Contreforts et arcs-boutants : comment fonctionne le système gothique

Un contrefort est un puissant renfort à l'extérieur d'un mur, qui reçoit la poussée des voûtes à l'intérieur de l'église. Un arc-boutant est un demi-arc qui part d'un tel contrefort, passe au-dessus du toit du bas-côté et rejoint le mur de la nef centrale, et conduit la poussée des voûtes hors du bâtiment. Ensemble, ils forment le système de contrebutement. C'est lui qui permit aux cathédrales gothiques de devenir hautes et aux murs de se dissoudre en fenêtres : ce n'est pas le mur qui porte la voûte, mais le squelette de pierre à l'extérieur.

Faits

Le problème : la voûte pousse vers l'extérieur

La pierre résiste à la compression mais non à la traction. C'est pourquoi un arc ou une voûte porte parce que chaque pierre est pressée contre ses voisines, et la charge est conduite vers les appuis. Mais un arc ne pousse pas seulement vers le bas, il pousse aussi vers l'extérieur, comme un livre appuyé contre un autre. Cette poussée vers l'extérieur s'appelle la poussée latérale, et si rien ne la reçoit, les appuis s'écartent et la voûte s'effondre. Les notions de base sur les arcs et voûtes expliquent pourquoi.

La façon la plus simple de recevoir la poussée latérale est d'épaissir le mur. C'est ainsi que construisaient les bâtisseurs de l'époque romane : murs de plus d'un mètre, petites fenêtres et espaces lourds et sombres. Plus la voûte est haute, plus la poussée a un long bras de levier et plus le mur doit être épais. Qui voulait un espace d'église haut et lumineux devait donc trouver une autre façon de résister.

Le schéma de la ligne de poussée ci-dessous montre l'idée. La poussée suit un chemin précis à travers les pierres, et l'arc tient tant que ce chemin reste contenu en elles. L'arc brisé conduit la poussée plus verticalement vers le bas que l'arc en plein cintre, ce qui fut l'une des raisons pour lesquelles le gothique le choisit. Mais même l'arc brisé pousse vers l'extérieur.

Le contrefort : le mur est épaissi là où il le faut

La voûte d'ogives gothique rassemble la poussée de la voûte en quelques points, aux angles de chaque travée. Le mur n'a alors pas besoin d'être épais partout, seulement là où vient la poussée. Le contrefort, c'est exactement cela : un épais morceau de maçonnerie qui fait saillie du mur à chaque retombée de voûte, souvent en retraites qui s'amincissent vers le haut. Entre les contreforts, le mur peut être mince et s'ouvrir en fenêtres.

Les contreforts existent bien avant le gothique, comme plats renforts de maçonnerie sur les églises romanes, et subsistent bien après, sur des églises, des châteaux et des granges. Ce qui rend le contrefort gothique particulier, c'est sa profondeur : il peut faire saillie de plusieurs mètres hors du mur. Dans de nombreuses cathédrales, des chapelles furent construites plus tard dans l'espace entre les contreforts, comme à Notre-Dame de Paris, où les chapelles furent achevées au XIVe siècle. De l'extérieur, les contreforts peuvent alors être difficiles à voir.

Un exemple clair est la Sainte-Chapelle de Paris, la chapelle de Louis IX des années 1240. Elle n'a pas de bas-côtés et donc pas d'arcs-boutants. Les voûtes sont portées par des contreforts à l'extérieur et par des tirants de fer qui relient les surfaces des fenêtres, et les murs de la chapelle haute ne sont presque que du verre.

L'arc-boutant : la poussée est transportée au-dessus du bas-côté

Une cathédrale a une haute nef centrale et des bas-côtés plus bas. Les voûtes de la nef centrale sont situées bien au-dessus des toits des bas-côtés, et c'est là qu'il faut un appui. Un contrefort directement contre le mur de la nef aurait rempli le bas-côté. La solution fut l'arc-boutant : un demi-arc qui part d'un contrefort isolé à l'extérieur du bas-côté, passe au-dessus de son toit et rejoint le mur de la nef, précisément là où agit la poussée de la voûte. Il y a souvent deux arcs superposés, ou deux contreforts en rang lorsqu'il y a des doubles bas-côtés.

