De hierro y fuego: los metales de Notre-Dame a través de los siglos

Las investigaciones realizadas durante los últimos veinte años han demostrado que las catedrales góticas del siglo XIIIe siglo como Bourges, Chartres, Rouen o Troyes utilizaba el hierro como material de construcción. Las grandes iglesias del siglo XIIe siglo siguen siendo relativamente desconocidos.

El incendio de Notre-Dame de Paris reveló que la estructura de la catedral, erigida a partir de la década de 1160, también estaba reforzada con numerosos marcos de hierro. Algunas de ellas, ocultas en la piedra o por el entramado, eran hasta ahora desconocidas.

Las metodologías desarrolladas durante más de veinte años y ya probado en docenas de edificios medievales permiten cuestionar las construcciones de hierro descubiertas en Notre-Dame para renovar nuestro conocimiento de este edificio y de las antiguas técnicas de construcción, pero también de la economía del hierro en la época medieval.

Varias docenas de accesorios de hierro, dañados por el fuego o retirados durante las restauraciones, ahora se pueden examinar bajo el ojo de microscopios ópticos y electrónicos. Estos son tanto "grapas" implementadas en la mampostería, en las gradas, en las columnas monolíticas y en la parte superior de las paredes debajo del marco quemado, pero también refuerzos vinculados al marco mismo (clavos de varios tamaños, enchavetados y atornillados). varillas) que dan testimonio de las restauraciones a lo largo de los siglos.

Parte de hierro visible dentro de las piedras de Notre-Dame de Paris
Sistema de cadenas de hierro instalado por Lassus en 1846 que rodea las partes orientales del edificio (coro y crucero este).
Maxime L'Héritier, Proporcionado por el autor

Las microestructuras de estos elementos metálicos contienen parte de la historia de Notre-Dame de Paris y su sitio, que hoy son explorados por arqueólogos, químicos y arqueómetros, especialistas en el análisis físico-químico de materiales antiguos, reunidos en el grupo de trabajo de metales du Sitio científico de Notre-Dame.

¿Qué metales para los constructores de catedrales?

La primera pregunta es la del calidad del metal utilizado por los constructores. ¿Qué elecciones hicieron tanto en la época medieval como durante las restauraciones? ¿Ha alterado el fuego las propiedades de estos hierros de construcción? La observación de superficies pulidas al microscopio óptico, previo grabado con reactivos químicos específicos, revela la microestructura de estas aleaciones ferrosas, su forma (pliegues, soldaduras, etc.) y evalúa su grado de heterogeneidad.

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De hecho, los hierros antiguos son a menudo heterogéneos en relación con los procesos de producción utilizados, en particular los hornos bajos, que no permiten la producción de hierro en fase líquida antes de mediados del siglo XIX.e siglo. En particular, contienen niveles variables de carbono o fósforo (los dos elementos principales que se combinan con el hierro), formando materiales compuestos entre hierro, acero dulce y hierro fosforoso.

Se pueden realizar ensayos de dureza para conocer sus respectivas durezas. Estos hierros viejos también contienen muchas impurezas no metálicas, llamadas "inclusiones de escoria", que son puntos débiles en la estructura del material.

Pieza de metal de las paredes de Notre-Dame
Clip de hierro de la parte superior de los muros de la catedral depositados antes del estudio. La grapa fue sellada con plomo en la mampostería (queda uno de los sellos).
Maxime L'Héritier, Proporcionado por el autor

A partir de muestras de objetos completos, es posible mecanizar especímenes de tracción, es decir, piezas de fabricación y dimensiones estándar, para someterlas a ensayos mecánicos y determinar las propiedades físicas de estos materiales (módulo de elasticidad, resistencia a la tracción, alargamiento a la rotura, etc.). En Notre-Dame, los análisis han demostrado que el hierro medieval, como el que se usaba en el siglo XIXe siglo, tiene propiedades mecánicas más bajas que las de las aleaciones contemporáneas, como lo ya establecido en otros monumentos medievales y modernos.

Sin embargo, el fuego no parece haber alterado la microestructura del hierro ni sus ya limitadas propiedades mecánicas. Esta información puede ser utilizada para la restauración y alimentar reflexiones sobre la reutilización de estos materiales.

Comprender mejor la línea de tiempo de la construcción

La segunda pregunta se refiere a la cronología de los refuerzos implementados.

