Enorme wissenschaftliche Anstrengungen zur Erforschung der Asche von Notre Dame

Forscher nutzen noch nie dagewesene Möglichkeit zur Untersuchung der Innenräume

Der Brand, der im April vergangenen Jahres große Teile der ikonischen Kathedrale Notre-Dame de Paris zerstörte, war eine nationale Tragödie. Jetzt, Monate später, machen sich Wissenschaftler der nationalen französischen Forschungsorganisation CNRS daran, das 850 Jahre alte Gebäude, seine Materialien und die Konstruktion zu untersuchen, schreibt Philip Ball am 09.01.2020 in natureresearch. Durch den noch nie da gewesenen Zugang zur Bausubstanz der Kathedrale – darunter Holz, Metallarbeiten und die Fundamente des Gebäudes – nach dem Brand hoffen die Wissenschaftler auch, durch ihre Arbeit Informationen für die Restaurierung zu erhalten.

Die Forschung könnte “eine neue Seite in der Geschichte von Notre-Dame schreiben, denn es gibt derzeit viele Grauzonen”, sagt Yves Gallet, Architektur-Historiker an der Universität Bordeaux-Montaigne, der ein 30-köpfiges mit der Untersuchung des Mauerwerks beauftragtes Forschungsteam leitet.

Der Bau der Kathedrale, die als eines der schönsten Beispiele der französischen Gotik gilt, begann im zwölften Jahrhundert. Notre Dame wurde im MIttalalter von dem Architekten Eugène Viollet-Le-Duc umgebaut und im 19. Jahrhundert umfassend restauriert. Aber sie war im Vergleich zu anderen gotischen Denkmälern in Frankreich und anderswo erstaunlich wenig wissenschaftlich erforscht, sagt Martine Regert, Biomolekulararchäologin am CEPAM-Zentrum für das Studium historischer Kulturen und Umgebungen des CNRS in Nizza, eine der Leiterinnen des Projekts Notre-Dame. Es bleiben viele Fragen zur Struktur, z.B. welche Abschnitte mittelalterlich sind und ob Viollet-Le-Duc einige der älteren Materialien wiederverwendet hat, sagt Regert.

Der Brand vom 15. April, der möglicherweise auf einen elektrischen Fehler zurückzuführen ist, hat das Dach und die Turmspitze der Kathedrale zerstört und einen Teil der Gewölbedecke zum Einsturz gebracht. Die Wände stehen noch, und das Gebäude wird schließlich restauriert werden – auch wenn dies voraussichtlich länger als die ursprünglich prognostizierten fünf Jahre dauern und Hunderte von Millionen Euro kosten wird.

Doch bis dahin birgt das Innere des Gebäudes einen Haufen Schutt: heruntergefallenes Mauerwerk, verbranntes Holz und beschädigte Metallgegenstände, die nun alle für wissenschaftliche Untersuchungen zur Verfügung stehen. Die Abwesenheit von Touristen könnte es auch ermöglichen, die bisher wenig erforschten Fundamente mit Hilfe von Radarbildern zu untersuchen. Selbst einige Teile der Struktur, die bisher weitgehend unbeschädigt waren, sind jetzt für die Inspektion besser zugänglich, sagt Philippe Dillmann, Spezialist für historische Metallartefakte am Labor für Archäomaterialien und Alterungsvorhersage des CNRS in Gif-sur-Yvette, der das Projekt mit Regert koordiniert.

Architektonische Untersuchungen

Das CNRS-Projekt wird sich auf sieben Themen konzentrieren: Mauerwerk, Holz, Metallarbeiten, Glas, Akustik, digitale Datenerfassung und Anthropologie. Insgesamt werden mehr als 100 Forscher in 25 Labors beteiligt sein und die Arbeiten werden sechs Jahre dauern. Das Team von Gallet wird die Steine von Notre-Dame untersuchen, um die Herkunfts-Steinbrüche zu identifizieren und die Versorgungsnetze und die Wirtschaft des Ortes zu rekonstruieren. Die Untersuchung des Mörtels, der für die Verbindung der Steine verwendet wurde, könnte zeigen, wie die verschiedenen Bauelemente – Gewölbe, Mauern und Strebepfeiler – unterschiedlich zusammengesetzt waren. Für den Mörtel wurde aus Sedimentkalkstein hergestellter Kalk verwendet, der seine Herkunft verratende fossile Reste enthalten könnte. Eine bessere Kenntnis der historischen Materialien könnte die Entscheidungen bei der Restaurierung beeinflussen, sagt Gallet.

