Di ferro e fuoco: i metalli di Notre-Dame attraverso i secoli

La ricerca condotta negli ultimi vent'anni ha mostrato che le cattedrali gotiche del XIII^e secolo, come Bourges, Chartres, Rouen o Troyes usava il ferro come materiale da costruzione. Le grandi chiese del XII^e secolo rimangono relativamente sconosciuti.

L'incendio di Notre-Dame de Paris ha rivelato che anche la struttura della cattedrale, eretta a partire dal 1160, era rinforzata con numerosi telai in ferro. Alcuni di essi, nascosti nella pietra o nell'intelaiatura, erano finora sconosciuti.

Le metodologie sviluppate in più di vent'anni e già testato su decine di edifici medievali permettono di mettere in discussione le costruzioni in ferro scoperte a Notre-Dame per rinnovare la nostra conoscenza di questa costruzione e delle antiche tecniche costruttive, ma anche quella dell'economia del ferro in epoca medievale.

Diverse dozzine di raccordi in ferro, danneggiati dall'incendio o rimossi durante i restauri, possono ora essere esaminati sotto l'occhio di microscopi ottici ed elettronici. Si tratta sia di "graffette" attuate nella muratura, nelle tribune, nelle colonne monolitiche, e nella sommità delle pareti sotto il telaio bruciato, ma anche rinforzi legati al telaio stesso (chiodi di varie dimensioni, calettati e bullonati aste) che testimoniano i restauri nel corso dei secoli.

Le microstrutture di questi elementi metallici racchiudono parte della storia di Notre-Dame de Paris e del suo sito, che oggi sono esplorate da archeologi, chimici e archeologi - specialisti nell'analisi fisico-chimica dei materiali antichi, raccolti all'interno del Gruppo di lavoro dei metalli du Sito scientifico di Notre-Dame.

Quali metalli per i costruttori di cattedrali?

La prima domanda è quella del qualità del metallo utilizzato dai costruttori. Quali scelte hanno fatto sia in epoca medievale che durante i restauri? Il fuoco ha alterato le proprietà di questi ferri da costruzione? L'osservazione delle superfici levigate al microscopio ottico, previa incisione con specifici reagenti chimici, rivela la microstruttura di queste leghe ferrose, la loro sagomatura (pieghe, saldature, ecc.) e ne valuta il grado di eterogeneità.

I ferri antichi sono infatti spesso eterogenei, in relazione ai processi produttivi utilizzati, in particolare i forni bassi, che non consentono la produzione di ferro in fase liquida prima della metà dell'ottocento.^e secolo. In particolare, contengono livelli variabili di carbonio o fosforo (i due elementi principali che si combinano con il ferro), formando materiali compositi tra ferro, acciaio dolce e ferro fosforoso.

Le prove di durezza possono essere eseguite per scoprire le rispettive durezze. Questi vecchi ferri contengono anche molte impurità non metalliche, dette "inclusioni di scorie", che sono tutti punti deboli nella struttura del materiale.

Da campioni di oggetti interi, è possibile lavorare provini di trazione, ovvero parti di fabbricazione e dimensioni standard, per sottoporle a prove meccaniche e determinare le proprietà fisiche di tali materiali (modulo elastico, carico di rottura, allungamento a rottura, ecc.). A Notre-Dame, le analisi hanno mostrato che il ferro medievale, come quello utilizzato nel XNUMX^e secolo, ha proprietà meccaniche inferiori a quelle delle leghe contemporanee, come già stabilito su altri monumenti medievali e moderni.

Tuttavia, il fuoco non sembra aver alterato la microstruttura del ferro o le sue già limitate proprietà meccaniche. Queste informazioni possono essere utilizzate per il restauro e per alimentare riflessioni sul riutilizzo di questi materiali.

Comprendere meglio la sequenza temporale di costruzione

La seconda domanda riguarda la cronologia dei rinforzi attuati.

