Voûte (architecture)

Une voûte d’arête vue de dessous, montrant l’arris ou ‘groin’

Jusqu’ici, toutes les voûtes mentionnées étaient des voûtes en berceau, qui, lorsqu’elles n’étaient pas construites sous terre, nécessitaient des murs continus de grande épaisseur pour résister à leur poussée ; L’exemple le plus ancien de la variété suivante, la voûte en berceau entrecroisée, se trouverait au-dessus d’une petite salle à Pergame, en Asie Mineure, mais son premier emploi sur des salles de grandes dimensions est dû aux Romains. Lorsque deux voûtes en berceau semi-circulaires de même diamètre se croisent, leur intersection (une véritable ellipse) est appelée voûte d’arête, dans laquelle la poussée de la voûte est transmise aux murs transversaux ; si une série de deux ou plusieurs voûtes en berceau se croisent, le poids est porté sur les piliers à leur intersection et la poussée est transmise aux murs transversaux extérieurs ; Ainsi, dans le réservoir romain de Baiae, connu sous le nom de Piscina Mirabilis, une série de cinq nefs avec des voûtes en berceau semi-circulaires est entrecoupée par douze nefs transversales, les voûtes reposant sur 48 piliers et des murs extérieurs épais. La largeur de ces nefs n’étant que d’environ 13 pieds (4,0 m), la construction de ces voûtes ne présentait pas de grandes difficultés, mais dans les thermes romains de Caracalla, le tepidarium avait une portée de 80 pieds (24 m), soit plus du double de celle d’une cathédrale anglaise, de sorte que sa construction, tant au point de vue statique qu’économique, était de la plus grande importance.Les recherches de M. Choisy (L’Art de bâtir chez les Romains), basées sur un examen minutieux des parties des voûtes qui sont encore in situ, ont montré que, sur un centrage relativement léger, consistant en des fermes placées à environ 10 pieds (3.Sur ces dernières et sur les fermes, des anneaux transversaux de briques ont été construits avec des attaches longitudinales à intervalles réguliers ; sur les couches de briques et enrobant les anneaux et les attaches transversales, du béton a été coulé en couches horizontales, les souches étant remplies solidement, et la surface inclinée de chaque côté et recouverte d’un toit de tuiles à faible pente posé directement sur le béton. Les anneaux soulageaient le centrage du poids imposé, et les deux couches de briques portaient le béton jusqu’à sa prise.

Plan d’une voûte d’arête vue de dessus montrant la poussée résultante vers l’extérieur

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Voûte d’arête vue de dessus

Comme les murs portant ces voûtes étaient également construits en béton avec des couches de liaison occasionnelles en brique, l’ensemble de la structure était homogène. L’un des ingrédients importants du mortier était un dépôt volcanique trouvé près de Rome, connu sous le nom de pouzzolane, qui, lorsque le béton avait fait sa prise, non seulement rendait le béton aussi solide que la roche elle-même, mais neutralisait dans une certaine mesure la poussée des voûtes, qui formaient des coquilles équivalentes à celles d’un couvercle métallique ; les Romains, cependant, ne semblent pas avoir reconnu la valeur de ce mélange de pouzzolane, car ils ont autrement prévu amplement de contrecarrer toute poussée qui pourrait exister par l’érection de murs transversaux et de contreforts. Dans les tepidaria des Thermes et dans la basilique de Constantin, afin de ramener la poussée à l’intérieur des murs, la voûte principale en berceau de la salle était avancée de chaque côté et reposait sur des colonnes détachées, qui constituaient la principale décoration architecturale. Dans les cas où les voûtes croisées n’avaient pas la même portée que la voûte principale, les arcs étaient soit écharpés pour que leurs soffites soient de la même hauteur, soit ils formaient des intersections plus petites dans la partie inférieure de la voûte ; dans ces deux cas, cependant, les intersections ou les arêtes étaient tordues, pour lesquelles il était très difficile de former un centrage, et, de plus, elles étaient d’un effet désagréable : bien que tout ait été fait pour masquer cela dans la décoration de la voûte par des panneaux et des reliefs modelés en stuc.

