巴黎聖母院

巴黎聖母院的建材揭示了其秘密

2019年7月17日,巴黎聖母院重建工程俯瞰。
2019年7月17日,巴黎聖母院重建工程俯瞰。 STEPHANE DE SAKUTIN / AFP

雖然千瘡百孔,但仍傲然挺立在西岱島上。始建於12世紀下半葉的聖母院,在2019年4月15日經歷的可怕火災,重啟了它的建築工程。除去災難性的毀壞不說,聖母院揭開了它建築背後的秘密。兩年後的今天,聖母院的工地正在上演一項大型科學調查研究,研究調動了多個專家小組,尤其是建築材料中的石頭和鐵質器件組成聖母院的骨架。專家們正在研究這一骨架,以便了解12和13 世紀的工匠是如何建成一座,比同時代建築高得多的大教堂。同時還要為負責聖母院重建工程的建築設計師引導方向。

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為了收集有關聖母院的建築工程秘密的痕跡,工地金屬科學研究組的負責人考古學家馬克西姆-埃爾提耶走遍了聖母院的每個角落。大教堂的尖塔和頂棚的木製構架的毀塌,揭開了驚人發現:教堂石料牆體中使用了金屬部件——鐵鉤。埃爾提耶表示:頂棚的木樑就是架在這些鐵鉤上的,這也是因為火災而發現使用金屬在聖母院建築中的用途之一。金屬研究人員在聖母院的上部的牆壁中發現了一系列數目眾多的鐵鉤,直到主堂旁邊的耳堂,地面,甚至教堂的第一層建築看台上都有使用。

這些加固鐵鉤無疑只是巨大鐵質骨架顯露出來的一小部分。為了揭開聖母院石牆中使用了鐵器的規模到底有多大;研究人員利用金屬探測儀,來探尋還石料中藏着的東西。埃爾提耶表示:目前還只是處於修復工程的初期,始建過程中似乎進行過一些試驗,至少在建築師方面,為了建比同時代其他建築更高的建築,建築師希望加固建築,工程一開始,就用鐵在不同樓層進行加固。

當埃爾提耶和他的組員繼續用探測儀掃描聖母院的基石的時候,另一個研究小組在他們上方三十米處,正在工作。巨型的內部頂棚木樑,讓石料組人員能夠近對聖母院的拱頂進行近距離研究;火災前,這是不可能的實現的。受火災的影響,拱頂結構特別脆弱,而其建築技術的細節目前還不為人知。由藝術史學者和土木工程專家組成的研究組成員,利用採樣鑽頭在拱頂的石縫中,小心地取出粘合石頭的灰漿樣本。

藝術史學者巴約樂介紹說:“灰漿的樣本可以在多個層面給我們提供幫助,採集多個樣本進行比較,灰漿樣本有12世紀的,13世紀的,以及能送表面觀察的灰漿,從拱頂的不同部位採集的灰漿對建築結構起到的作用也不同,那麼是不是要在不同地部位使用同樣的灰漿,它的作用時怎樣的,所有這些都是我們要尋找答案的疑問”。

如果說灰漿的樣本是用鑽探取樣,那是為了不損壞已經八百歲的建築結構。石頭研究組還可以依靠另一個來源來搜集樣本。豐富的古跡收藏品,暫時保存在教堂前的廣場上。火災後,在教堂內廢墟中找到的殘留物都集中在這裡。

幾步之外,石頭研究組的負責人,藝術考古學者伊夫-卡萊正在面對一圈拱頂的石頭,試圖將它們重新組合。這些石頭是聖母院最大拱頂的石頭,頂棚塌毀後,在教堂的地上找到。根據珍貴的檔案照,藝術考古學者和他的團隊石頭試圖通過將石頭按序排列將拱頂還原。同時還對石頭之間的接觸面,進行研究,在這之前因建築的結構,這些接觸面是沒法看到的。在 這些石頭的接觸面上還可以看到,當年石匠打鑿的痕跡,這些痕跡很可能指出了石頭組裝時的方向。

