Réintroduction de la construction de coupoles

L’essoufflement de la croisade des cathédrales à la fin du 14e siècle a entraîné un déclin du style gothique international pratiqué par les maîtres maçons. À cette époque, les nouveaux États-nations d’Europe commencent à concurrencer l’Église en tant que centres de pouvoir. Pour ces nouvelles nations, l’Empire romain était l’État-nation modèle, et il semblait approprié qu’elles utilisent les formes de construction romaines comme symboles de leur pouvoir – en particulier l’arc en plein cintre, la voûte et, surtout, le dôme, suivant l’exemple puissant du Panthéon. De 1350 à 1750, une grande partie de la technologie de construction s’est concentrée sur l’église à coupole, qui s’est développée comme un symbole non seulement de la croyance religieuse mais aussi de la fierté nationale et urbaine. Il y a eu un rejet conscient des formes gothiques en faveur de l’attrait idéologique de Rome. Cette attitude a conduit à une scission entre les processus de conception et de construction et à l’apparition des premiers architectes (un mot dérivé du grec architekton, qui signifie chef artisan), qui concevaient la forme d’un bâtiment, par opposition au constructeur, qui l’exécutait. Le premier bâtiment dans lequel le concepteur et le constructeur sont des personnes distinctes est le Campanile, ou clocher, de la cathédrale de Florence. Le projet a été réalisé par le peintre Giotto et construit par les maçons de la cathédrale de 1334 à 1359.

La cathédrale de Florence elle-même avait été commencée dans le style gothique par Arnolfo di Cambio en 1296. Mais en 1366, la ville de Florence, suivant les conseils de certains peintres et sculpteurs, a décidé que le gothique ne devait plus être utilisé et que tous les nouveaux travaux devaient suivre les formes romaines, y compris un dôme octogonal de 42 mètres (138 pieds) d’envergure à construire à l’extrémité est de la nef. La coupole ne fut pas construite avant le début du 15e siècle, lorsque Filippo Brunelleschi, orfèvre et sculpteur, commença à réaliser des statues pour la cathédrale. Peu à peu, il s’est intéressé à l’édifice lui-même et en a construit quelques petites parties. Vers 1415, il prépara un projet pour le dôme qu’il proposa audacieusement de construire sans l’aide de coffrages, qui avaient été absolument nécessaires dans toutes les constructions romaines et gothiques précédentes. Il construisit un modèle de coupole en brique à l’échelle 1:12 pour démontrer sa méthode ; le projet fut accepté et construit sous sa supervision de 1420 à 1436. Brunelleschi fut donc le premier véritable architecte à concevoir la forme de l’édifice et les méthodes pour l’exécuter et en garantir la performance ; il refusa catégoriquement d’appartenir aux guildes des maçons et des charpentiers. La coupole de Brunelleschi se compose de deux couches, une coupole intérieure couvrant le diamètre et une coque extérieure parallèle destinée à la protéger des intempéries et à lui donner une forme extérieure plus agréable. Les deux dômes sont soutenus par 24 demi-arcs en pierre, ou nervures, de forme circulaire, d’une épaisseur de 2,1 mètres (7 pieds) à la base et se rétrécissant à 1,5 mètres (5 pieds), qui se rejoignent en un anneau de compression ouvert en pierre au sommet. Pour résister à la poussée vers l’extérieur, des anneaux d’attache en pierre maintenus par des crampons métalliques sont disposés horizontalement entre les nervures. Il existe également des anneaux d’ancrage en bois de chêne reliés par des connecteurs métalliques. Les espaces entre les nervures et les anneaux d’ancrage sont couverts par les coquilles intérieure et extérieure, qui sont en pierre sur les premiers 7,1 mètres (23 pieds) et en brique au-dessus. L’ensemble de la structure a été construit sans coffrage, les profils circulaires des nervures et des anneaux étant maintenus par un système de fils de mesure fixés aux centres de courbure. Brunelleschi comprenait manifestement suffisamment le comportement structurel du dôme pour savoir que, s’il était construit en couches horizontales, il serait toujours stable et ne nécessiterait pas de centrage en bois. Il a également conçu des machines en bois élaborées pour déplacer les matériaux de construction nécessaires à la fois verticalement et horizontalement. Ayant pratiquement égalé la portée du Panthéon en pierre, Brunelleschi a été salué comme l’homme qui a « renouvelé le travail de maçonnerie romain » ; le dôme a été établi comme le parangon de la forme construite.

La prochaine grande coupole de la Renaissance fut celle de la basilique Saint-Pierre de Rome, commencée par le pape Jules II en 1506. La technologie était très similaire à celle de Brunelleschi, et le diamètre est presque le même. La conception du dôme a subi de nombreux changements et s’est étendue sur une période de près de 80 ans. Les principaux contributeurs à la conception ont été le peintre et sculpteur Michel-Ange, qui a servi d’architecte de 1546 à 1564, et les architectes Giacomo della Porta et Domenico Fontana, sous la direction desquels il a finalement été construit dans les années 1580. La coupole était considérablement plus mince que celle de Florence et était renforcée par trois anneaux d’attache faits de chaînes de fer continues. Il a développé de nombreuses fissures et, dans les années 1740, cinq chaînes supplémentaires ont été ajoutées pour le stabiliser davantage. Comme le dôme utilisait une technologie éprouvée, la plupart de la conception a été réalisée sur papier à l’aide de dessins.

