Séminaire Paris au Moyen Âge [2] du 23 janvier 2026 : «Approvisionnement et usage du fer et du plomb sur le chantier de Notre-Dame de Paris»
Maxime L’Héritier (en collaboration avec Sandrine Baron, Aurélia Azéma, Diane Daussy, Guillaume Sarah) : « L’approvisionnement en plomb du chantier de Notre-Dame de Paris sur la longue durée (XIIe-XIXe siècle) »
L’étude porte sur le chantier de Notre-Dame à l’époque médiévale et sur le recyclage du plomb du Moyen Âge au XIXe siècle. À la suite de l’incendie de Notre-Dame en avril 2019, s’est mis en place un vaste chantier scientifique s’appuyant sur neuf groupes de travail thématiques. L’enjeu du chantier scientifique était d’accompagner les maîtres d’œuvre et d’ouvrage sur les matériaux et leur réutilisation, en même temps que de mener des projets de recherche sur le monument et les vestiges. Une procédure de recherche a été lancée sur les parties brûlées et sur les parties non brûlées. Avec l’incendie et la restauration, certaines parties de la cathédrale ont été accessibles de manière complètement inédite (2020-2023). Le plomb, malgré sa présence dans la cathédrale, est resté un matériau méconnu. Pour la couverture, on avait des données du XVIIIe siècle. La couverture qui a brûlé était la troisième depuis la construction de la cathédrale. En général, les travaux sur le plomb sont moins nombreux que ceux sur le bois, le plâtre ou le fer. La partie sommitale a brûlé, pas les parties des XIIe et XIIIe siècles dans les maçonneries.
Les usages du plomb dans la construction : de la plasticité au prestige
L’usage principal du plomb concerne le vitrail dès l’époque médiévale. On parle de dizaines à des centaines de tonnes de plomb (cf. à la cathédrale de Troyes). Le deuxième usage est le scellage des armatures de fer. Le plomb accroche le fer dans la maçonnerie. Il est utilisé pour son élasticité. Il protège le fer de l’oxydation. Plusieurs kilos sont utilisés par scellement et il y a plusieurs milliers de scellements. Il est utilisé pour absorber certaines contraintes de la maçonnerie (cf. collégiale de Mantes-la-Jolie). Des galettes facilitent le tassement des éléments fragiles. Il y a un jeu entre le plomb et le mortier. Le troisième usage concerne les couvertures, même si ce n’est pas systématique pour les cathédrales. Le plomb est conditionné sous forme de tables assemblées les unes avec les autres. La cathédrale de Clermont est couverte de tables de 50 à 200 kg. Une couverture rassemble plusieurs centaines de tonnes.
- Concernant la production du plomb, il vient des mines d’argent. La mine de Melle produit par exemple 99 % de plomb pour 1% d’argent C’est similaire pour la mine de Castel Minier (cf. F. Tereygeol). C’est un matériau qui se recycle bien (point de fusion bas à 327° C). Sa production est liée à de grands seigneurs. La mine de Melle donne une rente en plomb à l’abbaye de Saint-Denis. Les rois Plantagenêts dotaient en plomb des monastères (cf. F. Madeline).
- Le plomb a un caractère fonctionnel. C’est un matériau prestigieux au Moyen Âge, surtout quand il est mis en œuvre dans les faîtages ou les couvertures. Il est présent dans des édifices prestigieux (cf. Paris, Rouen, Beauvais, Clermont, Canterbury, Cologne…). C’est un métal qui se caractérise par sa brillance. Il accompagne la quête de lumière. Les couvertures en plomb ont un caractère ostentatoire (cf. château de Saumur). On utilise du plomb doré. On restaure à l’identique au XIXe siècle.
- C’est un matériau qui fait partie d’une forme de symbolique au Moyen Âge. Il y a un renouveau au XIXe siècle avec la mise en valeur de techniques médiévales par Viollet-le-Duc. La forme, la technique et la fonction ne font qu’un. On utilise du plomb coulé pour les couvertures qui sont restaurées (cf. Notre-Dame de Paris).
