Dôme

Un dôme est un élément architectural qui ressemble à la moitié supérieure creuse d’une sphère. La définition précise a été controversée. Il y a aussi une grande variété de formes et de termes spécialisés pour les décrire. Un dôme peut reposer sur une rotonde ou un tambour, et peut être soutenu par des colonnes ou des piliers qui font la transition vers le dôme à travers des trompes ou des pendentifs. Une lanterne peut recouvrir un oculus et peut elle-même avoir un autre dôme.

Les dômes ont une longue lignée architecturale qui remonte à la préhistoire et ils ont été construits avec de la boue, de la neige, de la pierre, du bois, de la brique, du béton, du métal, du verre et du plastique. Le symbolisme associé aux dômes comprend des traditions mortuaires, célestes et gouvernementales qui se sont également développées au fil du temps.

Des dômes ont été trouvés en Mésopotamie précoce, ce qui peut expliquer la propagation de la forme. Ils se trouvent dans l’architecture perse, hellénistique, romaine et chinoise dans le monde antique, ainsi que parmi un certain nombre de traditions de construction indigènes contemporaines. Les structures en dôme étaient populaires dans l’architecture islamique byzantine et médiévale, et il y a de nombreux exemples de l’Europe occidentale au Moyen Age. Le style architectural de la Renaissance s’est répandu depuis l’Italie au début de la période moderne. Les progrès dans les mathématiques, les matériaux et les techniques de production depuis lors ont abouti à de nouveaux types de dômes. Les dômes du monde moderne peuvent être trouvés sur les bâtiments religieux, les chambres législatives, les stades de sport, et une variété de structures fonctionnelles.

Étymologie
Le mot anglais « dome » dérive finalement du latin domus (« maison ») – qui, à travers la Renaissance, étiqueté une maison vénérée, comme un Domus Dei, ou « Maison de Dieu », indépendamment de la forme de son toit . Cela se reflète dans les utilisations du mot italien duomo, le mot allemand / islandais / danois dom (« cathédrale »), et le mot anglais dome aussi tard que 1656, quand il signifiait un « Town-House, Guild-Hall, Etat -Maison et réunion-maison dans une ville.  » Le mot français dosme a acquis la signification d’une voûte de coupole, spécifiquement, vers 1660. Cette définition française est devenue graduellement l’usage standard du dôme anglais au dix-huitième siècle car beaucoup des maisons de Dieu les plus impressionnantes ont été construites avec des dômes monumentaux, et en réponse au besoin scientifique de termes plus techniques.

Terminologie
Un dôme est une voûte arrondie faite de segments courbes ou d’une coquille de révolution, ce qui signifie une arche tournée autour de son axe vertical central. La terminologie utilisée a été une source de controverse, avec des incohérences entre les chercheurs et même à l’intérieur des textes individuels, mais le terme «dôme» peut être considéré comme un «mot-couverture pour décrire un élément couvrant hémisphérique ou similaire». Un demi-dôme ou demi-dôme est une forme semi-circulaire souvent utilisée, surtout dans les absides.

Parfois appelés « faux » dômes, les dômes corbeaux atteignent leur forme en prolongeant chaque couche horizontale de pierres vers l’intérieur légèrement plus loin que la couche inférieure jusqu’à ce qu’elles se rencontrent au sommet. Un « faux » dôme peut également se référer à un dôme en bois. Les dômes «vrais» sont ceux dont la structure est en état de compression, avec des éléments constitutifs de voussoirs en coin, dont les articulations s’alignent sur un point central. La validité de ceci n’est pas claire, car les dômes construits sous terre avec des couches de pierres en encorbellement sont également en compression de la terre environnante. L’utilisation italienne du terme finto, signifiant «faux», remonte au 17ème siècle dans l’utilisation de la voûte faite de nattes de roseau et de mortier de gypse.

Comme pour les arcs, le «saut» d’un dôme est le niveau à partir duquel le dôme s’élève. Le sommet d’un dôme est la « couronne ». Le côté intérieur d’un dôme est appelé « intrados » et le côté extérieur est appelé « extrados ». Le « cuissot » est la partie d’une arche qui se trouve à peu près à mi-chemin entre la base et le sommet.

