La disparition du pouvoir romain en Europe occidentale au cours du Ve siècle a entraîné un déclin des techniques de construction. La fabrication de briques se raréfie et ne sera relancée qu’au 14e siècle. Le béton pouzzolanique disparaît totalement, et il faudra attendre le XIXe siècle pour que les ciments artificiels l’égalent. L’utilisation de dômes et de voûtes dans les constructions en pierre a également disparu. Les techniques de construction sont retombées au niveau de l’âge du fer, illustré par la construction en rondins, les murs en argile tassée, les briques crues et le torchis.
Des technologies de construction avancées se sont développées en Chine à la même époque, sous les dynasties Sui (581-618) et T’ang (618-907). Au IIIe siècle avant J.-C., l’achèvement de la Grande Muraille, d’une longueur d’environ 6 400 kilomètres (4 000 miles) et suivant un tracé sinueux le long des contours d’un terrain accidenté, avait démontré des réalisations remarquables en matière de technologie de la maçonnerie, de logistique et de méthodes d’arpentage. Le pont d’An-Chi, construit vers 610 de notre ère dans la province de Hopei, comportait une arche en pierre d’une portée de 37,5 mètres (123 pieds), qui dépassait de loin les portées des arches du pont romain d’Alcántara. Des travaux importants ont également été réalisés dans le domaine de la construction de charpentes en bois (principalement pour les temples), et des pagodes en pierre pouvant atteindre 60 mètres de haut ont été construites ; la brique cuite a également été largement utilisée. Ces éléments de la technologie de construction chinoise ont établi un haut niveau de qualité qui sera maintenu jusqu’au XIXe siècle.
La construction en pierre
À partir du IXe siècle, on assiste aux premières manifestations de la renaissance de la construction en pierre en Europe. La chapelle palatine de Charlemagne à Aix-la-Chapelle (consacrée en 805), avec sa coupole octogonale segmentée de 14,5 mètres (47 pieds), est un exemple précoce de cette tendance. Mais le style roman, qui consiste à construire « à la manière romaine » avec des arcs de pierre, des voûtes et des coupoles pour couvrir les espaces intérieurs, n’a vraiment commencé que vers la fin du 11e siècle. Les voûtes réapparaissent dans des structures telles que la cathédrale de Saint-Jacques-de-Compostelle en Espagne (commencée en 1078) et Saint Sernin à Toulouse (commencée en 1080). La voûte en croisée d’ogives reposant sur des colonnes est réapparue dans la cathédrale de Spire (1030-65, reconstruite vers 1082-1137) et dans la cathédrale de Durham (1093-1133), et les coupoles de la basilique Saint-Marc de Venise (fin du XIe siècle) et de la cathédrale Saint-Front de Périgueux (1120-1150) ont marqué la reprise de la gamme complète des formes structurelles romaines.
Tous ces édifices ont été construits par l’Église catholique romaine, qui avait étendu son influence à toute l’Europe occidentale à cette époque. Un chroniqueur contemporain a écrit que la terre semblait « s’habiller d’une robe blanche d’églises », blanche parce qu’elle était neuve et construite en pierre. De 1050 à 1350, on a extrait plus de pierres en France que dans toute l’histoire de l’Égypte ancienne – assez pour construire 80 cathédrales, 500 grandes églises et des dizaines de milliers d’églises paroissiales. La grande campagne de construction de l’époque médiévale a été appelée la « croisade des cathédrales », pendant tout aussi passionné des grandes aventures militaires pour récupérer la Terre Sainte.
Cette vaste entreprise nécessitait de nombreux maçons, qui travaillaient en tant qu’artisans libres, s’organisant en sociétés ou en guildes. Elles supervisaient l’extraction de la pierre, le processus d’apprentissage par lequel les nouveaux membres étaient formés, et se chargeaient de la taille et de la pose de la pierre sur le chantier. Les outils de base des maçons médiévaux n’ont guère changé par rapport à ceux de l’Égypte, mais ils disposaient de grandes scies actionnées par des roues à eau pour couper la pierre, ainsi que d’une machinerie considérable pour soulever et déplacer les matériaux. Leur connaissance de la technique était un secret bien gardé ; elle comprenait les règles de proportion pour la planification générale et pour déterminer les dimensions sûres des éléments structurels. Un seul carnet de dessins, celui du maître maçon Villard de Honnecourt, témoigne d’un sens aigu de l’observation, d’un amour de la mécanique et surtout de la notion de forme géométrique qui sous-tendait le travail, mais il ne donne que des bribes d’informations sur la construction proprement dite. Jean Mignot, l’un des maîtres maçons de la cathédrale de Milan, résumait leur démarche par la phrase ars sine scientia nihil est, « l’art sans la science n’est rien », c’est-à-dire que l’habileté constructive issue de l’expérience pratique (ars) doit être tempérée et guidée par des principes précis (scientia), que l’on considérait comme incarnés dans les théorèmes de la géométrie, la seule science de l’époque médiévale. Mais avec ces moyens limités, les maçons ont pu réaliser de grandes réalisations.