Le plomb à Notre-Dame de Paris
Notre-Dame de Paris a un double héritage : médiéval et fortement ancré dans le XIXe siècle. Le plomb est utilisé pour le scellement des fers, les vitraux (mais il n’y a pas d’études spécifiques parce qu’ils ont été restaurés) et l’absorption des contraintes.
La couverture est en plomb dès la fin du XIIe siècle, comme en témoigne le don de 100 livres par Maurice de Sully dans son testament (1196) (ad tectum nove fabrice faciendum plumbeum). Cela concerne la couverture du chœur ou du transept. Il y a une première flèche (cf. Froissart). Cette image montre le caractère éclatant du matériau et l’orientation des tables de plomb.
Tous les plombs extérieurs ont été refaits au XIXe siècle, ainsi que la couverture et la flèche. La sacristie a été refaite au XVIIIe siècle.
Trois couvertures de plomb au moins se sont succédé :
- Une première à la fin du XIIe-XIIIe siècle (pose verticale), sachant que la charpente a été refaite en 1230.
- La deuxième a été posée vers 1720 (pose horizontale, avec des tables plus longues et moins nombreuses) ; la flèche est démontée.
- La troisième a été posée à partir de 1850 par Viollet-le-Duc (200 t. de plomb). On choisit une pose verticale (avec des tables plus petites) ; on y ajoute la flèche et une crête de faîtage (300 t.). On utilise du plomb coulé sur sable (pas de laminage). Il y a une valorisation de la qualité du matériau et du travail de restauration. C’est un plomb recyclé. Il y a des mises en forme par martelage sur des âmes en fer. La flèche est encastrée dans la couverture.
Après l’incendie, il y a eu une approche archéologique des matériaux retrouvés et des analyses chimiques. On a pu faire une évaluation du recyclage du plomb. Toutes les couvertures ont des quantités d’étain importantes (en particulier sur le grand comble et sur la sacristie). Cette valeur est à mettre en lien avec recyclage au XIXe siècle. Il y a eu récupération et refonte du plomb de la couverture du XVIIIe pour mettre en place celle du XIXe siècle. Dans le grand comble, on a de l’étain dans les scellements médiévaux : il y avait déjà du recyclage. Il y a des éléments recyclés ou non. On a utilisé du plomb neuf pour la flèche et ses décors au XVIIIe siècle et pour les éléments du XXe siècle. On trouve des éléments d’argent et de bismuth. Les procédés anciens d’extraction de l’argent expliquent la présence de beaucoup de bismuth dans le plomb. Les plombs plus récents n’ont plus de bismuth / argent.
Les analyses isotopiques des scellements du XIIe-XIIIe siècle témoignent d’une origine proche. Les tables du grand comble n’ont pas les mêmes plombs. Pour les décors de la flèche, il y a eu d’autres sources. Les plombs médiévaux ont eu initialement la même source, qu’ils soient ou non recyclés. Une mine prédomine le marché sur le chantier de Notre-Dame. Pour la sacristie, il y a deux groupes différents selon la teneur en étain : un groupe recyclé et un groupe de provenance différente. La couverture principale est très différente des scellements médiévaux. La couverture du XIXe recycle celle du XVIIIe siècle. Est-ce que le plomb de la couverture a été complètement changé au XVIIIe siècle ? Est-ce que le plomb de la couverture médiévale avait une autre origine que le reste du chantier ? Sur le chantier de la cathédrale de Clermont, il y a eu le projet de réemployer le plomb. Le recyclage est connu par les teneurs en étain. Au Moyen Âge, une partie du plomb était recyclée et une autre qui n’a pas été recyclée. La couverture du XVIIIe siècle vient de nouvelles sources de plomb. Pour le Moyen Âge, le plomb vient du Nord de l’Europe (Angleterre, Nord de la France). Aux XVIIIe (sacristie) et XIXe siècle, il vient du Sud de l’Europe (Espagne). Le plomb espagnol, d’après les archives du XIXe siècle (cabotage) arrive en 1850/1860 au niveau des ports français. C’est du plomb venant de la région de Carthagène en Espagne (Murcie / La Carolina) par l’intermédiaire des compagnies anglaises. Il arrive à Paris.