卡萊表示:對石塊所有的面進行研究是很珍貴的機會;一方面我們的前輩從沒能近距離觀察它們,這些石面自12 ,13世紀以來就沒人看見過;另一方面,對哥特式建築專業的藝術史考學者,對研究建築的考古學者來說,研究這些石面就好像是在看一本打開的書;這是可怕火災留下的一個值得高興的結果,可也是第一次能從細節觀察聖母院,我們的目的是去弄懂這一建築是怎樣思考設計,然後施工的, 以及從視覺上向首席建築師提供幫助,儘可能地遵守原始建築地進行修復,儘可能地復原中世紀人的技術,思考方式和動作。

拱頂石的重組,給學者提供了不用損壞簡述本身而採取灰漿樣品的好機會。而為了了解這些灰漿成分的,則要跟着這些樣品去南錫,到洛林大學和Jean Lamour 研究所的實驗室;研究人員分析這些灰漿樣品,發現其成分組成。樣品非常稀有,土木工程材料研究員讓-米歇爾-梅齊凌和他的同事,先將灰漿樣品進行了三維掃描保存,然後將樣品研成細粉,在顯微鏡的鏡頭下顯示出了砂漿孔,石英粒,石灰結,大約是12世紀的混合。

梅齊凌表示:灰漿大概是用沙子,水和粘合物的混合。聖母院用的粘合物是以石灰為基礎。有的粘合物是以石膏粉為主。這些灰漿的作用就是在石塊之間起到粘合作用;想必這些灰漿也有輸送建築結構中的承重直到地基里的作用。

灰漿的樣品在這些實驗室里接受多種儀器的驗測,以便驗出其材料的基礎化學成分,找到這些灰漿特有的標記,或是對部分晶體進行編輯,來試圖找到原始配方。第一部分的研究結果顯示灰漿質地相當均勻。泥瓦工做的接縫特別薄,這能給拱頂的石頭更好的結構支撐

梅齊凌說:“我們試着做了某些灰漿,來了解,如灰漿在第一個星期里,凝固,乾燥的變化。考古同事也想知道,比如拱頂完成後是不是可以很快地蓋上。這種研究方式,希望能帶來更多的論據, 也許能讓人了解更多一點,中世紀的大教堂是怎樣建成的”。

在等待更多地了解這些灰漿的時候,聖母院工作的科研人員也關注在工地上發現的金屬樣品。考古材料研究所在巴黎南郊薩克萊法國原子能和替代能源委員會(CEA)的實驗室里,研究人員將鐵鉤切割成小片,拋光後,用試劑腐蝕,讓金屬顯示其結構,尤其是含有碳痕跡的切割面,能證實這些樣品。

考古學者迪勒曼表示:“關於金屬有很重要的問題,首先它是什麼時代用在聖母院的?是否是中世紀一開始建的時候就用了,還是十九世紀Eugène Viollet-le-Duc主持修繕時用的?因為我們知道他在修繕中用了金屬,但是我們找到了比他用的多得多的金屬。目前我們很興奮,因為樣品時間的第一批結果已經開始出來了;大教堂一層使用的所有鐵鉤確實是一開始建時候就用的。事實上,是哥特建築中最早使用鐵的證明,我們在研究金屬中雜質的時候,可以追溯到這種金屬的化學標記,這種標記簡直就是礦石的指紋,根據它可以找到出產礦。所以我們可以進行調查,依據標記對不同地方的產品進行比較,收集數據,保存在我們的信息庫里”。

在顯微鏡下,金屬樣品還顯示出了煅接的痕跡,顯示鐵匠將三種不同的鐵條疊加煅接在一起,做成鐵鉤,化學分析試驗證明中間的鐵條和兩邊的不是來自同一種礦石。

對此,一位研究人員解釋說:“我們並不是在中世紀對新材料的讚揚,即使是在像巴黎聖母院這樣有條件的大型建築工程上,也要不惜一切代價去尋找最高科技的新材料。在這裡,我們看到的是一種考慮到所有可能性的供應,所以可能是新材料,但也有一部分是回收的,因為它在某種程度上是一種正常的供應來源。

這個實驗室的研究僅僅是讓人們對巴黎聖母院的建築歷史有了新的認識,這些數據也將為負責巴黎聖母院保護和修復的公營機構對承包方,對所正在進行項目的管理提供思考,讓科學幫助這一哥特藝術的鳳凰,從灰燼中涅槃重生。