Le mot « coupole » est un autre mot pour « dôme », et est généralement utilisé pour un petit dôme sur un toit ou une tourelle. « Cupola » a également été utilisé pour décrire le côté intérieur d’un dôme.

Les tambours, également appelés tholobates, sont des murs cylindriques ou polygonaux avec ou sans fenêtres qui supportent un dôme. Un tambour ou une lanterne est la structure équivalente sur l’oculus d’un dôme, soutenant une coupole.

Caractéristiques

Forces internes
Un dôme de maçonnerie produit des poussées vers le bas et vers l’extérieur. Ils sont considérés en termes de deux types de forces perpendiculaires l’une à l’autre. Les forces méridionales (comme les méridiens, ou les lignes de longitude, sur un globe) sont uniquement compressives et augmentent vers la base, alors que les forces circonférentielles (comme les lignes de latitude sur un globe) sont en compression en haut et en tension à la base , avec la transition dans un dôme hémisphérique se produisant à un angle de 51,8 degrés du haut. Les poussées générées par un dôme sont directement proportionnelles au poids de ses matériaux. Les dômes hémisphériques mis à la terre génèrent d’importantes poussées horizontales au niveau de leurs hanches.

Contrairement aux arcs voussoir, qui nécessitent un support pour chaque élément jusqu’à ce que la clé de voûte soit en place, les dômes sont stables pendant la construction, chaque niveau devenant un anneau complet et autoportant. La partie supérieure d’un dôme en maçonnerie est toujours en compression et est supportée latéralement, de sorte qu’elle ne s’effondre pas en tant qu’unité entière et une gamme d’écarts par rapport à l’idéal dans cette partie supérieure peu profonde est également stable. Parce que les dômes de voussoir ont un support latéral, ils peuvent être beaucoup plus minces que les arcs correspondants de même envergure. Par exemple, un dôme hémisphérique peut être 2,5 fois plus mince qu’un arc semi-circulaire, et un dôme avec le profil d’un arc équilatéral peut être encore plus mince.

La forme optimale pour un dôme de maçonnerie d’épaisseur égale permet une compression parfaite, sans aucune des forces de tension ou de flexion contre lesquelles la maçonnerie est faible. Pour un matériau particulier, la géométrie optimale du dôme est appelée la surface du funiculaire, la forme comparable en trois dimensions à une courbe caténaire pour un arc en deux dimensions. Les profils pointus de nombreux dômes gothiques se rapprochent davantage de cette forme optimale que ne le font les hémisphères, favorisés par les architectes romains et byzantins, le cercle étant considéré comme le plus parfait des formes. Ajouter un poids au sommet du dôme pointu, comme la coupole lourde au sommet de la cathédrale de Florence, change la forme optimale pour correspondre parfaitement à la forme pointue réelle du dôme.

Les poussées vers l’extérieur dans la partie inférieure d’un dôme de maçonnerie hémisphérique peuvent être contrecarrées avec l’utilisation de chaînes incorporées autour de la circonférence ou avec un contrefort externe, bien que la fissuration le long des méridiens soit naturelle. Pour les dômes petits ou hauts avec moins de poussée horizontale, l’épaisseur des arcs de support ou des murs peut être suffisante pour résister à la déformation, ce qui explique pourquoi les tambours ont tendance à être beaucoup plus épais que les dômes qu’ils supportent.

Zone de transition
Lorsque la base du dôme ne correspond pas au plan des murs de soutien sous-jacents (par exemple, la base circulaire d’un dôme sur une baie carrée), des techniques sont utilisées pour combler les deux. La technique la plus simple consiste à utiliser des linteaux diagonaux à travers les coins des murs pour créer une base octogonale. Une autre consiste à utiliser des arcs pour couvrir les coins, ce qui peut supporter plus de poids. Une variété de ces techniques utilisent ce qu’on appelle des « squinches ». Un squinch peut être une seule arche ou un ensemble de plusieurs arcs imbriqués en saillie placés en diagonale sur un coin interne. Les squinches peuvent prendre une variété d’autres formes, y compris des arcs de trompette et des têtes de niche, ou des demi-dômes.

