去年四月，摧毀了標誌性巴黎聖母院大片區域的火災是一場國家悲劇。如今，幾個月過去了，法國國家科學研究中心 CNRS 的科學家們正著手一項耗資數百萬歐元的工程，研究這座擁有 850 年曆史的建築及其材料，目標是闡明其建造方式。火災過後，科學家們獲得了前所未有的機會接觸到大教堂的結構——包括木材、金屬製品和建築地基——他們也希望他們的工作能夠為修復工作提供資訊。
研究可能“為巴黎聖母院的歷史書寫新的一頁，因為目前仍有許多灰色地帶”，波爾多-蒙田大學哥特式建築歷史學家伊夫·加萊特說道，他負責一個由 30 人組成的研究團隊，調查砌體結構。
這座大教堂被認為是法國哥特式風格的最佳典範之一，始建於十二世紀。該建築在中世紀進行了改造，並在十九世紀由建築師歐仁·維奧萊-勒-杜克進行了大規模修復。但與法國和其他地方的其他哥特式古蹟相比，它受到的科學研究卻出奇地少，CNRS 尼斯歷史文化和環境研究中心 CEPAM 的生物分子考古學家馬丁·雷格特說道，她是巴黎聖母院專案的負責人之一。關於這座建築仍然存在許多問題，例如哪些部分是中世紀的，以及維奧萊-勒-杜克是否重複使用了一些舊材料，雷格特說。
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4 月 15 日的火災，可能是由電氣故障引起的，摧毀了大教堂的屋頂和尖頂，並導致部分拱形天花板坍塌。牆壁仍然屹立，這座建築最終將被修復——儘管這可能比最初預測的雄心勃勃的五年要長，而且預計將耗資數億歐元。
但在那之前，建築物的內部堆滿了碎片：掉落的石製品、燒焦的木材和損壞的金屬文物，所有這些現在都可以進行科學研究。遊客的缺席也可能使使用雷達成像探測地基成為可能，而地基很少被研究。即使是結構中大部分未損壞的部分，現在也更容易進行檢查，CNRS 吉夫-敘爾-伊薇特古代材料和老化預測實驗室的歷史金屬文物專家菲利普·迪爾曼說，他正在與雷格特協調該專案。
建築調查
CNRS 專案將側重於七個主題：砌體結構、木材、金屬製品、玻璃、聲學、數字資料收集和人類學。總的來說，這項工作將涉及 25 個實驗室的 100 多名研究人員，並將持續 6 年。
加萊特的團隊將研究巴黎聖母院的石頭，以確定供應石頭的採石場，並“重建供應網路和遺址的經濟狀況”。研究用於粘合石頭的砂漿可以揭示不同成分如何用於各種結構元素——拱頂、牆壁和飛扶壁。砂漿使用了由沉積石灰石製備的石灰，其中可能含有化石遺骸，可以揭示其來源。加萊特說，更好地瞭解歷史材料可以為修復工作中的選擇提供資訊。
該團隊還將分析剩餘結構中因火災高溫、砌體結構倒塌和用於滅火的水造成的弱點。加萊特說，去年七月巴黎的極端熱浪加劇了石頭的損壞，這“殘酷地烘乾”並削弱了砌體結構。雷達研究將確定地基的穩固程度，然後修復人員才能在中殿和耳堂之間的交叉處架設腳手架，以便他們拆除十九世紀尖頂的不穩定殘餘部分。
在歷史學家的幫助下，加萊特的團隊希望更深入地瞭解哥特式建築的結構工程整體，以及巴黎聖母院在其中的地位。
浴火重生
與此同時，一個由約 50 人組成的團隊將專注於巴黎聖母院著名的木製品——尤其是拱頂上方屋頂空間中的木材“森林”——這些木材要麼被燒燬，要麼焦化地躺在中殿中。這些燒焦的遺骸對研究人員來說可能非常有價值。
“燒燬的結構構成了一個巨大的考古學實驗室，”巴黎國家自然歷史博物館的考古學家艾莉克莎·杜弗雷斯說，她將領導多學科木材團隊。該小組將包括考古學家、歷史學家、樹木年代學家、生物地球化學家、氣候學家、木匠、林務員和專門研究木材力學的工程師。