Les maçons de l’époque romaine avaient deux mécènes, l’église et l’État. L’État construisait principalement à des fins militaires, et la maçonnerie romaine, une fois récupérée, était adéquate pour les châteaux et les fortifications. Mais l’église avait d’autres intérêts qui ont propulsé le développement de la construction en pierre dans des directions nouvelles et audacieuses. Saint Augustin avait écrit que la lumière était la manifestation la plus directe de Dieu. C’est cette idée qui a conduit à la recherche de moyens d’introduire de plus en plus de lumière dans les églises, en ouvrant des fenêtres de plus en plus grandes dans les murs, jusqu’à ce qu’un nouveau type de squelette de pierre diaphane apparaisse.
Les voûtes d’arêtes circulaires et les arcs en pierre d’inspiration romaine étaient lourds et nécessitaient des murs et des piliers lourds pour recevoir leurs poussées ; les fenêtres qu’ils offraient étaient petites. Les maçons médiévaux ont découvert qu’il existait une forme plus efficace pour l’arc que le cercle classique. Cette forme est une courbe caténaire, c’est-à-dire une courbe formée par une chaîne lorsqu’elle pend sous son propre poids. Mais la croyance des maçons en la géométrie et en la perfection des formes circulaires les a amenés à se rapprocher de la forme caténaire avec deux segments circulaires qui se rejoignent en un point au sommet, ce qu’on appelle l’arc gothique. Ces arcs pouvaient être plus minces car ils canalisaient plus efficacement les forces de compression qui les traversaient et permettaient de plus grandes ouvertures dans les murs.
Les lourds piliers qui absorbaient la poussée latérale des voûtes du toit furent bientôt évidés en demi-arcs ou en arcs-boutants, ce qui permit à la lumière de pénétrer encore plus dans la nef. Pour absorber les forces s’écoulant vers le bas à travers la charpente en pierre, des fondations massives étaient nécessaires ; souvent, le volume de pierre sous terre était plus important que celui au-dessus. Pour alléger encore les charges, les voûtes elles-mêmes ont été amincies en introduisant des nervures aux intersections de leurs surfaces courbes, appelées épis. Les nervures étaient construites à l’aide de coffrages de soutien ou de centrages en bois ; une étroite collaboration était nécessaire entre les charpentiers et les maçons. Les surfaces incurvées des pierres entre les nervures étaient probablement posées avec peu de coffrage, en utilisant uniquement du mortier ; des voûtes en briques sont encore construites de cette manière au Moyen-Orient. Le mortier était utilisé non seulement pour l’adhérence en tant que dispositif de construction, mais aussi plus tard pour vérifier l’absence de fissures de tension, signes d’une éventuelle défaillance ; le mortier servait donc de moyen de contrôle de la qualité pour aider à maintenir la structure en compression.
Les nefs des cathédrales étaient plus hautes pour recueillir plus de lumière ; la cathédrale d’Amiens (commencée en 1220) mesurait 42 mètres (140 pieds) de haut, et enfin, en 1347, la cathédrale de Beauvais a atteint la hauteur maximale de 48 mètres (157 pieds), mais ses voûtes se sont rapidement effondrées et ont dû être reconstruites. Les travées des nefs des églises gothiques sont restées assez petites, de 13 à 16 mètres (45 à 55 pieds) ; seuls quelques exemples tardifs ont des travées plus longues, la plus grande étant de 23 mètres (74 pieds) à la cathédrale de Gérone (achevée en 1458).
Après que l’enthousiasme de la croisade des cathédrales se soit calmé au XIVe siècle et que la structure de base de la plupart des cathédrales ait été achevée, un nouvel élément est apparu pour mettre à l’épreuve les compétences des maçons et des charpentiers : la flèche. La flèche était davantage un symbole de fierté locale qu’un élément de la quête théologique pour plus de lumière, mais elle soulevait des problèmes techniques intéressants. À la cathédrale de Salisbury, la flèche a été construite au-dessus de la croisée de la nef et du transept, qui n’avait pas été conçue pour l’accueillir ; les hautes piles de la croisée ont commencé à se déformer sous le poids supplémentaire. Des arcs tendeurs ont dû être ajoutés entre les piliers pour les empêcher de se déformer ; c’était apparemment la première fois que des colonnes en pierre étaient suffisamment minces et lourdement chargées pour que l’on puisse observer qu’elles se pliaient ou se déformaient – plus tard, une telle action serait une préoccupation majeure dans la conception des colonnes métalliques. La flèche de Salisbury est une structure composite ingénieuse composée d’un revêtement en pierre posé sur une charpente en bois et relié à la base par des bandes de fer pour résister à l’écartement ; elle s’élevait à une hauteur totale de 123 mètres (404 pieds) lorsqu’elle a été achevée en 1362. La cathédrale de Strasbourg a ajouté une flèche de 144 mètres (475 pieds) en 1439, et la limite supérieure a été atteinte à la cathédrale de Beauvais en 1569 lorsque sa flèche de 157 mètres (516 pieds) a été achevée ; la flèche de Beauvais s’est effondrée en 1573 et n’a jamais été reconstruite, un dernier triste épilogue à la croisade des cathédrales.