L’invention des pendentifs a remplacé la technique du squinch. Pendentifs sont des sections triangulaires d’une sphère, comme les allèges concaves entre les arcs, et la transition des angles d’une baie carrée à la base circulaire d’un dôme. La courbure des pendentifs est celle d’une sphère de diamètre égal à la diagonale de la baie carrée. La définition précise de «pendentif» a été une source de controverse parmi les universitaires, y compris si l’encorbellement est autorisé ou non selon la définition et si les parties inférieures d’une voûte de voile doivent être considérées ou non comme des pendentifs.

Les dômes avec des pendentifs peuvent être divisés en deux types: simple et composé. Dans le cas du simple dôme, les pendentifs font partie de la même sphère que le dôme lui-même; cependant, de tels dômes sont rares. Dans le cas du dôme composé plus commun, les pendentifs font partie de la surface d’une plus grande sphère en dessous de celle du dôme lui-même et forment une base circulaire pour le dôme ou une section de tambour.

Acoustique
Parce que les dômes sont concaves par le bas, ils peuvent réfléchir le son et créer des échos. Un dôme peut avoir une «galerie de chuchotement» à sa base qui, à certains endroits, transmet un son distinct à d’autres endroits éloignés de la galerie. Les demi-dômes sur les absides des églises byzantines ont aidé à projeter les chants du clergé. Bien que cela puisse compléter la musique, il peut rendre le discours moins intelligible, conduisant Francesco Giorgi en 1535 à recommander des plafonds voûtés pour les salles de choeur d’une église, mais un plafond plat rempli de coffres autant que possible pour la prédication.

Les cavités sous la forme de jarres construites dans la surface interne d’un dôme peuvent servir à compenser cette interférence en diffusant le son dans toutes les directions, éliminant les échos tout en créant un «effet divin dans l’atmosphère de culte». Cette technique a été écrite par Vitruve dans ses Dix livres sur l’architecture, qui décrit les résonateurs en bronze et en terre cuite. Le matériau, la forme, le contenu et l’emplacement de ces résonateurs à cavité déterminent l’effet qu’ils ont: renforcer certaines fréquences ou les absorber.

Matériaux
Les premiers dômes du Moyen-Orient ont été construits avec de la brique crue et, éventuellement, avec de la brique et de la pierre cuites au four. Les dômes de bois permettaient de grandes portées en raison de la nature relativement légère et flexible du matériau et étaient la méthode normale pour les églises en dôme au 7ème siècle, bien que la plupart des dômes aient été construits avec d’autres matériaux moins souples. Dômes en bois ont été protégés contre les intempéries par des toitures, comme des feuilles de cuivre ou de plomb. Les dômes de pierre de taille étaient plus chers et jamais aussi grands, et le bois était utilisé pour de grandes portées où la brique n’était pas disponible.

Le béton romain utilisait un agrégat de pierre avec un mortier puissant. L’agrégat est passé au cours des siècles à des morceaux d’argile cuite, puis à des briques romaines. Au sixième siècle, les briques avec de grandes quantités de mortier étaient les principaux matériaux de voûte. Pozzolana semble n’avoir été utilisé qu’en Italie centrale. Les dômes de brique étaient le choix préféré pour les revêtements monumentaux de grand espace jusqu’à l’âge industriel, en raison de leur commodité et de leur fiabilité. Des liens et des chaînes de fer ou de bois pourraient être utilisés pour résister aux contraintes.