La plus large salle voûtée par les Romains était celle de la salle du trône du palais de Dioclétien sur le Palatin, et celle-ci avait l’énorme portée de 100 pieds (30 m), sa poussée étant contrebalancée par d’autres salles de chaque côté avec des contreforts à l’extérieur. Dans les villes de province et dans d’autres parties de l’Empire romain, où la pouzzolane n’était pas disponible, les Romains devaient se fier à leur mortier comme moyen de cimentation, mais celui-ci, bien qu’excellent dans son genre, n’avait pas une force de cohésion suffisante pour permettre l’érection de voûtes de plus de 40 pieds (12 m) de portée, qui étaient généralement construites en maçonnerie de moellons. Il existe encore en Asie Mineure et en Syrie quelques salles voûtées, généralement rattachées à des thermes, qui reposent sur des murs de grande épaisseur. Il y avait de nombreuses variétés de voûtes romaines, continues ou entrecroisées, comme celles employées au-dessus des couloirs du Colisée et du théâtre de Marcellus, mais dans ces cas, le ressort de la voûte se trouvait au-dessus du sommet des arcs de la façade principale, de sorte qu’il n’y avait pas d’intersection ; par contre, au-dessus des couloirs, il y avait des voûtes elliptiques ou semi-circulaires, ou au-dessus des escaliers, toutes plus difficiles à construire ; Il y avait aussi de nombreuses solutions de voûtes sur les salles circulaires, dont celle du Panthéon est l’exemple le plus important, avec un diamètre de 142 pieds (43 m), et sur les hémicycles, qui étaient parfois de grande taille ; celle connue sous le nom de Canopus dans la villa d’Hadrien à Tivoli avait un diamètre de 75 pieds (23 m), et était voûtée avec une série de nervures, entre lesquelles alternaient des voûtes plates et semi-circulaires rampantes et des cellules ; dans la même villa et à Rome, il y avait des salles octogonales avec diverses autres combinaisons de voûtes. Un autre type de voûte dont nous n’avons pas encore parlé est celui de l’arcade du Tabularium, où la voûte du Cloître était employée. La fig. 3 comparée à la fig. 2 montrera la différence ; dans la première les angles d’intersection sont rentrants, et dans la seconde ce sont des épis avec des angles saillants à la base, qui s’éteignent au sommet.