Conclusion
Il y a eu un recyclage important à toutes les époques, notamment au XIXe siècle. Au Moyen Âge, il y a eu une source de plomb unique sur le chantier de Notre-Dame de Paris. Les données isotopiques sont en cours de publication. Pour les chantiers de Mantes-la-Jolie ou des Bernardins, c’est la même source de plomb. Il y a un travail à faire sur la circulation du plomb. Pour Paris, il y a eu une source unique pendant près d’un siècle. Le chantier de la sacristie du XVIIIe siècle s’approvisionne aux mêmes sources. Pour le grand comble, il y a eu une autre source à cause des quantités en jeu et du prestige. Il y a eu des circuits d’approvisionnement spécifiques. Le plomb espagnol a été utilisé pour la flèche et une partie de la sacristie au XIXe siècle. C’est un cadre de recherche dynamique. Actuellement une BDD est en cours de déploiement (TERRALID). Il faut établir d’autres points de comparaison. Notre-Dame de Paris est un cas d’école. Le RT MAESTRO (2025-2028) a pour objectif d’appréhender les défis des grands monuments.
Discussion
Hélène Noizet (HN) : Quelle est la source du plomb médiéval ?
Maxime L’Héritier (MLH) : Les analyses pointent vers le Nord de l’Europe (Alsace, Nord du Massif central, espace germanique, Angleterre). Les analyses isotopiques du plomb se fondent sur des analyses anciennes. Pour l’Espagne, les données ont été reprises récemment et sont plus précises.
HN : Il y a une rupture avec l’arrivée du plomb espagnol au XIXe siècle. Les contraintes de transports sont-elles très lourdes ? Combien de bateaux faut-il ? Est-ce que l’on peut déterminer la contrainte de transport ?
MLH : Au Moyen Âge, il n’y a pas le choix d’un matériau en termes de qualité. C’est le travail qui lui donne sa qualité. Concernant les contraintes de transport, il n’y a pas de calcul. C’est un pondéreux. On atteint vite des masses importantes. Il faut plusieurs bateaux, ce qui est une forme de contrainte. Tout circule par voies d’eau ou par terre. À la fin du XVe siècle, à la cathédrale de Troyes, on cite l’utilisation de plomb de Liège. C’est une place marchande. Il y a aussi du fer d’Espagne qui arrive à Troyes. Il faut également penser à l’influence des canaux de circulation fluviale.
Caroline Bourlet (CB) : Cette circulation est à rapprocher du transport de la dinanderie.
Est-ce qu’une plaque de plomb exposée pendant des siècles cela s’oxyde ?
MLH : Il y a une perte de matériau par ruissellement. C’est un matériau qui s’oxyde peu et qui peut être recyclé. Le plomb se détériore au contact du bois. Avant l’incendie, la flèche de la cathédrale devait être restaurée à cause du contact avec le bois.
HN : Comment fonctionne la technique du coulage sur sable ?
MLH : On prépare une aire de sable en légère pente ; on coule le plomb sur cette aire pour avoir des tables ; au Moyen Âge, c’est installé sur le chantier. Le plomb arrive sous forme de lingots. Il est retravaillé sur place. Le scellement est coulé sur place.
Benoît Descamps (BD) : Comment s’organisent les mines d’argent en France ?
MLH : En France, il y a une constellation de mines qui produisent quelques tonnes. Ce n’est pas Kutná Hora. Il y a la question du plomb anglais. On a plus de sources sur les mines anglaises. Aux XIIe et XIIIe siècles, on constate une diversité, mais pas de changement dans l’approvisionnement sur le chantier de Notre-Dame pendant un siècle.
Cléo Rager (CR) : Après l’incendie de Notre-Dame de Paris, il y a eu une forte pollution. Est-ce qu’il y avait une forte pollution au plomb sur les chantiers de cathédrales au Moyen Âge ? On chauffait le plomb, cela devait dégager des particules.
