Ze železa a ohně: kovy Notre-Dame v průběhu staletí

Výzkumy provedené v posledních dvaceti letech ukázaly, že gotické katedrály ze XNUMX^e století, as Bourges, Chartres, Rouen nebo Troyes používá železo jako stavební materiál. Velké kostely dvanáctého^e století zůstávají poměrně neznámé.

Požár Notre-Dame de Paris odhalil, že konstrukce katedrály, postavená od 1160. let XNUMX. století, byla rovněž vyztužena četnými železnými rámy. Některé z nich, ukryté v kameni nebo u rámu, byly dosud neznámé.

Metodiky se vyvíjely více než dvacet let a již testováno na desítkách středověkých staveb umožňují zpochybnit konstrukční železa objevená v Notre-Dame, abychom obnovili naše znalosti o této stavbě a starověkých stavebních technikách, ale také o ekonomice železa ve středověku.

Několik desítek železných armatur, poškozených požárem nebo odstraněných při restaurování, lze nyní zkoumat pod okem optických a elektronických mikroskopů. Jedná se jednak o "skoby" realizované ve zdivu, ve stojanech, v monolitických sloupech a v horní části zdí pod páleným rámem, ale také o výztuhy spojené s rámem samotným. (hřebíky různých velikostí, klínové a šroubované tyče), které svědčí o restaurování v průběhu staletí.

Mikrostruktury těchto kovových prvků obsahují část historie Notre-Dame de Paris a jejího místa, které dnes zkoumají archeologové, chemici a archeologové - specialisté na fyzikálně-chemickou analýzu starověkých materiálů, shromážděni v rámci Kovová pracovní skupina du Vědecké místo Notre-Dame.

Jaké kovy pro stavitele katedrál?

První otázka je otázka kvalita kovu používaného staviteli. Jaká rozhodnutí učinili ve středověku a během restaurování? Změnil oheň vlastnosti těchto stavebních žehliček? Pozorování leštěných povrchů pod optickým mikroskopem, po leptání specifickými chemickými činidly, odhalí mikrostrukturu těchto železných slitin, jejich tvarování (záhyby, svary atd.) a posoudí jejich stupeň heterogenity.

Stará železa jsou skutečně často heterogenní v souvislosti s používanými výrobními postupy, zejména nízkými pecemi, které neumožňují výrobu železa v kapalné fázi před polovinou XNUMX. století.^e století. Zejména obsahují různé úrovně uhlíku nebo fosforu (dva hlavní prvky, které se kombinují se železem), tvoří kompozitní materiály mezi železo, měkká ocel a fosforové železo.

Pro zjištění jejich příslušných tvrdostí lze provést zkoušky tvrdosti. Tyto staré žehličky obsahují také mnoho nekovových nečistot, nazývaných "struskové vměstky", což jsou všechna slabá místa ve struktuře materiálu.

Ze vzorků celých předmětů je možné obrábět tahové vzorky, tj. díly standardní výroby a rozměrů, podrobit je mechanickým zkouškám a stanovit fyzikální vlastnosti těchto materiálů (modul pružnosti, pevnost v tahu, prodloužení při přetržení atd.). V Notre-Dame analýzy ukázaly, že středověké železo, podobné tomu, které se používalo v XNUMX^e století, má nižší mechanické vlastnosti než současné slitiny, jako to, co již bylo založeno na jiných středověkých a novověkých památkách.

Nezdá se však, že by oheň změnil mikrostrukturu železa ani jeho již tak omezené mechanické vlastnosti. Tyto informace lze použít pro obnovu a úvahy o opětovném použití těchto materiálů.

Lepší pochopení časové osy výstavby

Druhá otázka se týká chronologie realizovaných posil.

Malá množství uhlíku přítomná v ocelových zónách těchto železných slitin (ocel je slitina železa a uhlíku) poskytují přístup k důležitým datům z hlediska datování. Dnes víme extrahovat ten uhlík, který pochází z uhlí použitého v redukční peci, která vyrobila železo, k provedení datování uhlíkem-14.

Ocelové zóny odhalené metalografickým útokem jsou odstraněny vrtačkou, poté je uhlík extrahován spalováním a regenerován v plynné formě (CO₂) a nakonec redukován na grafit. Hmotnostní spektrometrie s urychlovačem částic (AMS) provedená v LMC14 pak umožňuje stanovit množství zbývajícího uhlíku-14 a porovnat jej s referenční křivky určit stáří materiálu a odvodit období výroby železa.

Tato technika, vyvinutá před méně než deseti lety k datování starých železných slitin, to umožňuje Rozlišujte výztuhy současné konstrukce od těch přidaných a posteriori jako konsolidace.

Například srovnání datování skob umístěných v ochozech chóru (postavených kolem let 1160-1170), skob z pozdější lodi a těch na vrcholu vysokých zdí na počátku XNUMX.^e století, také osvětlí postupné vkládání tohoto materiálu do staveb a zrekonstruuje myšlenky stavitelů, kteří jej používali.

Stejně tak u mnohokrát předělovaného rámu, kde je použito více rámů, datování umožní zvýraznit restaurátorské fáze před XNUMX. stoletím.^e století, dosud zcela neznámé, křížením této informace se studiem dřeva prováděným paralelně.

Odkud pochází železo Notre-Dame?

Třetí otázka se týká provenience těchto materiálů. Kde se tyto tuny železa vyráběly? Jak bylo staveniště zásobováno kovem ve dvanáctém^e století, ve XNUMX^e století a pro následující kampaně; v jakých formách tato železa kolovala ?

Víme, že železo obíhalo ve středověku oběma směry po Seině a mohlo být dodáváno i po souši; mohla být produkována doménami biskupství nebo katedrální kapituly (koleje kanovníků, která měla na starosti správu budovy), a zejména v mnoha doménách nacházejících se v celém současném Île-de-France.

To také není neobvyklé pro několik zdrojů, místních i vzdálenějších, jsou při stavebních kampaních promíchány. Svary pozorované v železné matrici v Notre-Dame naznačují, že každá skoba se skládá z několika částí, jejichž původ může být odlišný. Nečistoty obsažené v těchto železných slitinách umožňují přiblížit se k této otázce oběhu těchto materiálů.

Ve starých výrobních procesech v nízkých pecích, používaných hlavně do konce středověku, železo, vyráběné v pevném stavu, nese ve své matrici malé úlomky strusky (odpad z redukce), nazývané vměstky struska, složení z toho závisí na neredukovaném podílu použité rudy.

Chemická analýza těchto inkluzí, prováděno hmotnostní spektrometrií spojenou s laserovým ablačním modulem, který usnadňuje analýzu objemů o průměru mezi 30 a 100 mikrometry, poskytuje přístup k jejich složení stopových prvků.

Toto složení lze porovnat pomocí statistických nástrojů na makrostrusku odmítnutou metalurgy na výrobních místech.

Souběžně se tedy musí provádět rozsáhlý archeologický průzkum stavět na stávajících zjištěních v regionu, aby bylo možné identifikovat místa strusky, která mohla poskytnout toto železo, a provést analýzy nezbytné k vytvoření těchto srovnání chemických signatur.

Vyšetřování teprve začalo.

Maxime L'Héritier, lektor středověkých dějin, Univerzita Paris 8 – Vincennes Saint-Denis

Tento článek je publikován z Konverzace pod licencí Creative Commons. Čístpůvodní článek.

Obrazový kredit: Shutterstock.com / godongphoto / Katedrála Notre-Dame de Paris po požáru, Francie, 30. června 2019