Le piccole quantità di carbonio presenti nelle zone siderurgiche di queste leghe ferrose (l'acciaio è una lega ferro-carbonio) consentono l'accesso a dati cruciali in termini di datazione. Lo sappiamo oggi estrarre quel carbonio, che proviene dal carbone utilizzato nel forno di riduzione che produceva il ferro, per effettuare una datazione al carbonio-14.

Le zone d'acciaio rilevate dall'attacco metallografico vengono rimosse con un trapano, quindi il carbonio viene estratto per combustione e recuperato in forma gassosa (CO₂) e infine ridotto a grafite. La spettrometria di massa con acceleratore di particelle (AMS) effettuata all'LMC14 permette poi di determinare la quantità di carbonio-14 rimanente e di confrontarla con la curve di riferimento per determinare l'età del materiale e dedurre il periodo di produzione del ferro.

Questa tecnica, messa a punto meno di dieci anni fa per datare vecchie leghe ferrose, permette di distinguere i rinforzi contemporanei della costruzione da quelli aggiunti a posteriori come consolidamenti.

Ad esempio, il confronto tra la datazione delle graffette poste nelle gallerie del coro (costruito intorno al 1160-1170), quelle della navata, successive, e quelle alla sommità delle alte mura all'inizio del XIII^e secolo, farà luce anche sul graduale inserimento di questo materiale negli edifici e ricostruirà il pensiero dei costruttori che lo utilizzarono.

Allo stesso modo, nella cornice, più volte rimaneggiata e dove sono utilizzate più cornici, la datazione consentirà di evidenziare le fasi di restauro antecedenti al Seicento.^e secolo, ancora del tutto sconosciuto, incrociando queste informazioni con lo studio del legno condotto in parallelo.

Da dove viene il ferro di Notre Dame?

La terza domanda riguarda la provenienza di questi materiali. Dove venivano prodotte queste tonnellate di ferro? Come è stato rifornito di metallo il cantiere nel dodicesimo^e secolo, nel XIII^e secolo e per le campagne successive; in quali forme circolavano questi ferri ?

Sappiamo che il ferro circolava nel medioevo in entrambe le direzioni sulla Senna e poteva essere fornito anche via terra; potrebbe essere stato prodotto da domini del vescovado o del capitolo della cattedrale (il collegio dei canonici incaricato della gestione dell'edificio), e in particolare nei numerosi domini dislocati nell'attuale Île-de-France.

Inoltre, non è raro diverse fonti, locali e più lontane, si confondono durante le campagne di costruzione. Le saldature osservate nella matrice in ferro di Notre-Dame suggeriscono l'assemblaggio di più parti per realizzare ogni fiocco, le cui origini possono essere diverse. Le impurità contenute in queste leghe ferrose consentono di affrontare questa questione della circolazione di questi materiali.

Nei vecchi processi di produzione in bassi forni, utilizzati principalmente fino alla fine del medioevo, il ferro, prodotto allo stato solido, porta nella sua matrice piccoli frammenti di scoria (gli scarti della riduzione), detti inclusioni di scoria, la composizione di cui dipende dalla frazione non ridotta del minerale utilizzato.

L'analisi chimica di queste inclusioni, eseguita mediante spettrometria di massa accoppiata con un modulo di ablazione laser, che facilita l'analisi di volumi con un diametro compreso tra 30 e 100 micrometri, fornisce l'accesso alla loro composizione di oligoelementi.

Questa composizione può essere confrontata utilizzando strumenti statistici a quello delle macroscorie scartate dai metallurgisti nei siti produttivi.

Pertanto, una vasta indagine archeologica deve essere svolta in parallelo, in basandosi sui risultati esistenti nella regione, al fine di identificare i siti di scorie che potrebbero aver fornito questo ferro e di effettuare le analisi necessarie per stabilire questi confronti di firme chimiche.

L'indagine è appena iniziata.

Maxime L'Héritier, Docente di Storia medievale, Università Paris 8 – Vincennes Saint-Denis

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto licenza Creative Commons. Leggi ilarticolo originale.

Credito immagine: Shutterstock.com/godongphoto/Cattedrale di Notre-Dame de Paris dopo l'incendio, Francia, 30 giugno 2019