MLH : C’était des feux semi-ouverts. Pendant l’incendie, cela a monté jusqu’à 1000° C. Il y a eu des particules d’oxydation projetées dans l’air. Une plomberie doit apporter une petite pollution. On connait mal ces structures. On connait les problèmes de pollutions autour des mines médiévales (saturnisme). Pour les sites de production dans le Morvan pendant l’Antiquité, les paléo-pollutions sont encore ancrées dans les sols. On pratique des températures plus élevées parce que l’argent fond à 950° C. Le plomb s’oxyde vers les 800° C.
HN : Pour Versailles, le plomb des fontaines venait d’Allemagne (cf. art. Daniella Malnar et Christophe Petit).
MLH : Pour la période Antique, la circulation du plomb germanique est attestée.
Concernant l’oxydation du métal, lors de la séparation du plomb et de l’argent, on monte au-delà de l’oxydation du plomb. Il est coulé sous forme de lingot, puis fondu.
MLH : Le plomb est évacué de la masse métallique noble pour être récupéré. Il a toutes sortes d’usages sous différentes formes à la sortie de la mine ou du lieu où on l’a séparé de l’argent.
Thomas Schneider (TS) : Concernant le plomb anglais, en 1170-1180, il y a eu un don d’Henri II à l’abbaye de Grammont. Il demande également des conseils de bibliographie.
MLH : Fanny Madeline a travaillé sur cette question (« Le don de plomb dans le patronage monastique d’Henri II Plantagenet : usages et conditions de la production du plomb anglais dans la seconde moitié du XIIe siècle », Archéologie médiévale, 39, 2009, p. 31-52).
Mathilde Bernard (en collaboration avec Maxime L’Héritier, Aurélia Azéma, Lucile Beck, Emmanuelle Delqué-Kolic, Philippe Dillmann), « Approvisionnement, travail et usage du fer à Notre-Dame de Paris aux XIIe et XIIIe siècles »
Aux XIIe et XIIIe siècles, on utilisait des fers dans les maçonneries. Comment ces fers ont été mis en place dans la structure de l’édifice ? Quels étaient leurs usages et leur fonction ? Comment les artisans les ont travaillés ? Comment et où s’approvisionnaient-ils ?
Avant l’incendie, on avait peu de connaissance sur l’usage du fer. On disposait de mentions par Viollet-le-Duc de la présence d’agrafes médiévales au niveau de la corniche à billette et de mentions des fers du XIXe siècle. Avec l’incendie, on a pu faire un inventaire des fers. Pour les agrafes, on a 360 éléments au niveau des tribunes et des combles, des corniches à billette etc. ; on a également des crochets, des goujons, des barres. Les volumes mis en œuvre concernent 30,4 t., dont 4,9 t. pour les maçonneries et 25,5 t. pour les vitraux. Ce sont des quantités comparables à Chartres. Les quantités sont prédominantes pour les armatures des vitraux. Notre-Dame de Paris est la première cathédrale à recourir de manière systématique au fer.
Concernant la datation des fers, les travaux sont partis du chœur (v. 1163-1182), puis la nef (1175-1200 / 1200-1230 / 1225-1270). Les fers ont été datés grâce au charbon de bois. Ces datations ont été réalisées sur les goujons, les agrafes, les barlotières, qui sont les éléments les plus anciens. Les agrafes des murs gouttereaux sont plus récentes. Les fers sont contemporains des maçonneries. Il y a des interrogations d’ordre architectural concernant la nature métallurgique des alliages ferreux médiévaux, les enjeux économiques et l’approvisionnement.
Quelles étaient les pratiques opératoires des artisans ? Sur une agrafe des murs gouttereaux, on remarque des marques de forge. Il y a cinq types de marques, ce qui correspond à l’intervention d’ateliers différents. Quand on reporte ces types d’agrafes sur le plan, on voit des différences. Au niveau du chœur, il y a un seul type de marque de forge ; une grande diversité dans la nef. Pour les pierres, il y a eu un changement du type d’outils utilisé. Il y a une souplesse au niveau de la métrologie, une diversité des dimensions et de l’approvisionnement. Les agrafes des murs gouttereaux pèsent 3 kg, mais elles sont de dimensions différentes. Le maçon doit s’accommoder de la taille des agrafes. Le scellement est en plomb. On remarque également les traces d’épure faites par les maçons. Ce sont des indications sur la marche du chantier.
