Toscane - Révolutions florentines (4/16). Les principes de construction de la coupole.

Un ensemble cohérent et coordonné de principes de construction

Même s’il reste très peu de traces documentaires sur l’érection du dôme, artistes, architectes et scientifiques ont cherché quels étaient les principes de construction sur la base desquels Brunelleschi avait réussi son formidable pari [1]. De fait, il n’y a pas « une » solution miracle, mais ce qui est plus extraordinaire encore, un ensemble cohérent et coordonné de principes de construction qui rendent la solution possible :

- La coupole est constituée de deux coupoles (double coque) imbriquées l'une dans l'autre ce qui allège la structure. La coupole intérieure s’appuie sur le tambour et est plus épaisse (2 m) ; la coupole extérieure, plus fine (80 cm) repose sur la coupole intérieure. Des structures porteuses de liaison sont cachées entre les deux coques, ainsi qu’un escalier qui permet d'accéder à la lanterne sommitale.

- Huit nervures de maçonnerie de pierre blanche partent des angles du tambour en forme d’octogone. Visibles de l'extérieur et complétées par huit autres nervures à l'intérieur du dôme, elles constituent un squelette pour la structure. Cachés entre les deux coupoles, des nervures secondaires et des anneaux de maçonnerie horizontaux consolident l’ensemble.

- Le dôme n’a pas une forme hémisphérique mais en ogive, plus allongée, ce qui permet de limiter les poussées latérales qui auraient tendance à écarter les bases du dôme pouvant entraîner l’effondrement de l’ensemble. 

- Au sommet de la coupole est posée une lanterne en marbre, volontairement très lourde, elle joue un rôle de stabilisation collective des nervures.

- Les « briques » (en réalité de larges tuiles plates) sont disposées entre les nervures de la coupole selon une alternance régulière de plusieurs briques posées horizontalement et une verticalement, formant un dessin en chevron, afin d’éviter la création de fissures longilignes. De plus, les briques verticales forment des spirales enserrant le dôme, ce qui en renforce la cohésion. Le résultat constitue une structure d'un seul tenant qui se fissure difficilement.

- Un mortier à prise rapide est utilisé afin d’éviter que les briques ne glissent lors de la pose compte-tenu de l’augmentation progressive de la pente des lits de pose.

- Enfin, les couches successives de briques ne sont pas strictement horizontales mais s’incurvent entre chaque nervure selon une forme d’arche inversée. Cette disposition facilite le maintien des briques en place et conduit les poussées dues au poids de la coupole vers le bas des murs et vers les nervures, empêchant le mur de s’effondrer vers l’intérieur. Ces lignes de pose sont obtenues en tirant des fils au cordeau à partir d’une base dessinée en forme de rosace (voir schéma). L’inclinaison des cordeaux tirés à partir de la rosace détermine la pente des briques au fur et à mesure de l’élévation de la coupole, mais elle détermine aussi la forme des couches en arche inversée car l’éloignement du cordeau selon les différents points de la rosace modifie légèrement la pente du cordeau. L’inclinaison de l’ensemble des cordeaux assure enfin le guidage de la voûte pour que les murs de la coupole soient parfaitement symétriques et se rejoignent précisément au sommet [2]. Brunelleschi avait également proposé un système d'échafaudages autoportants, en cours de construction, simplement appuyés sur la paroi du dôme, et qui était déplacé à mesure que les anneaux de maçonnerie s'élevaient.

Florence a ainsi réussi à bâtir un édifice plus extraordinaire que ceux des Romains de l’antiquité en érigeant une coupole aussi vaste que celle du Panthéon, mais posée à 52 mètres de hauteur !

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[1] Karel Vereycken. « Percer les mystères du dôme de Florence ». In « Fusion ». N°96. Mai-Juin 2003.

[2] Massimo Ricci. « Il segreto della Cupola di Santa Maria del Fiore ». 1984. Afin de vérifier ces différents éléments d’hypothèse, Massimo Ricci, professeur d'architecture à l'université de Florence, a entrepris, en 1989, la construction d'un modèle réduit au 1/5 du Duomo dans un parc près de Florence.

David Murdock. « Le Duomo de Florence - Mystère de la Renaissance ». France 5. 2016.

Passerelle(s). « Le Dôme de Florence, 1420-1436 ». Bibliothèque Nationale de France. 2015.

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