Les nouveaux matériaux de construction du 19ème siècle et une meilleure compréhension des forces au sein des structures du 20ème siècle ont ouvert de nouvelles possibilités. Les poutres de fer et d’acier, les câbles d’acier et le béton précontraint ont éliminé le besoin de contreforts externes et ont permis des dômes plus minces. Alors que les anciens dômes de maçonnerie peuvent avoir un rapport rayon / épaisseur de 50, le ratio pour les dômes modernes peut être supérieur à 800. Le poids plus léger de ces dômes a non seulement permis des portées beaucoup plus grandes, mais a également permis la création de grands mobiles. dômes sur les stades de sport modernes.

Des dômes expérimentaux en terre battue ont été réalisés dans le cadre de travaux sur l’architecture durable à l’Université de Kassel en 1983.

Symbolisme
Selon E. Baldwin Smith, de la fin de l’âge de la pierre, le tombeau en forme de dôme était utilisé comme une reproduction de l’abri ancestral, donné par Dieu, rendu permanent comme une maison vénérée des morts. Le désir instinctif de le faire aboutit à la généralisation des traditions funéraires à travers le monde antique, depuis les stupas de l’Inde jusqu’aux tombeaux tholos d’Ibérie. À l’époque hellénistique et romaine, les tholos domiciliaires étaient devenus le symbole du cimetière coutumier.

Les dômes et les auvents des tentes étaient également associés aux cieux de l’ancienne Perse et au monde hellénistique-romain. Un dôme sur une base carrée reflète le symbolisme géométrique de ces formes. Le cercle représentait la perfection, l’éternité et les cieux. Le carré représentait la terre. Un octogone était intermédiaire entre les deux. Le symbolisme distinct de la tente céleste ou cosmique provenant des tentes royales des dirigeants achéménides et indiens a été adopté par les dirigeants romains à l’imitation d’Alexandre le Grand, devenant le baldaquin impérial. Cela a probablement commencé avec Nero, dont la «Maison dorée» a également fait du dôme une caractéristique essentielle de l’architecture du palais.

Le double symbolisme sépulcral et céleste a été adopté par les premiers chrétiens dans l’utilisation des dômes dans l’architecture et dans le ciborium, une canopée domiciliaire comme le baldaquin utilisé comme couverture rituelle pour les reliques ou l’autel de l’église. Le symbolisme céleste du dôme, cependant, était le prééminent par l’ère chrétienne. Dans les premiers siècles de l’Islam, les dômes étaient étroitement associés à la royauté. Un dôme construit en face du mihrab d’une mosquée, par exemple, était au moins initialement destiné à souligner la place d’un prince lors des cérémonies royales. Avec le temps, de tels dômes sont devenus des points focaux pour la décoration ou la direction de la prière. L’utilisation des dômes dans les mausolées peut également refléter le patronage royal ou être considérée comme représentant l’honneur et le prestige symbolisés par les dômes, plutôt que d’avoir une signification funéraire spécifique. La grande variété de formes de dômes dans l’Islam médiéval reflète des différences dynastiques, religieuses et sociales autant que des considérations pratiques de construction.

Types généraux

Dôme Beehive
Aussi appelé dôme à encorbellement, ou faux dôme, ceux-ci sont différents d’un «vrai dôme» en ce qu’ils sont constitués de couches purement horizontales. Au fur et à mesure que les couches deviennent plus hautes, chacune est légèrement en porte-à-faux, ou encorbée, vers le centre jusqu’à la rencontre au sommet. Un exemple monumental est le trésor mycénien d’Atrée datant de la fin de l’âge du bronze.

Dôme contreventé
Un cadre spatial à une seule couche sous la forme d’un dôme, un dôme contreventé est un terme générique qui comprend nervuré, Schwedler, grille à trois voies, lamelles ou Kiewitt, treillis et dômes géodésiques. Les différents termes reflètent différents arrangements dans les membres de surface. Les dômes contreventés ont souvent un poids très faible et sont généralement utilisés pour couvrir des portées allant jusqu’à 150 mètres.