Quelle est la composition chimique du matériau ? Les agrafes en bon état ont été remises en place. Celles qui étaient abîmées ont pu être analysées (tomographie par rayons X). Elles sont composées d’un matériau hétérogène avec de nombreuses impuretés. On y voit de nombreuses lignes de soudure. Pour former ces agrafes (longues de 50 cm), plusieurs morceaux de fer ont été assemblés. C’est un matériau hétérogène dans sa microstructure. Il y a des parties sans carbone très ferriques et d’autres avec beaucoup de carbone (plus noires), avec des impuretés (analysées pour avoir une idée de la provenance) et la présence de phosphore. Les propriétés mécaniques des fers (résistance à la traction) sont identiques à celles du Palais des papes à Avignon, du donjon du château de Vincennes et des églises de Paris. Il n’y a pas de fer brisé dans les maçonneries. Le plomb joue un rôle essentiel pour le scellement et pour la souplesse de la structure.
Une modélisation a été faite du poids de la charpente et des charges de vent. Les agrafes sont moins sollicitées que prévu. L’effort porte sur les solives en bois. Le chainage de bois supporte les efforts, pas les agrafes. À quoi servaient ces fers ? Un travail en fatigue ? Ont-ils eu un rôle pour maintenir la structure de la cathédrale ou durant les phases constructives ? Ces agrafes maintiendraient l’édifice au moment de l’élévation, lors de la pose et du séchage du mortier.
Quel est la source d’approvisionnement de la matière première ? Lors de la chaine opératoire du fer aux XIIe et XIIIe siècles, on obtient des déchets (scories de réduction). Le métal contient des inclusions de scories. L’étude de la composition chimique des impuretés et des scories de réduction sert à faire des comparaisons. Sur une barlotière de tirant, il y a plusieurs morceaux de fer qui n’ont pas la même composition chimique. Les 2/5 des fers n’ont pas la même composition chimique. Les signatures chimiques des armatures étudiées mettent en évidence six groupes de provenance différente pour les agrafes ; une seule pour les barlotières. Le cluster 6 concerne les parties basses de la nef vers 1180-1200, les parties basses du chœur (1170-1180), la reprise des fenêtres hautes (1220-1230) ; le cluster 2, les agrafes des murs gouttereaux du chœur et les parties hautes du massif occidental et tours ; il y a cinq clusters pour la nef. Les ateliers de la nef utilisent plusieurs types de fer, alors que l’atelier du chœur n’utilise qu’un seul type de fer.
Grâce au référentiel géochimique, ont été sélectionnés 48 sites sidérurgiques avec 211 scories de réduction analysées. D’où vient le fer de Notre-Dame ? Ce sont des fers locaux : région de la forêt de Rambouillet (Ozoir-la-Ferrière, proche du bois de Notre-Dame). Ces fers locaux ont approvisionné les ateliers du cluster 3 et 4 (les murs gouttereaux de la croisée du transept et de la nef). Il y a aussi des fers venant des environs de l’abbaye de Noirlac ; du Sénonais-Pays d’Othe ; de la Puisaye et des fers dont on ne connait pas l’origine (cluster 6). La cathédrale de Bourges a eu des fers locaux et une production extra-régionale.
Discussion
HN : Concernant les efforts portés sur ces agrafes. Elles ne servent pas à porter la charpente et la charge au vent. Quelle est l’hypothèse ?
Mathilde Bernard (MB) : Le rôle dans la construction semble le plus probable. Les agrafes servent peut-être à aider à l’élévation des voutes.
MLH : Il faut réviser la chronologie des voutes. Elles datent peut-être de 1230 comme les arcs boutants.
HN : La réflexion sur la fonction des agrafes est récente.
MB : Cela n’a jamais été modélisé. Cela a été permis par les conditions du chantier de Notre-Dame.
HN : Il y a la question de la variation entre les six clusters et les marques. Chaque artisan utilise des gisements différents dans un tas commun. Chaque forgeron est approvisionné par la maîtrise d’ouvrage. Il y a une centralisation de l’approvisionnement.
