去年四月，摧毁了标志性巴黎圣母院大片区域的火灾是一场国家悲剧。如今，几个月过去了，法国国家科学研究中心 CNRS 的科学家们正着手一项耗资数百万欧元的工程，研究这座拥有 850 年历史的建筑及其材料，目标是阐明其建造方式。火灾过后，科学家们获得了前所未有的机会接触到大教堂的结构——包括木材、金属制品和建筑地基——他们也希望他们的工作能够为修复工作提供信息。
研究可能“为巴黎圣母院的历史书写新的一页，因为目前仍有许多灰色地带”，波尔多-蒙田大学哥特式建筑历史学家伊夫·加莱特说道，他负责一个由 30 人组成的研究团队，调查砌体结构。
这座大教堂被认为是法国哥特式风格的最佳典范之一，始建于十二世纪。该建筑在中世纪进行了改造，并在十九世纪由建筑师欧仁·维奥莱-勒-杜克进行了大规模修复。但与法国和其他地方的其他哥特式古迹相比，它受到的科学研究却出奇地少，CNRS 尼斯历史文化和环境研究中心 CEPAM 的生物分子考古学家马丁·雷格特说道，她是巴黎圣母院项目的负责人之一。关于这座建筑仍然存在许多问题，例如哪些部分是中世纪的，以及维奥莱-勒-杜克是否重复使用了一些旧材料，雷格特说。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事。
4 月 15 日的火灾，可能是由电气故障引起的，摧毁了大教堂的屋顶和尖顶，并导致部分拱形天花板坍塌。墙壁仍然屹立，这座建筑最终将被修复——尽管这可能比最初预测的雄心勃勃的五年要长，而且预计将耗资数亿欧元。
但在那之前，建筑物的内部堆满了碎片：掉落的石制品、烧焦的木材和损坏的金属文物，所有这些现在都可以进行科学研究。游客的缺席也可能使使用雷达成像探测地基成为可能，而地基很少被研究。即使是结构中大部分未损坏的部分，现在也更容易进行检查，CNRS 吉夫-叙尔-伊薇特古代材料和老化预测实验室的历史金属文物专家菲利普·迪尔曼说，他正在与雷格特协调该项目。
建筑调查
CNRS 项目将侧重于七个主题：砌体结构、木材、金属制品、玻璃、声学、数字数据收集和人类学。总的来说，这项工作将涉及 25 个实验室的 100 多名研究人员，并将持续 6 年。
加莱特的团队将研究巴黎圣母院的石头，以确定供应石头的采石场，并“重建供应网络和遗址的经济状况”。研究用于粘合石头的砂浆可以揭示不同成分如何用于各种结构元素——拱顶、墙壁和飞扶壁。砂浆使用了由沉积石灰石制备的石灰，其中可能含有化石遗骸，可以揭示其来源。加莱特说，更好地了解历史材料可以为修复工作中的选择提供信息。
该团队还将分析剩余结构中因火灾高温、砌体结构倒塌和用于灭火的水造成的弱点。加莱特说，去年七月巴黎的极端热浪加剧了石头的损坏，这“残酷地烘干”并削弱了砌体结构。雷达研究将确定地基的稳固程度，然后修复人员才能在中殿和耳堂之间的交叉处架设脚手架，以便他们拆除十九世纪尖顶的不稳定残余部分。
在历史学家的帮助下，加莱特的团队希望更深入地了解哥特式建筑的结构工程整体，以及巴黎圣母院在其中的地位。
浴火重生
与此同时，一个由约 50 人组成的团队将专注于巴黎圣母院著名的木制品——尤其是拱顶上方屋顶空间中的木材“森林”——这些木材要么被烧毁，要么焦化地躺在中殿中。这些烧焦的遗骸对研究人员来说可能非常有价值。
“烧毁的结构构成了一个巨大的考古学实验室，”巴黎国家自然历史博物馆的考古学家艾莉克莎·杜弗雷斯说，她将领导多学科木材团队。该小组将包括考古学家、历史学家、树木年代学家、生物地球化学家、气候学家、木匠、林务员和专门研究木材力学的工程师。