Voûte d’arêteModification

La voûte d’arête de la cathédrale de Reims, France

On a fait référence à la voûte d’arête dans les ouvrages romains, où les voûtes en berceau entrecroisées n’avaient pas le même diamètre. Leur construction a toujours dû être quelque peu difficile, mais lorsque la voûte en berceau était portée au-dessus de l’allée du chœur et qu’elle était entrecoupée (comme à Saint-Barthélemy-le-Grand à Smithfield, Londres) par des demi-cylindres au lieu de cylindres, cela devenait plus difficile et les voûtes plus compliquées. Cela semble avoir conduit à un changement de système et à l’introduction d’une nouvelle caractéristique, qui a complètement révolutionné la construction de la voûte. Jusqu’à présent, les éléments d’intersection étaient des surfaces géométriques, dont les épis diagonaux étaient les intersections, de forme elliptique, généralement faibles dans leur construction et souvent tordus. Le bâtisseur médiéval inversa le processus et commença par ériger les nervures diagonales, qui servirent de centres permanents, et sur lesquelles il porta sa voûte ou sa toile, qui prit désormais la forme des nervures. Au lieu de la courbe elliptique donnée par l’intersection de deux voûtes en berceau semi-circulaires, ou cylindres, il employa l’arc en plein cintre pour les nervures diagonales ; ceci, cependant, élevait le centre de la baie carrée voûtée au-dessus du niveau des arcs transversaux et des nervures murales, et donnait ainsi l’apparence d’un dôme à la voûte, comme on peut le voir dans la nef de Sant’Ambrogio, à Florence. Pour y remédier, on a d’abord échalonné les nervures transversales et murales, ou on a surélevé la partie supérieure de leurs arcs, comme à l’Abbaye-aux-Hommes de Caen et à l’Abbaye de Lessay, en Normandie. Le problème fut finalement résolu par l’introduction de l’arc brisé pour les nervures transversales et murales – l’arc brisé était connu et employé depuis longtemps, en raison de sa résistance beaucoup plus grande et de la moindre poussée qu’il exerçait sur les murs. Lorsqu’il était employé pour les nervures d’une voûte, aussi étroite que soit la portée, en adoptant un arc brisé, son sommet pouvait être à la hauteur de la nervure diagonale ; et, de plus, lorsqu’il était utilisé pour les nervures de la voûte annulaire, comme dans la nef autour de la terminaison absidale du chœur, il n’était pas nécessaire que les demi-nervures du côté extérieur soient dans le même plan que celles du côté intérieur ; En effet, lorsque les nervures opposées se rencontraient au centre de la voûte annulaire, la poussée était également transmise de l’une à l’autre, et comme il s’agissait déjà d’un arc brisé, le changement de direction n’était pas perceptible.

Voûte nervurée de l’église Sint-Niklaaskerk à Gand, Belgique

Supérieur du plafond à voûte d’ogives au-dessus de la nef de la cathédrale de Salisbury

La première introduction de l’ogive en arc brisé a eu lieu à la cathédrale de Cefalù et est antérieure à l’abbaye de Saint-Denis. Alors que la nervure-arche pointue est souvent considérée comme un identifiant de l’architecture gothique, Cefalù est une cathédrale romane dont les maçons ont expérimenté la possibilité de nervures-arches gothiques avant qu’elle ne soit largement adoptée par l’architecture des églises occidentales. Outre la cathédrale de Cefalù, l’introduction de la nervure en arc brisé semble avoir eu lieu dans les nefs du chœur de l’abbaye de Saint-Denis, près de Paris, construite par l’abbé Suger en 1135. C’est dans l’église de Vézelay (1140) qu’elle fut étendue à la travée carrée du porche. Avant d’entrer dans la question de l’âme ou de la coque de pierre de la voûte portée par les nervures, il faut noter le développement antérieur des grandes voûtes qui étaient jetées sur les nefs d’une cathédrale, ou d’une église, avant l’introduction de la nervure en arc brisé. Comme nous l’avons souligné, les nefs avaient déjà été couvertes de voûtes d’arêtes dans les premières églises chrétiennes, le seul progrès réalisé dans les développements ultérieurs étant l’introduction de nervures transversales divisant les baies en compartiments carrés ; mais lorsque, au 12e siècle, les premières tentatives ont été faites pour voûter les nefs, une autre difficulté s’est présentée, car ces dernières étaient deux fois plus larges que les nefs, de sorte qu’il était nécessaire d’inclure deux baies des nefs pour former une baie carrée dans la nef. Il s’agissait d’un espace immense à voûter, et de plus, il s’ensuivait que chaque pile alternée ne servait à rien, en ce qui concerne le soutien de la voûte de la nef, et cela semble avoir suggéré une alternative, à savoir fournir une nervure supplémentaire à travers l’église et entre les nervures transversales. Cette solution a donné naissance à ce que l’on appelle une voûte sexpartite, ou à six voûtes, dont l’un des plus anciens exemples se trouve à l’Abbaye-aux-Hommes (S. Etienne) de Caen. Cette église, construite par Guillaume le Conquérant, ne devait à l’origine porter qu’un toit en bois, mais près d’un siècle plus tard, la partie supérieure des murs de la nef a été partiellement reconstruite afin d’être couverte d’une voûte. Cependant, l’immensité de la voûte carrée au-dessus de la nef nécessitait un support supplémentaire, de sorte qu’une nervure intermédiaire fut jetée à travers l’église, divisant le compartiment carré en six cellules, et appelée voûte sexpartite ; elle fut adoptée dans les cathédrales de Sens (1170), Laon (1195), Noyon (1190), Paris (1223-1235) et Bourges (1250). La nervure intermédiaire avait cependant l’inconvénient d’obscurcir partiellement un côté des fenêtres de la claire-voie, et elle faisait peser des poids inégaux sur les piliers alternés, de sorte que dans la cathédrale de Soissons (1205), on a introduit une voûte quadripartite ou à quatre voûtes, la largeur de chaque baie étant la moitié de la portée de la nef, et correspondant donc aux piliers des nefs. Il y a quelques exceptions, à Sant’ Ambrogio, Milan, et San Michele, Pavie (la voûte originale), et dans les cathédrales de Spire, Mayence et Worms, où les voûtes quadripartites sont presque carrées, les piliers intermédiaires des nefs étant de dimensions beaucoup plus petites. En Angleterre, des voûtes sexpartites existent à Canterbury (1175) (établies par Guillaume de Sens), Rochester (1200), Lincoln (1215), Durham (transept est) et la chapelle de St. Faith, abbaye de Westminster.

