Aus Eisen und Feuer: Die Metalle von Notre-Dame im Laufe der Jahrhunderte

Forschungen der letzten zwanzig Jahre haben gezeigt, dass die gotischen Kathedralen des XNUMX^e Jahrhundert, als Bourges, Chartres, Rouen oder Troyes Eisen als Baumaterial verwendet. Die großen Kirchen des zwölften^e Jahrhundert sind relativ unbekannt.

Der Brand von Notre-Dame de Paris enthüllte, dass die Struktur der Kathedrale, die ab den 1160er Jahren errichtet wurde, auch mit zahlreichen Eisenrahmen verstärkt wurde. Einige von ihnen, die im Stein oder durch das Gerüst verborgen waren, waren bisher unbekannt.

Die Methoden wurden über mehr als zwanzig Jahre entwickelt und bereits an Dutzenden von mittelalterlichen Gebäuden getestet ermöglichen es, die in Notre-Dame entdeckten Eisenkonstruktionen zu hinterfragen, um unser Wissen über dieses Gebäude und die alten Bautechniken, aber auch das der Eisenwirtschaft im Mittelalter zu erneuern.

Mehrere Dutzend durch Brand beschädigte oder bei Restaurierungen entfernte Eisenbeschläge lassen sich nun unter dem Auge von Licht- und Elektronenmikroskopen begutachten. Dies sind sowohl "Klammern" im Mauerwerk, in den Tribünen, in den monolithischen Säulen und an der Spitze der Wände unter dem verbrannten Rahmen, aber auch Verstärkungen, die mit dem Rahmen selbst verbunden sind (Nägel in verschiedenen Größen, verkeilt und verschraubt Stangen), die Restaurierungen im Laufe der Jahrhunderte bezeugen.

Die Mikrostrukturen dieser metallischen Elemente enthalten einen Teil der Geschichte von Notre-Dame de Paris und ihrer Stätte, die heute von Archäologen, Chemikern und Archäometern erforscht werden - Spezialisten für die physikalisch-chemische Analyse antiker Materialien, die in der gesammelt sind Arbeitsgemeinschaft Metall du Wissenschaftliche Stätte Notre-Dame.

Welche Metalle für Dombauer?

Die erste Frage ist die der Qualität des von den Bauherren verwendeten Metalls. Welche Entscheidungen haben sie sowohl im Mittelalter als auch während der Restaurationen getroffen? Hat das Feuer die Eigenschaften dieser Baueisen verändert? Die Betrachtung polierter Oberflächen unter einem Lichtmikroskop nach dem Ätzen mit spezifischen chemischen Reagenzien zeigt die Mikrostruktur dieser Eisenlegierungen, ihre Formgebung (Falten, Schweißnähte usw.) und bewertet ihren Grad an Heterogenität.

Alteisen sind in der Tat oft heterogen, im Zusammenhang mit den verwendeten Produktionsprozessen, insbesondere Niedrigöfen, die eine Produktion von Eisen in der flüssigen Phase nicht vor Mitte des XNUMX. Jahrhunderts zulassen.^e Jahrhundert. Insbesondere enthalten sie unterschiedliche Mengen an Kohlenstoff oder Phosphor (die beiden Hauptelemente, die sich mit Eisen verbinden), wodurch Verbundmaterialien gebildet werden Eisen, Weichstahl und Phosphoreisen.

Härteprüfungen können durchgeführt werden, um die jeweilige Härte herauszufinden. Diese alten Eisen enthalten auch viele nichtmetallische Verunreinigungen, sogenannte „Schlackeneinschlüsse“, die alle Schwachstellen in der Struktur des Materials sind.

Aus Mustern ganzer Objekte ist eine maschinelle Bearbeitung möglich Zugproben, dh Teile üblicher Fertigung und Abmessungen, mechanischen Prüfungen zu unterziehen und die physikalischen Eigenschaften dieser Werkstoffe (E-Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung etc.) zu ermitteln. In Notre-Dame haben Analysen gezeigt, dass mittelalterliches Eisen, wie es im XNUMX^e Jahrhundert, hat schlechtere mechanische Eigenschaften als die heutigen Legierungen, wie das, was bereits an anderen mittelalterlichen und neuzeitlichen Denkmälern festgestellt wurde.

Das Feuer scheint jedoch die Mikrostruktur des Eisens oder seine bereits begrenzten mechanischen Eigenschaften nicht verändert zu haben. Diese Informationen können zur Restaurierung und zum Nachdenken über die Wiederverwendung dieser Materialien verwendet werden.

Den Bauzeitplan besser verstehen

Die zweite Frage betrifft die Chronologie der durchgeführten Verstärkungen.

Die geringen Kohlenstoffmengen in den stählernen Zonen dieser Eisenlegierungen (Stahl ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung) bieten Zugang zu entscheidenden Datierungsdaten. Wir wissen es heute extrahieren Sie diesen Kohlenstoff, das aus der Kohle stammt, die im Reduktionsofen verwendet wurde, der das Eisen produzierte, um eine Kohlenstoff-14-Datierung durchzuführen.