Un autre grand dôme de cette période est celui de la cathédrale Saint-Paul de Londres, qui a été construit de 1675 à 1710 par l’architecte anglais Sir Christopher Wren. Au début du processus de conception, seuls deux modèles physiques ont été utilisés ; les efforts ultérieurs ont inclus des dessins détaillés et apparemment aussi une modélisation mathématique avec des calculs numériques. Wren a commencé sa carrière comme mathématicien et physicien et a été professeur d’astronomie à Oxford de 1661 à 1673 avant de devenir architecte à plein temps. Grâce à cette expérience, il a pu profiter de la première détermination théorique de la courbe caténaire comme étant le profil le plus efficace de l’arc et du dôme, qui a été publiée par le mathématicien écossais David Gregory en 1697. La solution de Wren pour le dôme, qui a un diamètre de 34,5 mètres (113 pieds), était une série de trois coquilles imbriquées, dont celle du milieu est la véritable structure. Ce dôme central est construit en briques, en forme de caténaire presque conique, en raison de la grande charge concentrée de la lanterne au sommet, et il est retenu par des chaînes en fer ; il supporte une charpente en bois à contreventement triangulaire à laquelle est fixé le revêtement extérieur en feuilles de plomb. À l’intérieur du dôme central se trouve un dôme caténaire moins profond qui ne supporte que son propre poids et sert de plafond à l’espace intérieur. La structure cachée de Wren, à laquelle étaient appliquées les formes internes et externes souhaitées, est devenue une technique architecturale standard.

La renaissance des techniques et des matériaux romains

Outre les formes romaines en maçonnerie, la Renaissance a récupéré d’autres technologies romaines, notamment les fermes en bois. Giorgio Vasari a utilisé des fermes en bois à poteaux royaux pour une portée de 20 mètres dans le toit des Uffizi, ou bâtiment municipal, à Florence, au milieu du 16e siècle. À la même époque, l’architecte vénitien Andrea Palladio a utilisé une ferme en bois entièrement triangulée pour un pont d’une portée de 30,5 mètres (100 pieds) sur la rivière Cimone. Palladio a clairement compris l’importance des éléments diagonaux soigneusement détaillés, car dans son diagramme de la ferme dans ses Quatre livres d’architecture, il déclare qu’ils « soutiennent l’ensemble de l’ouvrage ». Les connexions de tension des éléments en bois de la ferme étaient reliées par des crampons et des boulons en fer.

Les portées de fermes de 20 à 26 mètres (65 à 85 pieds) sont devenues assez courantes dans la construction de toits. En 1664, Wren a utilisé des fermes en bois d’une portée d’environ 22 mètres pour le toit du théâtre Sheldonian à Oxford. Mais la compréhension théorique précise de la ferme et son utilisation majeure dans les bâtiments n’interviendront qu’au XIXe siècle.

Le verre transparent est un autre matériau romain qui a été relancé et considérablement amélioré à la Renaissance. Une nouvelle technique de fabrication a été perfectionnée à Venise au XVIe siècle. Connue sous le nom de méthode du verre couronné, elle était à l’origine utilisée pour la fabrication d’assiettes. Les souffleurs de verre filaient le verre en fusion pour former des disques plats pouvant atteindre un mètre de diamètre ; une fois refroidis, les disques étaient polis et découpés en formes rectangulaires. La première trace de fenêtres en verre couronné est leur installation dans des cadres à double battant coulissants à contrepoids, à la Banqueting House d’Inigo Jones à Londres en 1685. Les grandes surfaces vitrées de ce type sont devenues courantes dans les années 1700, ouvrant la voie aux grands bâtiments en verre et en fer du XIXe siècle.

L’efficacité du chauffage intérieur a été améliorée par l’introduction de poêles en fonte et en terre cuite, qui étaient placés en position libre dans la pièce. La chaleur rayonnante qu’ils produisaient était uniformément répartie dans l’espace, et ils se prêtaient à la combustion du charbon, un nouveau combustible qui remplaçait rapidement le bois en Europe occidentale. Lorsque les bâtisseurs européens ont récupéré la technologie du monde classique en matière de brique, de pierre et de bois, ils ont atteint un plateau stable dans le développement des arts de la construction ; ces matériaux et ces techniques étaient bien adaptés aux églises, aux palais et aux fortifications dont leurs clients avaient besoin. La révolution industrielle, cependant, a apporté de nouveaux matériaux et la demande de nouveaux types de bâtiments qui ont complètement transformé la technologie du bâtiment.

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Retour sur l’histoire de la construction