Au premier stade de la voûte d’arêtes, les arcs étaient constitués de voussoirs indépendants ou séparés jusqu’au ressort ; la difficulté, cependant, de travailler les arêtes séparément a conduit à deux autres changements importants : La difficulté de travailler les nervures séparément a conduit à deux autres changements importants : (1) la partie inférieure de la diagonale transversale et les nervures du mur ont été travaillées dans une seule pierre ; et (2) l’horizontale inférieure, constituant ce qu’on appelle le tas-de-charge ou le springer solide. Le tas-de-charge, ou springer solide, présentait deux avantages : (1) il permettait aux assises de pierres de traverser le mur en ligne droite, de façon à bien mieux lier l’ensemble ; et (2) il diminuait la portée de la voûte, qui nécessitait alors un centrage de plus petites dimensions. Dès que les nervures étaient terminées, l’âme ou la coque en pierre de la voûte était posée sur elles. Dans certains ouvrages anglais, chaque rangée de pierres était de hauteur uniforme d’un côté à l’autre ; mais, comme la nervure diagonale était plus longue que la nervure transversale ou la nervure murale, les rangées s’inclinaient vers la première et, au sommet de la voûte, elles étaient coupées pour s’adapter les unes aux autres. Au début de la période gothique anglaise, en raison de la grande portée de la voûte et de la très faible élévation ou courbure de l’âme, on a pensé qu’il valait mieux simplifier la construction de l’âme en introduisant des nervures intermédiaires entre la nervure murale et la nervure diagonale et entre la nervure diagonale et la nervure transversale ; pour répondre à la poussée de ces nervures intermédiaires, il fallait une nervure faîtière, et le prolongement de cette nervure jusqu’à la nervure murale cachait la jonction de l’âme au sommet, qui n’était pas toujours très visible, et constituait la nervure faîtière. En France, par contre, les assises de l’âme étaient toujours posées horizontalement, et elles sont donc de hauteur inégale, augmentant vers la côte diagonale. Les maçons français ont ainsi pu se passer de l’arête intermédiaire, qu’ils n’ont introduite qu’au XVe siècle, et plutôt comme un élément décoratif que constructif, car la forme en dôme de l’arête française rendait inutile l’arête faîtière, qui, à quelques exceptions près, n’existe qu’en Angleterre. Dans les voûtes anglaises et françaises, le centrage était rarement nécessaire pour la construction de la toile, un gabarit (Fr. cerce) étant utilisé pour soutenir les pierres de chaque anneau jusqu’à ce qu’il soit complet. En Italie, en Allemagne et en Espagne, on a adopté la méthode française de construction de l’âme, avec des assises horizontales et une forme domicale. Parfois, dans le cas de compartiments comparativement étroits, et plus particulièrement dans les claire-voies, la nervure du mur était écharpée, ce qui provoquait une torsion particulière de la toile, là où le ressort de la nervure du mur est au K : à ces surfaces tordues, on donne le terme de voûte en soc de charrue.