Die durch den metallographischen Angriff freigelegten stählernen Zonen werden mit einem Bohrer entfernt, dann wird der Kohlenstoff durch Verbrennung extrahiert und in gasförmiger Form (CO₂) und schließlich zu Graphit reduziert. Eine am LMC14 durchgeführte Massenspektrometrie mit Teilchenbeschleuniger (AMS) ermöglicht es dann, die verbleibende Kohlenstoff-14-Menge zu bestimmen und mit der zu vergleichen Referenzkurven um das Alter des Materials zu bestimmen und den Zeitraum der Eisenproduktion abzuleiten.

Diese Technik, die vor weniger als zehn Jahren entwickelt wurde, um alte Eisenlegierungen zu datieren, macht es möglich Unterscheiden Sie zeitgenössische Verstärkungen der Konstruktion von denen, die nachträglich als Konsolidierungen hinzugefügt wurden.

Zum Beispiel der Vergleich der Datierung der Klammern, die in den Galerien des Chors (erbaut um 1160-1170), denen des Langhauses später und denen an der Spitze der hohen Mauern zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts angebracht wurden^e Jahrhundert, wird auch den allmählichen Einbau dieses Materials in Gebäude beleuchten und die Gedanken der Bauherren rekonstruieren, die es verwendet haben.

Auch im Rahmen, der mehrfach überarbeitet wurde und mehrere Rahmen verwendet werden, wird die Datierung es ermöglichen, die Restaurierungsphasen vor dem XNUMX. Jahrhundert hervorzuheben.^e Jahrhundert, noch völlig unbekannt, indem sie diese Informationen mit parallel durchgeführten Holzstudien kreuzten.

Woher kommt das Notre-Dame-Eisen?

Die dritte Frage betrifft die Herkunft dieser Materialien. Wo wurden diese Tonnen Eisen produziert? Wie wurde die Baustelle im zwölften mit Metall versorgt^e Jahrhundert, im XNUMX^e Jahrhundert und für nachfolgende Feldzüge; in welchen Formen diese Eisen zirkulierten ?

Wir wissen, dass Eisen im Mittelalter in beiden Richtungen auf der Seine zirkulierte und auch auf dem Landweg geliefert werden konnte; Es könnte von Domänen des Bistums oder des Domkapitels (dem für die Verwaltung des Gebäudes zuständigen Kanonikerkollegium) und insbesondere in den vielen Domänen in der gesamten heutigen Île-de-France erstellt worden sein.

Es ist auch nicht ungewöhnlich für mehrere Quellen, lokal und weiter entfernt, werden bei Baukampagnen verwechselt. Die in der Eisenmatrix von Notre-Dame beobachteten Schweißnähte deuten auf den Zusammenbau mehrerer Teile hin, um jede Klammer herzustellen, deren Ursprünge unterschiedlich sein können. Die in diesen Eisenlegierungen enthaltenen Verunreinigungen ermöglichen es, sich dieser Frage des Kreislaufs dieser Materialien zu nähern.

Bei den alten Herstellungsverfahren in Niederöfen, die hauptsächlich bis zum Ende des Mittelalters verwendet wurden, trägt das im festen Zustand hergestellte Eisen in seiner Matrix kleine Schlackenfragmente (die Abfälle der Reduktion), sogenannte Einschlussschlacken, die Zusammensetzung davon abhängig vom unreduzierten Anteil des eingesetzten Erzes.

Die chemische Analyse dieser Einschlüsse, durchgeführt durch Massenspektrometrie gekoppelt mit einem Laserablationsmodul, das die Analyse von Volumina mit einem Durchmesser zwischen 30 und 100 Mikrometern ermöglicht, bietet Zugang zu ihrer Spurenelementzusammensetzung.

Diese Zusammensetzung kann verglichen werden mit statistischen Tools zu der Makroschlacke, die von den Metallurgen an den Produktionsstandorten zurückgewiesen wird.

Daher muss parallel dazu eine umfassende archäologische Untersuchung durchgeführt werden auf bestehenden Erkenntnissen aufbauen in der Region, um die Schlackenstandorte zu identifizieren, die dieses Eisen geliefert haben könnten, und um die Analysen durchzuführen, die für diese Vergleiche chemischer Signaturen erforderlich sind.

Die Ermittlungen haben gerade erst begonnen.

Maxime L’Héritier, Dozent für mittelalterliche Geschichte, Universität Paris 8 – Vincennes Saint-Denis

Dieser Artikel wurde von neu veröffentlicht Das Gespräch unter Creative Commons Lizenz. Lesen Sie dieOriginalartikel.

Bildnachweis: Shutterstock.com / godongphoto / Kathedrale Notre-Dame de Paris nach dem Brand, Frankreich, 30. Juni 2019