Voûte de cloître
Voûtes appelées voûtes (un terme parfois aussi appliqué aux voûtes à voiles), dômes polygonaux, dômes à colombage, dômes à gorges, dômes segmentés (terme parfois aussi utilisé pour les dômes des soucoupes), voûtes à panneaux ou voûtes pavillons. forme dans leur section transversale horizontale. Les premiers exemples connus datent du premier siècle avant J.-C., comme le Tabularium de Rome de 78 av. D’autres incluent les Thermes d’Antonin à Carthage (145-160) et la Chapelle Palatine à Aix-la-Chapelle (13ème – 14ème siècle). L’exemple le plus célèbre est le dôme octogonal Renaissance de Filippo Brunelleschi sur la cathédrale de Florence. Thomas Jefferson, le troisième président des États-Unis, a installé un dôme octogonal au-dessus du front ouest de sa maison de plantation, Monticello.

Dôme composé
Aussi appelés dômes sur pendentifs ou dômes pendentifs (un terme également appliqué aux voûtes à voiles), dômes composés ont des pendentifs qui soutiennent un dôme de plus petit diamètre immédiatement au-dessus d’eux, comme dans la Hagia Sophia, ou un tambour et dôme -Dômes de la Renaissance, avec les deux formes résultant en plus grande hauteur.

Dôme à arche croisée
L’un des premiers types de voûte nervurée, les premiers exemples connus se trouvent dans la Grande Mosquée de Cordoue au 10ème siècle. Plutôt que de se rencontrer au centre du dôme, les nervures se recoupent de façon caractéristique au centre, formant un espace polygonal vide au centre. La géométrie est un élément clé des conceptions, l’octogone étant peut-être la forme la plus populaire utilisée. Que les arcs soient structurels ou purement décoratifs reste un sujet de débat. Le type peut avoir une origine orientale, bien que le problème soit également non résolu. Des exemples se trouvent en Espagne, en Afrique du Nord, en Arménie, en Iran, en France et en Italie.

Dôme géodésique
Les dômes géodésiques sont la partie supérieure des sphères géodésiques. Ils sont composés d’un cadre de triangles dans un motif polyèdre. Les structures sont nommées pour des géodésiques et sont basées sur des formes géométriques telles que les icosaèdres, les octaèdres ou les tétraèdres. De tels dômes peuvent être créés en utilisant un nombre limité d’éléments simples et de joints et résoudre efficacement les forces internes des dômes. On dit que leur efficacité augmente avec la taille. Bien qu’ils n’aient pas été inventés par Buckminster Fuller, ils lui sont associés parce qu’il a conçu de nombreux dômes géodésiques et les a brevetés aux États-Unis.

Dôme hémisphérique
Le dôme hémisphérique est la moitié d’une sphère. Selon E. Baldwin Smith, c’était une forme probablement connue des Assyriens, définie par les mathématiciens théoriciens grecs, et standardisée par les constructeurs romains.

Oignon dôme
Les dômes bulbeux débordent au-delà de leurs diamètres de base, offrant un profil plus grand qu’un hémisphère. Un dôme d’oignon est un dôme plus grand que hémisphérique avec un sommet pointu dans un profil d’ogive. On les trouve au Proche-Orient, au Moyen-Orient, en Perse et en Inde et il se peut qu’ils n’aient pas eu un seul point d’origine. Leur apparition dans l’architecture du nord de la Russie est antérieure à l’occupation tatare de la Russie et n’est donc pas facilement expliquée comme le résultat de cette influence. Ils sont devenus populaires dans la seconde moitié du XVe siècle dans les Pays-Bas du Nord, probablement inspirés par les finales des minarets en Egypte et en Syrie, et développés aux 16ème et 17ème siècles aux Pays-Bas avant de se répandre en Allemagne. élément de l’architecture baroque de l’Europe centrale. Les dômes bulbeux allemands ont également été influencés par les dômes russes et d’Europe de l’Est. Les exemples trouvés dans divers styles architecturaux européens sont généralement en bois. Les exemples incluent l’église de Kazan à Kolomenskoye et le pavillon de Brighton par John Nash. Dans l’architecture islamique, ils sont généralement faits de maçonnerie, plutôt que de bois, avec la partie bombée épaisse et lourde servant à soutenir contre la tendance des dômes de maçonnerie à s’étendre à leurs bases. Le Taj Mahal est un exemple célèbre.