Plafond à voûte nervurée, avec des nervures de Lierne, de la Liebfrauenkirche, Mühlacker 1482

L’un des premiers exemples de l’introduction de la nervure intermédiaire se trouve dans la nef de la cathédrale de Lincoln, et là, la nervure faîtière n’est pas portée jusqu’à la nervure murale. Cependant, on s’est vite aperçu que la construction de la toile était grandement facilitée par des nervures supplémentaires, et par conséquent, on a eu tendance à augmenter leur nombre, de sorte que dans la nef de la cathédrale d’Exeter, trois nervures intermédiaires ont été prévues entre la nervure murale et la nervure diagonale. Afin de masquer la jonction des différentes nervures, leurs intersections étaient ornées de bossages richement sculptés, et cette pratique s’est accrue avec l’introduction d’une autre nervure courte, appelée lierne, terme donné en France à la nervure faîtière. Les liernes sont des nervures courtes qui se croisent entre les nervures principales, et étaient principalement utilisées comme éléments décoratifs, comme par exemple dans la Liebfrauenkirche (1482) de Mühlacker, en Allemagne. L’un des meilleurs exemples de nervures de Lierne se trouve dans la voûte de l’oriel de Crosby Hall, à Londres. La tendance à augmenter le nombre de nervures a conduit à des résultats singuliers dans certains cas, comme dans le chœur de la cathédrale de Gloucester, où les nervures diagonales ordinaires deviennent de simples moulures ornementales sur la surface d’une voûte en berceau brisé entrecroisé, et encore dans les cloîtres, où l’introduction de la voûte en éventail, formant un conoïde à côtés concaves, a ramené aux principes de la voûte géométrique romaine. Ceci est encore démontré dans la construction de ces voûtes en éventail, car bien que dans les premiers exemples, chacune des nervures au-dessus du tas-de-charge était un élément indépendant, on a finalement trouvé plus facile de les sculpter, ainsi que la toile, dans la pierre massive, de sorte que la nervure et la toile étaient purement décoratives et n’avaient aucune fonction constructive ou indépendante.

Voûte en éventailModification

Voûte en éventail au-dessus de la nef de l’abbaye de Bath, Bath, Angleterre

La voûte en éventail semblerait avoir dû son origine à l’emploi de centres d’une seule courbe pour toutes les nervures, au lieu d’avoir des centres séparés pour la transversale, le mur diagonal et les nervures intermédiaires ; elle a été facilitée aussi par l’introduction de l’arc à quatre centres, parce que la partie inférieure de l’arc faisait partie de l’éventail, ou conoïde, et que la partie supérieure pouvait être étendue à volonté avec un plus grand rayon à travers la voûte. La version la plus simple est celle que l’on trouve dans les cloîtres de la cathédrale de Gloucester, où les éventails se rejoignent au sommet, de sorte qu’il n’y a que de petits compartiments à remplir entre les éventails. Dans les exemples ultérieurs, comme dans la chapelle du King’s College, à Cambridge, en raison des grandes dimensions de la voûte, il a été nécessaire d’introduire des nervures transversales, qui devaient donner une plus grande résistance. On trouve des nervures transversales similaires dans la chapelle d’Henry VII et dans la Divinity School d’Oxford, où un nouveau développement s’est présenté. L’un des défauts de la voûte en éventail de Gloucester est l’apparence qu’elle donne d’être à moitié enfoncée dans le mur ; pour y remédier, dans les deux édifices que nous venons de citer, le conoïde complet est détaché et traité comme un pendentif.

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