Hitzewelle in Paris trocknete Mauerwerk “brutal” aus

Das Team wird auch Schwachstellen in der verbleibenden Struktur analysieren, die durch die hohen Temperaturen des Feuers, den Fall des Mauerwerks und das zum Löschen der Flammen verwendete Wasser verursacht wurden. “Die Schäden an den Steinen wurden im vergangenen Juli durch extreme Hitzewellen in Paris verschärft, die das Mauerwerk brutal austrockneten” und schwächten, so Gallet. Eine Radarstudie wird feststellen, wie solide die Fundamente sind, bevor die Restauratoren ein Gerüst in der Vierung zwischen Kirchenschiff und Querschiff errichten, um die instabilen Überreste der Turmspitze aus dem neunzehnten Jahrhundert abzubauen. Und mit Hilfe von Historikern hofft Gallets Team, ein tieferes Verständnis für die Statik der gesamten gotischen Architektur und den Platz von Notre-Dame in der Baugeschichte zu gewinnen.

Aus der Asche

In der Zwischenzeit wird sich ein Team von etwa 50 Personen auf die berühmten Holzarbeiten von Notre-Dame konzentrieren – insbesondere auf den “Wald” aus Holz im Dachraum über den Gewölben, der entweder abgebrannt ist oder verkohlt im Kirchenschiff liegt. Diese geschwärzten Überreste könnten für die Forscher von enormem Wert sein. “Die verbrannte Struktur stellt ein gigantisches Labor für die Archäologie dar”, sagt Alexa Dufraisse, Archäologin am Nationalmuseum für Naturgeschichte in Paris, die das multidisziplinäre Holzteam leiten wird. Zur Gruppe gehören Archäologen, Historiker, Dendrochronologen, Biogeochemiker, Klimatologen, Schreiner, Förster und auf Holzmechanik spezialisierte Ingenieure. “Holz ist eine außergewöhnliche Informationsquelle”, sagt Regert. Erste Beobachtungen haben bestätigt, dass der ‘Wald’ aus Eiche besteht, aber Untersuchungen werden die genauen Arten bestimmen und den Forschern Hinweise auf die Techniken und Werkzeuge des mittelalterlichen Holzbaues geben.

Die Jahresring-Datierung von Holzbalken könnte das Jahr und den Ort des Fällens der Bäume aufklären und damit Wissenslücken über den Bauablauf schließen. “Jeder Baum dokumentiert in seinem Gewebe die Umgebung, in der er gewachsen ist”, sagt Dufraisse. Eine solche Untersuchung “hätte ohne die Zerstörung des Bauwerks durch Feuer niemals durchgeführt werden können”, sagt sie. Vor allem, so Regert, sei das Holz ein Klimaarchiv. “Durch Isotopenanalysen von Sauerstoff und Kohlenstoff in den Ringen lassen sich Temperatur und Niederschlag über die Zeit bestimmen”, sagt sie. Die in Notre-Dame verwendeten Bäume wuchsen zwischen dem elften und dreizehnten Jahrhundert, in einer Wärmeperiode, die als mittelalterliches Klima-Optimum bezeichnet wird, und bieten eine Bezugsperiode für die natürliche Klimaerwärmung im Vergleich zur heutigen anthropogenen Erwärmung. “Diese Periode ist kaum bekannt, weil die Hölzer von damals selten sind”, sagt Dufraisse.

Metall und Mauerwerk

Ein separates Team wird die Metallarbeiten der Kathedrale untersuchen – insbesondere die Stein- und Holzarbeiten, die früher die Kathedrale trugen. “Wir wollen die Verwendung von Eisenarmaturen in den verschiedenen Bau- und Restaurierungsphasen verstehen”, sagt der Archäologe Maxime L’Héritier von der Universität Paris 8, der die Untersuchung leiten wird. So wurden zum Beispiel Metallstangen verwendet, um Mauerwerksteile unter Spannung zu halten, und mittelalterliche Bauherren legten manchmal Eisenketten in das Mauerwerk, um es zu verstärken. L’Héritier sagt, dass es noch nie zuvor eine Studie über die Veränderungen in der Verwendung von Eisen im Kathedralenbau über einen so langen Zeitraum, vom Mittelalter bis zum neunzehnten Jahrhundert, gegeben hat.