L'arc-boutant apparut dans la région de Paris dans la seconde moitié du XIIe siècle. Notre-Dame, commencée en 1163, compte parmi les premières églises où il fut utilisé pour porter de hautes voûtes, et les arcs furent refaits dès le XIIIe siècle. À Chartres, reconstruite après l'incendie de 1194, les arcs-boutants firent dès l'origine partie de la construction. Les maîtres d'œuvre purent y donner à chaque travée deux grandes fenêtres à arc brisé et une rose au sommet, et le mur à trois niveaux devint le modèle du gothique classique.

Au sommet des contreforts se dressent des pinacles, de petites flèches qui semblent de pur décor. Mais leur poids presse le pilier vers le bas et l'aide à mieux résister à la poussée oblique que lui transmet l'arc-boutant. La plupart des éléments de l'extérieur d'une cathédrale ont une fonction, même ceux qui paraissent ludiques. L'eau aussi est évacuée : une rigole court souvent sur le dos de l'arc-boutant et se termine par une gargouille, qui peut être sculptée en grotesque.

Jusqu'où pouvait-on monter ?

Avec le système de contrebutement, la hauteur devint une question d'ambition. La nef centrale d'Amiens, commencée en 1220, atteint environ 42 mètres sous la voûte, et presque tout le mur entre les piliers est en verre. À Beauvais, on tenta d'aller plus haut encore. Le chœur reçut des voûtes d'environ 48 mètres, mais en 1284 une partie s'effondra, et le chœur dut être refait avec davantage d'appuis. La nef ne fut jamais construite. Beauvais montre où se situait la limite avec la technique médiévale.

Les maîtres d'œuvre ne calculaient pas comme un ingénieur d'aujourd'hui. Ils utilisaient des règles géométriques et l'expérience de chantiers antérieurs, et ils apprenaient de leurs erreurs. Ce n'est qu'au XVIIe siècle que le naturaliste anglais Robert Hooke décrivit qu'un arc tient le mieux s'il a la forme d'une chaîne suspendue renversée, le principe même sur lequel repose le schéma de la ligne de poussée. Les bâtisseurs du Moyen Âge avaient pourtant trouvé des formes qui en sont proches.

La cathédrale de Cologne montre combien de temps l'idée a vécu. La construction commença en 1248 sur des modèles français et fut achevée en 1880 d'après les plans médiévaux, avec des arcs-boutants en plusieurs rangs autour du chœur. Sur la cathédrale de Milan, on peut marcher sur le toit entre les arcs-boutants et les flèches, et c'est la meilleure façon de voir le système de contrebutement de près.

Les contreforts en Suède et après le Moyen Âge

Dans le Nord, le gothique fut surtout construit en brique et à plus petite échelle, et les arcs-boutants sont rares. Les contreforts, en revanche, se trouvent sur une multitude d'églises. La cathédrale d'Uppsala, la plus grande église du Nord, a des contreforts et le même mur à trois niveaux que les cathédrales françaises. De nombreuses églises paroissiales suédoises reçurent des contreforts après coup, lorsqu'on y construisit au XVe siècle des voûtes de brique et que les vieux murs eurent besoin d'aide pour résister à la poussée.

Une autre voie fut l'église-halle, où les bas-côtés sont aussi hauts que la nef centrale. Les voûtes des bas-côtés étayent alors celles du centre, et la poussée est reprise par des contreforts dans les murs extérieurs, sans arcs-boutants. L'église du monastère de Vadstena est une telle église-halle.

Après le Moyen Âge, les architectes voulurent souvent dissimuler le système de contrebutement. Christopher Wren donna à Saint Paul de Londres des arcs-boutants au-dessus des bas-côtés mais éleva devant eux de hauts murs de façade, de sorte que l'église paraît classique de l'extérieur. Les caractéristiques de l'ensemble du style figurent dans le guide pour reconnaître le gothique, la construction dans le guide sur la construction d'une cathédrale gothique, et les termes dans le glossaire.

À observer

Exercice

Que fait un arc-boutant ?