MLH : On a des sources écrites au XVe siècle. On voit un moment où il y a un seul approvisionnement identique au début du chantier et v. 1220-1230. Il y a une autorité qui a un approvisionnement. La diversité est peut-être liée à une autre organisation.
Marlène Helias-Baron (MHB) : Les changements observés ne seraient-ils pas liés à un changement dans l’organisation du travail ?
MB : Le travail est normé d’une certaine façon.
MLH : On a rarement cette dispersion du nombre d’intervenants. Cela n’occupe pas tous les serruriers de la ville. On a des tonnes de fer sur plusieurs dizaines d’années. Il y a une organisation différente. C’est la fin du chantier. On achève la nef. Comment se gère l’approvisionnement derrière ? Les deux existent.
CB : Concernant l’approvisionnement dans les registres, on voit passer du fer en barres. La question des soudures est étonnante. Il faut une forme de normalisation.
MLH : Dans une barre de fer de 30 kg, il y a plusieurs morceaux de fer. Il y a une question de recyclage. S’il y a transport, il y a taxation.
MB : Les barres sont assemblées en sandwich. C’est du recyclage. Les barlotières ont des soudures en gueule de loup, sans doute un assemblage pour faire quelque chose de plus important.
MLH : Différentes qualités de fer circulent sous différentes formes. Il y a des qualités distinctes. Pour la circulation, on a des éléments composites.
MB : On n’a pas cherché de qualité de fer particulière. C’est du fer de qualité médiocre.
CB : Sans doute, un usage temporaire.
HN : La question de la chronologie du chantier est revisitée. Pour les voutes, peut-on proposer une nouvelle datation d’après les agrafes ?
MB : La dendrochronologie de la charpente a été refaite. Les voutes ne passaient pas sous les entrées de la charpente. Cela a été rehaussé. Les voutes ont été construites après le rehaussement. Les agrafes sont du XIIIe siècle.
MLH : D’après les nouvelles analyses, il y a eu une première charpente sur le chœur et une première charpente sur la nef. Les voutes sont postérieures. Reste le problème des dates de la rehausse.
MB : Les études de la pierre montrent de grandes différences des marques d’outils.
MLH : Il y a un besoin de modélisation chronologique.
HN : En 1230, il y a la volonté d’atteindre la hauteur la plus haute. Il y a une compétition entre Paris et Amiens.
MLH : L’ANR Altior travaille sur cette question, sur les conditions techniques de la compétition entre les grandes cathédrales gothiques, sur la modélisation. Il y a la nécessité de prévoir dès le début du chantier la hauteur des murs.
MB : Les architectes disaient que Notre-Dame était une cathédrale légère. L’utilisation du fer pouvait permettre de rassurer. Le sol est plutôt marécageux.
Quelle est l’utilité des agrafes et du bois ?
MB : Les agrafes sont en haut du mur en-dessous du bois qui est posé sur le mur. Il y a un jeu de pression / surpression. La solive bascule sans se décaler au niveau du mur sud. La charpente est bloquée et maintenue en place par des consoles. Cela permet une liberté de mouvements.
BD : Concernant les sites de production locaux, notamment le fer de Rambouillet, est-ce que les mines sont identifiées ?
MB : Les sites ont été en prospection pendant la thèse. Quelques-uns ont été datés à partir du charbon trouvé sur place dans les ferriers (PCR sur le fer nord-carnute). Il y a des zones de réduction. En Île-de-France, se trouvent des poches de minerais de fer.
BD : Il faut avoir du bois.
HN : Quelles sont les publications prévues ?
MLH : Le travail isotopique du plomb soumis il y a un mois à Archeological science.
Prochaine séance : 20 février 2026
OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
Marlène Helias-Baron (12 mars 2026). Séminaire Paris au Moyen Âge [2] du 23 janvier 2026 : «Approvisionnement et usage du fer et du plomb sur le chantier de Notre-Dame de Paris». Les carnets de l'IRHT. Consulté le 8 octobre 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/15v3b