Sein Team wird auch das Blei vom Dach untersuchen – von dem ein Großteil im Feuer beschädigt oder geschmolzen ist. Die Forscher wollen einen chemischen Referenzdatensatz entwickeln, der die Verhältnisse der Bleiisotope und das Vorhandensein von Spurenelementen im Material aufzeichnet, “um die Entwicklung der Bleiqualität und -versorgung zu verstehen” – zum Beispiel, um die Minen zu identifizieren, aus denen das Metall stammt. Die Gruppe will auch untersuchen, wie viel Blei bei der Restaurierung der Dacheindeckung im 19. Jahrhundert recycelt wurde. Anhand dieser Ergebnisse könnten die Forscher auch herausfinden, wie viel Blei das Feuer in die Umwelt abgegeben hat – eine potenzielle Gesundheitsgefährdung für die unmittelbare Umgebung.

Zugang zu allen Bereichen?

Das Sammeln und Ausgraben der Materialien für die Analyse ist eine Herausforderung. Es gibt drei Hauptschutthaufen – das Kirchenschiff, die Vierung und das nördliche Querschiff – sowie Material, das noch auf den restlichen Gewölben liegt. Aus Sicherheitsgründen sind diese aber derzeit für Menschen nicht zugänglich, sagt Dillmann – also müssen Roboter und Drohnen das ganze Sammeln übernehmen. Ein Teil des Materials könnte schließlich bei der Restaurierung wiederverwendet werden.

“Die erste Herausforderung besteht darin, alle Holzelemente zu sammeln, unabhängig von ihrem Verkohlungsgrad”, sagt Dillmann. Bislang seien fast 1.000 Fragmente gesammelt und beschriftet worden – aber die Arbeit habe gerade erst begonnen. Dufraisse sagt, dass dieses Holz mindestens noch drei Monate lang für die Forscher nicht zugänglich sein wird, weil es derzeit zu stark mit Blei verunreinigt ist. Die Forscher müssen herausbekommen, wie die chemischen Signaturen im Holz durch die hohen Temperaturen des Feuers verändert wurden. “Ich weiß, dass wir mit technischen Problemen konfrontiert werden, aber ich bin zuversichtlich”, sagt Dufraisse.

Die Sammlung und Analyse muss genau und gründlich dokumentiert werden. Livio de Luca, ein Spezialist für die digitale Kartierung von Architektur, wird in der gemischten Forschungseinheit des CNRS in Marseille ein Team leiten, das sich der Schaffung eines “digitalen Ökosystems” widmet, das sowohl die wissenschaftliche Forschung als auch den aktuellen und früheren Zustand der Kathedrale zusammenfasst und sich dabei auf die Arbeit von Wissenschaftlern, Historikern, Archäologen, Ingenieuren und Kuratoren stützt – und vielleicht sogar auf alte Touristenfotos des Bauwerks. “Es wird wie ein ‘digitaler Zwilling’ der Kathedrale sein, der sich im Laufe der ntersuchungen weiterentwickelt”, sagt de Luca. Es wird Online-Modelle für die 3D-Visualisierung des Gebäudes und seiner Attribute enthalten – eine Art Google Earth für Notre-Dame, das aus Milliarden von Datenpunkten erstellt wird, wobei die Geschichte und Entwicklung des Bauwerks auf die räumliche Karte übertragen wird.

Neben der Vertiefung des Verständnisses dieses monumentalen Bauwerks hofft Regert, dass die wissenschaftlichen Studien nützlich sein werden, wenn seine verwüsteten Gewölbe wieder auferstehen. Die Ergebnisse, so sagt sie, könnten “die Entscheidungen, die die Gesellschaft für die Restaurierung treffen muss, erhellen”. Sie hofft auch, dass sie dazu beitragen können, dass sich ein solch katastrophaler Unfall nicht wiederholt.

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