“木材是非凡的信息来源，”雷格特说。初步观察证实，“森林”是由橡木制成的，但研究将查明所用木材的确切种类，并为研究人员提供有关中世纪木材建筑技术和工具的线索。
对木梁进行树轮年代测定可以揭示树木被砍伐的年份和地点，填补关于建造顺序的知识空白。“每棵树都在其组织内记录了它生长的环境，”杜弗雷斯说。她说，这种研究“如果没有火灾对结构的破坏，就永远无法进行”。
雷格特说，特别是，木材是一个气候档案。“环中氧和碳的同位素分析可以确定随时间变化的温度和降雨量，”她说。巴黎圣母院使用的树木生长在十一世纪到十三世纪之间，当时正值被称为中世纪气候适宜期的温暖时期，为自然气候变暖提供了一个参考时期，以便与今天的人为变暖进行比较。“这个时期知之甚少，因为那个时期的木材很少见，”杜弗雷斯说。
金属和砌体结构
一个单独的团队将调查大教堂的金属制品——特别是用于支撑石头和木制品的产品。“我们想了解在不同的建造和修复阶段中铁骨架的使用情况，”巴黎第八大学考古学家马克西姆·莱里捷说，他将领导这项研究。例如，金属棒被用来支撑受拉的砌体结构部分，中世纪的建筑商有时会在石制品中插入铁链来加强它。莱里捷说，以前从未有人研究过从中古世纪到十九世纪如此长的时间内，大教堂建筑中钢铁使用变化的研究。
他的团队还将研究屋顶上的铅——其中大部分在火灾中受损或熔化。研究人员旨在开发一个化学参考数据集，记录材料中铅同位素的比率和微量元素的存在，“以了解铅质量和供应的演变”——例如，确定金属来自哪个矿山。该小组还想调查在十九世纪修复屋顶时回收了多少铅。这些结果也可能使研究人员能够计算出火灾向环境中释放了多少铅——这对附近地区来说是一个潜在的健康危害。
全面进入？
收集和挖掘材料进行分析具有挑战性。主要有三堆碎片——在中殿、交叉处和北耳堂——以及仍然在剩余拱顶顶部的材料。但迪尔曼说，出于安全原因，这些区域目前禁止人员进入——因此机器人和无人机必须完成所有收集工作。其中一些材料最终可能会在修复中重复使用。
“第一个挑战是收集所有木制元素，无论其碳化程度如何，”迪尔曼说。他说，到目前为止，已经收集并标记了近 1,000 个碎片——但工作才刚刚开始。杜弗雷斯说，这些木材至少在未来三个月内无法供研究人员使用，因为它目前铅污染太严重。研究人员需要校准木材中的化学特征如何被火灾的高温改变。“我知道我们将面临技术问题，但我仍然充满信心，”杜弗雷斯说。
收集和分析需要精确而彻底地记录下来。CNRS 马赛混合研究单位的建筑数字测绘专家利维奥·德·卢卡将领导一个团队，致力于创建一个“数字生态系统”，总结科学研究以及大教堂的当前和先前状态，借鉴科学家、历史学家、考古学家、工程师和策展人的工作——甚至可能借鉴旧的游客照片。
“它将像大教堂的‘数字双胞胎’一样，能够随着研究的进展而发展，”德·卢卡说。它将包括用于建筑物及其属性的 3D 可视化的在线模型——一种巴黎圣母院的谷歌地球，由数十亿个数据点创建，结构的历史和演变叠加在空间地图上。
除了加深我们对这座纪念性建筑的理解之外，雷格特希望科学研究将在其遭受破坏的拱顶再次升起时发挥作用。她说，研究结果可能“阐明社会将不得不为修复做出的选择”。她也希望，它们可以帮助防止再次发生如此灾难性的事故。
本文经许可转载，于 2020 年 1 月 8 日首次发布。