“木材是非凡的資訊來源，”雷格特說。初步觀察證實，“森林”是由橡木製成的，但研究將查明所用木材的確切種類，併為研究人員提供有關中世紀木材建築技術和工具的線索。
對木樑進行樹輪年代測定可以揭示樹木被砍伐的年份和地點，填補關於建造順序的知識空白。“每棵樹都在其組織內記錄了它生長的環境，”杜弗雷斯說。她說，這種研究“如果沒有火災對結構的破壞，就永遠無法進行”。
雷格特說，特別是，木材是一個氣候檔案。“環中氧和碳的同位素分析可以確定隨時間變化的溫度和降雨量，”她說。巴黎聖母院使用的樹木生長在十一世紀到十三世紀之間，當時正值被稱為中世紀氣候適宜期的溫暖時期，為自然氣候變暖提供了一個參考時期，以便與今天的人為變暖進行比較。“這個時期知之甚少，因為那個時期的木材很少見，”杜弗雷斯說。
金屬和砌體結構
一個單獨的團隊將調查大教堂的金屬製品——特別是用於支撐石頭和木製品的產品。“我們想了解在不同的建造和修復階段中鐵骨架的使用情況，”巴黎第八大學考古學家馬克西姆·萊裡捷說，他將領導這項研究。例如，金屬棒被用來支撐受拉的砌體結構部分，中世紀的建築商有時會在石製品中插入鐵鏈來加強它。萊裡捷說，以前從未有人研究過從中古世紀到十九世紀如此長的時間內，大教堂建築中鋼鐵使用變化的研究。
他的團隊還將研究屋頂上的鉛——其中大部分在火災中受損或熔化。研究人員旨在開發一個化學參考資料集，記錄材料中鉛同位素的比率和微量元素的存在，“以瞭解鉛質量和供應的演變”——例如，確定金屬來自哪個礦山。該小組還想調查在十九世紀修復屋頂時回收了多少鉛。這些結果也可能使研究人員能夠計算出火災向環境中釋放了多少鉛——這對附近地區來說是一個潛在的健康危害。
全面進入？
收集和挖掘材料進行分析具有挑戰性。主要有三堆碎片——在中殿、交叉處和北耳堂——以及仍然在剩餘拱頂頂部的材料。但迪爾曼說，出於安全原因，這些區域目前禁止人員進入——因此機器人和無人機必須完成所有收集工作。其中一些材料最終可能會在修復中重複使用。
“第一個挑戰是收集所有木製元素，無論其碳化程度如何，”迪爾曼說。他說，到目前為止，已經收集並標記了近 1,000 個碎片——但工作才剛剛開始。杜弗雷斯說，這些木材至少在未來三個月內無法供研究人員使用，因為它目前鉛汙染太嚴重。研究人員需要校準木材中的化學特徵如何被火災的高溫改變。“我知道我們將面臨技術問題，但我仍然充滿信心，”杜弗雷斯說。
收集和分析需要精確而徹底地記錄下來。CNRS 馬賽混合研究單位的建築數字測繪專家利維奧·德·盧卡將領導一個團隊，致力於建立一個“數字生態系統”，總結科學研究以及大教堂的當前和先前狀態，借鑑科學家、歷史學家、考古學家、工程師和策展人的工作——甚至可能借鑑舊的遊客照片。
“它將像大教堂的‘數字雙胞胎’一樣，能夠隨著研究的進展而發展，”德·盧卡說。它將包括用於建築物及其屬性的 3D 視覺化的線上模型——一種巴黎聖母院的谷歌地球，由數十億個資料點建立，結構的歷史和演變疊加在空間地圖上。
除了加深我們對這座紀念性建築的理解之外，雷格特希望科學研究將在其遭受破壞的拱頂再次升起時發揮作用。她說，研究結果可能“闡明社會將不得不為修復做出的選擇”。她也希望，它們可以幫助防止再次發生如此災難性的事故。
本文經許可轉載，於 2020 年 1 月 8 日首次釋出。