Dendro-isotopie (δ¹⁸O) de la charpente de Notre-Dame de Paris : Impact de la carbonisation et reconstruction de l'Anomalie Climatique Médiévale dans le Bassin Parisien

Dendro-isotopy (δ¹⁸O) of the framework of Notre-Dame de Paris : Impact of carbonization and reconstruction of the Medieval Climate Anomaly in the Paris Basin

• Auteur / Autrice : Diane Du Boisgueheneuc
• Direction : Valérie Daux, Alexa Dufraisse, Thanh Thuy Nguyen Tu, Frédéric Delarue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 27/11/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérémy Jacob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Corona, Samuel Abiven, Claire Alix, Frédéric Guibal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Corona, Samuel Abiven

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isotopes de l'oxygène

Dendroclimatologie

Bois

Carbonisation

Mots clés libres

Anomalie Climatique Médiévale

Carbonisation du bois

Dendroclimatologie

Isotopes de l'oxygène

Dendroclimatology

Medieval Climate Anomaly

Oxygen isotopes

Wood carbonization

Résumé

Édifiée il y a 800 ans, la cathédrale de Notre-Dame de Paris (NDP), a été gravement endommagée par un incendie le 15 avril 2019. Les bois de sa charpente, en partie carbonisés et non réemployables, sont désormais à la disposition des chercheurs. Ces bois offrent de précieuses informations sur l'époque médiévale, notamment sur l'Anomalie Climatique Médiévale (ACM, Xe-XIIIe siècles), décrite comme une période climatiquement clémente. Le climat de cette époque n'est pourtant pas uniforme, ni dans le temps, ni dans l'espace. Pour en donner une image juste, il est nécessaire de le documenter dans les régions sous-représentées dans les synthèses, telles que les régions tempérées de basse altitude. Cette thèse a pour objectif de réaliser une telle reconstruction climatique dans le Bassin parisien (BP) au cours de l'ACM, en utilisant la composition isotopique de l'oxygène (δ¹⁸O) de la cellulose des cernes de bois médiévaux de la cathédrale Notre Dame de Paris (NDP) et d'autres monuments contemporains. Des expériences de carbonisation ont été réalisées pour évaluer les modifications du δ¹⁸O du bois de chêne lors d'un incendie, tel que celui subi par NDP. Elles ont révélé que le δ¹⁸O diminuait de façon drastique (jusqu'à - 30 ‰ à 900°C) lors de la dégradation thermique des composés du bois. Nos travaux ont aussi souligné que l'hétérogénéité des mesures entre les réplicas (jusqu'à 3,6 ‰ à 600°C) ne permet pas d'utiliser le δ¹⁸O comme proxy pour des reconstructions climatiques. Cependant, des résultats préliminaires montrent que la cellulose résiduelle conserve son signal isotopique d'origine pour des températures de chauffage inférieure à 300°C. Un corpus de 34 chênes de charpente provenant de différents édifices médiévaux du BP, et couvrant une partie de l'ACM (1046-1240 AD), a livré une histoire climatique, cohérente à l'échelle régionale, qui se décompose en deux phases articulées autour de 1129. La première se caractérise par des étés frais et humides, en contraste avec la perception traditionnelle d'une période favorable, et la suivante par une évolution progressive vers des étés plus chauds et secs. Des évènements extrêmes chauds, au début du XIIIe siècle, ponctuent cette évolution relativement lente.

The 800-year-old Notre-Dame de Paris Cathedral (NDP) was severely damaged by a fire on April 15 of 2019. While the charred timbers from its framework are no longer reusable, they have become valuable resources for researchers. These woods hold important insights into the Middle Ages, particularly the Medieval Climate Anomaly (MCA, 10th-13th centuries), once thought to be a uniformly warm period. However, the climate during this period was neither consistent over time nor uniform across regions. To gain a more accurate understanding, it is essential to focus on areas that are underrepresented in current climate syntheses, such as temperate, low-altitude regions. This thesis aims to carry out such a climatic reconstruction in the Paris Basin (BP) during the MCA, by analysing the oxygen isotopic composition (δ¹⁸O) of cellulose in medieval tree rings from the timbers of Notre Dame Cathedral in Paris (NDP) and other contemporary monuments. Carbonization experiments were carried out to assess changes in the δ¹⁸O of oak wood during fire events, like the one that affected NDP. The results showed a significant decrease in δ¹⁸O (up to -30 ‰ at 900°C) during the thermal degradation of wood compounds. Additionally, our research demonstrated that the variability in measurements between replicas (up to 3.6 ‰ at 600°C) prevents δ¹⁸O from being a reliable proxy for climate reconstructions. However, preliminary results show that residual cellulose retains its original isotopic signal at heating temperatures below 300°C. A dataset of 34 oak timbers from various medieval buildings in the Paris Basin, spanning part of the Medieval Climate Anomaly (1046-1240 AD), has provided a regional climatic history divided into two distinct phases, centered around 1129. The first phase is marked by cool, wet summers, challenging the traditional view of the MCA as uniformly warm and favourable period. The second phase shows a gradual transition toward warmer, drier summers, with extreme heat events in the early 13th century punctuating this otherwise slow progression.