Dôme ovale
Un dôme ovale est un dôme de forme ovale en plan, profil ou les deux. Le terme vient de l’ovule latin, qui signifie « oeuf ». Les premiers dômes ovales étaient utilisés par commodité dans des huttes à encorbellement en forme de recouvrement arrondi mais géométriquement indéfini, et les premiers exemples en Asie Mineure datent d’environ 4000 avant J.-C. La géométrie fut finalement définie par des combinaisons d’arcs circulaires, passant aux points de tangence. Si les Romains créaient des dômes ovales, ce n’était que dans des circonstances exceptionnelles. Les fondations romaines du plan ovale de l’église St. Gereon de Cologne indiquent un exemple possible. Au Moyen Âge, les dômes étaient également circulaires, bien que l’église de Santo Tomás de las Ollas en Espagne ait un dôme ovale sur son plan ovale. D’autres exemples de dômes ovales médiévaux peuvent être trouvés couvrant des baies rectangulaires dans les églises. Les églises plan ovales sont devenues un type à la Renaissance et populaire dans le style baroque. Le dôme construit pour la basilique de Vicoforte par Francesco Gallo était l’un des plus grands et des plus complexes jamais réalisés.

Dôme parabolique
Un dôme parabolique est une structure unique dans laquelle la contrainte de flexion due à la charge uniformément répartie de sa charge morte est nulle. Par conséquent, il était largement utilisé dans les bâtiments dans les temps anciens, avant l’avènement des structures composites. Cependant, si une charge ponctuelle est appliquée sur le sommet d’un dôme parabolique, la contrainte de flexion devient infinie. D’où il se trouve dans la plupart des structures anciennes, le sommet du dôme est raidi ou la forme modifiée pour éviter l’effort infini.

Voile, dôme
Aussi appelées voûtes à voiles, voûtes à mouchoirs, voûtes à dôme (terme parfois aussi appliqué aux voûtes du cloître), dômes pendentifs (un terme qui a également été appliqué aux dômes composés), voûtes bohémiennes ou dômes byzantins, ce type peut être considéré comme pendentifs qui, au lieu de simplement se toucher pour former une base circulaire pour un tambour ou un dôme composé, continuent doucement leur courbure pour former le dôme lui-même. Le dôme donne l’impression d’une voile carrée épinglée à chaque coin et ondulant vers le haut. Ceux-ci peuvent également être considérés comme des dômes de soucoupe sur des pendentifs.

Dôme de soucoupe
Aussi appelés dômes segmentaires (un terme parfois utilisé aussi pour les voûtes du cloître), ou calottes, ceux-ci ont des profils de moins d’un demi-cercle. Parce qu’ils réduisent la partie du dôme en tension, ces dômes sont forts mais ont une poussée radiale accrue. Beaucoup des plus grands dômes existants sont de cette forme.

Dômes de soucoupe de maçonnerie, parce qu’ils existent entièrement en compression, peuvent être construits beaucoup plus mince que les autres formes de dôme sans devenir instable. Le compromis entre la poussée horizontale proportionnellement augmentée à leurs culées et leur poids et quantité diminués de matériaux peut les rendre plus économiques, mais ils sont plus vulnérables aux dommages du mouvement dans leurs supports.

Dôme de parapluie
Appelés aussi godrons godrons, cannelés, orgue, citrouille, melon, nervuré, parachute, festonné ou lobé, ces dômes sont divisés à la base en segments incurvés qui suivent la courbe de l’élévation. « Fluted » peut se référer spécifiquement à ce modèle comme une caractéristique externe, comme c’était commun dans l’Egypte Mamelouke. Les « nervures » d’un dôme sont les lignes radiales de la maçonnerie qui s’étendent de la couronne vers le ressort. Le dôme central de l’Hagia Sophia utilise la méthode nervurée, qui accueille un anneau de fenêtres entre les nervures à la base du dôme. Le dôme central de la basilique Saint-Pierre utilise également cette méthode.