La construction en bois et en brique
La construction en bois connaît un lent développement à cette époque. Les églises scandinaves à douves en bois lourd ont été construites du 11e au 14e siècle, avant le triomphe de l’église en pierre, et une trentaine d’entre elles ont survécu jusqu’à aujourd’hui. En Europe occidentale, en particulier à partir du 14e siècle, la construction en colombage est apparue comme une nouvelle forme de construction de maisons. Le type continental avait une charpente en bois équarri, avec des poteaux verticaux espacés d’environ un mètre et des poutres horizontales espacées de la même distance ; des entretoises diagonales traversaient les murs extérieurs pour assurer la stabilité latérale. Les poutres du toit s’étendaient entre le faîtage et les murs ; les poutres du plancher s’appuyaient sur les murs et les cloisons intérieures. La charpente anglaise à colombages était similaire, mais elle éliminait les poutrelles horizontales et les contreventements diagonaux en utilisant des verticales rapprochées, espacées d’environ un demi-mètre. Dans les deux systèmes, l’espace dans le mur extérieur était rempli d’un matériau d’enceinte pour donner plus de rigidité à la charpente ; la brique ou le torchis étaient souvent utilisés. Toutes les pièces de la charpente étaient fixées ensemble par des assemblages élaborés à queue d’aronde ou à tenon et mortaise. L’ossature à colombages restera la manière standard de construire en bois en Europe jusqu’au 19e siècle. L’utilisation de bois lourd pour les toits et les planchers des bâtiments en maçonnerie était également très répandue, sous l’influence de la technologie de la construction navale. Un exemple particulier est le toit anglais à poutres en forme de marteau, qui était une sorte de ferme en encorbellement pouvant couvrir des distances assez longues. Le toit du Westminster Hall du roi Richard II à Londres (1402), d’une portée de 21 mètres (70 pieds), est un excellent exemple de ce type.
La brique cuite a recommencé à être fabriquée en Europe au 14e siècle, précédée dans de nombreuses régions par l’utilisation de briques romaines récupérées. Les briques du XIVe siècle n’étaient pas aussi précises que les briques romaines et étaient souvent déformées à la cuisson. Par conséquent, de grands joints de mortier de chaux étaient nécessaires pour obtenir des lignes régulières. Les briques sont devenues presque standardisées à une taille proche de la taille actuelle, environ 20,3 × 9,5 × 5,7 centimètres (8 × 3,75 × 2,25 pouces), et des systèmes de collage basés sur cette proportion approximative de 2:1 ont été développés. Ces modèles d’assemblage réduisent les joints de mortier verticaux continus, car les mortiers sont beaucoup moins résistants que les briques et les joints verticaux peuvent former des plans de faiblesse dans les murs où des fissures peuvent se développer. Le meilleur modèle d’assemblage était l’assemblage à l’anglaise, dans lequel toutes les briques de chaque rang recouvrent celles du rang inférieur et les joints verticaux sont entièrement éliminés. La brique restait assez chère en raison du coût du combustible nécessaire à sa cuisson, et elle était utilisée principalement là où il n’y avait pas de pierre facilement disponible. À la fin de l’époque médiévale et principalement dans le nord de l’Europe, la brique a été adaptée aux formes de la pierre gothique pour construire des églises dites de type hall, avec des nefs et des bas-côtés de même hauteur.
Services de construction
Bien que le chauffage par hypocauste romain ait disparu avec l’empire, un nouveau développement du chauffage intérieur est apparu en Europe occidentale au début du 12e siècle : le foyer et la cheminée en maçonnerie ont commencé à remplacer le feu ouvert central. Les grandes ouvertures de toit au-dessus des feux centraux laissaient passer le vent et la pluie, de sorte que chaque maison n’en avait qu’un seul et que les grands bâtiments en avaient le moins possible. Par conséquent, les pièces chauffées avaient tendance à être grandes et semi-publiques, où de nombreuses personnes pouvaient partager la chaleur du feu ; l’ouverture du toit ne permettait pas d’évacuer efficacement toute la fumée, dont une partie restait pour tourmenter les occupants de la pièce. La cheminée, qui ne laissait pas passer beaucoup d’air ou d’eau, pouvait évacuer la majeure partie de la fumée. Même si une grande partie de la chaleur passait par le conduit de cheminée, c’était quand même une grande amélioration et, surtout, elle pouvait être utilisée pour chauffer aussi bien les petites que les grandes pièces et les bâtiments à plusieurs étages. Les maisons, en particulier les grandes, étaient divisées en espaces plus petits et plus privés, chacun étant chauffé par sa propre cheminée, un changement qui a modifié de manière décisive le mode de vie communautaire du début de l’époque médiévale.
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Retour sur l’histoire de la construction