Las pequeñas cantidades de carbono presentes en las zonas aceradas de estas aleaciones ferrosas (el acero es una aleación de hierro y carbono) brindan acceso a datos cruciales en términos de datación. sabemos hoy extraer ese carbono, que procede del carbón utilizado en el horno de reducción que producía el hierro, para realizar una datación por carbono-14.

Las zonas aceradas reveladas por el ataque metalográfico se eliminan con un taladro, luego se extrae el carbono por combustión y se recupera en forma gaseosa (CO2) y finalmente reducido a grafito. La espectrometría de masas con acelerador de partículas (AMS) realizada en el LMC14 permite entonces determinar la cantidad de carbono 14 restante y compararla con la curvas de referencia para determinar la edad del material y deducir el período de producción de hierro.

Vista microscópica de una muestra de metal de Notre-Dame
Sección metalográfica de un clip de hierro de Notre-Dame de Paris visto bajo un microscopio óptico después de grabar con el reactivo Nital. Vemos las zonas ferríticas en luz y las zonas más aceradas en oscuridad (en particular, una banda mediana de hasta 0,8% de carbono). También notamos la presencia de numerosas inclusiones no metálicas de tamaño micrométrico a milimétrico alargadas en la dirección del martilleo.
Maxime L'Héritier, Proporcionado por el autor

Esta técnica, desarrollada hace menos de diez años para fechar antiguas aleaciones ferrosas, permite distinguir los refuerzos contemporáneos de la construcción de los agregados a posteriori como consolidaciones.

Por ejemplo, la comparación de la datación de las grapas colocadas en las galerías del coro (construidas hacia 1160-1170), las de la nave, posteriores, y las de remate de los altos muros a principios del siglo XIII.e siglo, también arrojará luz sobre la inserción paulatina de este material en los edificios y reconstruirá el pensamiento de los constructores que lo utilizaron.

Del mismo modo, en el marco, que ha sido reelaborado muchas veces y donde se utilizan múltiples marcos, la datación permitirá resaltar las fases de restauración anteriores al siglo XVII.e siglo, todavía totalmente desconocido, cruzando esta información con el estudio de la madera realizado en paralelo.

¿De dónde viene el hierro de Notre-Dame?

La tercera pregunta se refiere a la procedencia de estos materiales. ¿Dónde se produjeron estas toneladas de hierro? ¿Cómo se abasteció de metal el sitio de construcción en el siglo XII?e siglo, en el XIIIe siglo y para campañas posteriores; en que formas circulaban estos fierros ?

Sabemos que el hierro circulaba en la Edad Media en los dos sentidos por el Sena y también podía ser abastecido por tierra; podría haber sido producido por dominios del obispado o del cabildo catedralicio (el colegio de canónigos encargado de la gestión del edificio), y particularmente en los numerosos dominios ubicados a lo largo de la actual Île-de-France.

Tampoco es raro que varias fuentes, locales y más distantes, se mezclan durante las campañas de construcción. Las soldaduras observadas en la matriz de hierro de Notre-Dame sugieren el ensamblaje de varias partes para hacer cada grapa, cuyo origen puede ser diferente. Las impurezas contenidas en estas aleaciones ferrosas permiten abordar esta cuestión de la circulación de estos materiales.

En los antiguos procesos de producción en hornos bajos, utilizados principalmente hasta finales de la Edad Media, el hierro, producido en estado sólido, lleva en su matriz pequeños fragmentos de escoria (los residuos de la reducción), denominadas escorias de inclusiones, la composición del cual depende de la fracción no reducida del mineral utilizado.

El análisis químico de estas inclusiones, realizado por espectrometría de masas junto con un módulo de ablación láser, que facilita el análisis de volúmenes con un diámetro entre 30 y 100 micrómetros, proporciona acceso a su composición en oligoelementos.

Esta composición se puede comparar usando herramientas estadisticas a la de la macroescoria rechazada por los metalúrgicos en los sitios de producción.

Por lo tanto, una vasta investigación arqueológica debe llevarse a cabo en paralelo, en basándose en los hallazgos existentes en la región, con el fin de identificar los sitios de escoria que pudieron haber proporcionado este hierro y realizar los análisis necesarios para establecer estas comparaciones de firmas químicas.

La investigación no ha hecho más que empezar.

Maxime L'Héritier, Profesor de historia medieval, Universidad París 8 – Vincennes Saint-Denis

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Crédito de la imagen: Shutterstock.com / godongphoto / Catedral de Notre-Dame de París después del incendio, Francia, 30 de junio de 2019

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