 11^e-13^e siècles, marqués par un climat exceptionnellement favorable. Or cette période, qui a cependant connu aussi des famines, est mal documentée en raison de la rareté des bois. Les poutres carbonisées de Notre-Dame pourraient combler cette lacune, moyennant une adaptation de la technique utilisée sur des bois sains. Celle-ci est fondée sur l'analyse isotopique de l'oxygène (δ¹⁸O) et du carbone (δ¹³C) de la cellulose préalablement extraite du bois. La carbonisation peut altérer ces isotopies et fausser l'interprétation des mesures. L'étude de bois partiellement calcinés de Notre-Dame permettrait d'effectuer cette correction et de faire progresser l'étude des charbons de bois pour la reconstitution du climat et pour l'archéologie.

Notre-Dame, future référence pour la communauté du carbone 14 ?

Une autre analyse isotopique pratiquée au LSCE appliquée au bois – la datation par la mesure du carbone 14 – pourrait aider à retracer l'histoire de la construction et de la restauration de l'édifice et des œuvres qu'il renferme. Un instrument de dernière génération permet en effet des analyses quasiment non destructives à partir d'échantillons ne contenant que quelques microgrammes de carbone, soit une tête d'épingle dans le cas du bois.

Les scientifiques souhaitent également effectuer des mesures de ¹⁴C, cerne à cerne, des bois du Moyen-Âge car cette période souffre d'incertitudes dans la correspondance taux de ¹⁴C – chronologie (calibration). Cet enregistrement améliorerait la précision de la conversion des âges radiocarbone en années calendaires pour cette époque.

Dater le fer par le carbone 14

À noter que le Laboratoire de mesure du carbone 14 du LSCE, en association étroite avec le Laboratoire archéo-matériaux et prévision de l'altération de l'Iramis (UMR Nimbe) et d'autre laboratoires du CNRS spécialistes des métaux anciens (dont l'Institut de recherche sur les archéomatériaux) ont été pionniers dans la datation de structures en fer de cathédrales : chaînages « ceinturant » la partie haute de la nef, tirants reliant des contreforts à la nef, etc. Dans son principe, la datation du fer par la mesure du ¹⁴C n'est possible que jusqu'au 19^e siècle, avant que le charbon de bois ne soit remplacé par du charbon de mine dans le procédé de fabrication. Il est cependant nécessaire de procéder à une analyse métallographique approfondie, notamment pour identifier les zones les plus riches en carbone, où il est possible de prélever. Les chercheurs ont ainsi montré qu'à Beauvais et Bourges, le fer a été intégré dès la première conception du bâti.

De plus, les analyses des fers anciens permettent de :

• progresser dans la compréhension de la corrosion à long terme du métal,
• reconstituer les procédés métallurgiques employés,
• identifier le minerai d'origine du fer,
• révéler des échanges commerciaux parfois distants.