La science gothique

Finesse et rareté des murs, grandes baies ouvertes … Les cathédrales gothiques, construites à partir du XIIème siècle, semblent flotter dans l'air. Solides et imposantes par leurs volumes, elles sont totalement différentes de celles construites avant. Les architectes de ces temps anciens, sans le vouloir réellement, ont bâti des édifices en utilisant des principes physiques théorisés cinq siècles plus tard !

La cathédrale Saint Julien du Mans est l'un des joyaux de l'architecture gothique. Photo © DR

A cette époque, les architectes au service de l'Eglise ont pour ordre de construire des édifices baignés de lumière, car on considére qu'elle incarne Dieu. Les cathédrales reflètent alors l'image de la "Jérusalem céleste" et invitent à l'élévation spirituelle des fidèles chrétiens.
De plus, elles sont la preuve concrète du pouvoir de Dieu et de celui de l'Eglise.

La science est donc un moyen pour atteindre ce but et non l'origine de cette révolution architecturale. La nouvelle demande est simple : il faut beaucoup plus de lumière et de hauteur, mais la réalisation bien plus difficile.

Les problèmes passés à régler

L'arc en plein-cintre est un arc en demi-cercle. Base de l'architecture romane, il empêche l'élévation haute des murs et l'ouverture de vastes baies. Photo © DR

Avant le XIIème siècle, les églises catholiques sont sombres et basses, car les architectes ne parviennent pas à faire autrement, en raison des forces et des poussées qui régissent une construction.

Globalement, ils construisent des murs très épais et assez peu élevés pour qu'ils supportent le poids des voûtes. Pour cela, ils les renforcent souvent par de lourds contreforts extérieurs.
Les arcs en plein-cintre, arcs en demi-cercle, caractéristiques de l'époque précédente, l'époque romane, reportent le poids des voûtes sur les côtés, donc sur les murs, c'est pourquoi ils ont intérêt à être épais ! Et ouvrir un espace pour y installer un grand vitrail est impossible avec cette configuration, car cela fragiliserait les murs et l'édifice s'écroulerait sous le poids du plafond.

Les nouvelles solutions, la compréhension des forces

Les deux grandes innovations gothiques vont être l'arc brisé et la croisée d'ogive.
Pour oublier les murs trop épais, il faut trouver une nouvelle façon de penser les arcs, car ce sont eux qui transfèrent le poids des voûtes et des étages.

De gauche à droite : Arc brisé et arc-boutant. Photo © DR

L'arc brisé, formé de deux demi-cercles juxtaposés, va résoudre en partie le problème. Il est constitué de trois points capables de soutenir le poids des étages, poids qu'il ne relaye plus latéralement mais verticalement, vers le sol.

Combiné à la croisée d'ogive, ensemble que forment les nervures diagonales qui soutiennent les voûtes, il va permettre la suppression de nombreux murs qui vont être remplacés par des piliers. En effet, les ogives, gros cordons de pierre, vont supporter le poids des voûtes et l'amener jusqu' au sommet du pilier.
Maintenant que le transfert des forces se fait de haut en bas, il est possible d'alléger la structure. Mais pour bien anticiper quel pilier va supporter le poids de telle voûte, il est impératif de concevoir d'abord les étages avant le rez-de-chaussée.

De gauche à droite : Croisée d'ogives et vitrail de la cathédrale de reims. Photo © DR

Comme les murs ne sont plus réellement porteurs, on peut les construire très haut et surtout y percer de nombreuses ouvertures, pour y placer des vitraux et remplir l'édifice de lumière.
Pour renforcer la solidité, les architectes ont eu la bonne idée de placer à l'extérieur des arcs boutants. Ils ont pour rôle de maintenir la base des murs extérieurs et de soulager la charge que les murs portent seuls.

Quand on se trouve aux pieds d'une cathédrale gothique, on est bien loin de s'imaginer que le poids et la force de chaque élément ont été évalué correctement pour assurer équilibre et solidité. Mais il est aussi surprenant d'imaginer que tous les concepts physiques utilisés dans l'architecture gothique, au XIIème siècle, n'ont été théorisés qu'à partir du XVIème siècle seulement.

En savoir plus : Sortir : Visite de la Sainte-Chapelle