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A partir de la fin du Xe siècle, les bâtisseurs romans remplacent le plafond horizontal en bois de la nef par des voûtes en pierre pour raison esthétique tout d'abord : la ligne courbe de la voûte en pierres évite un arrêt brutal et traduit mieux l’image d’un monde sans limite, mais aussi pour raison matérielle : la pierre est résistante au feu. Les difficultés imposées par ce choix vont déterminer les principes de construction des édifices romans. Les piliers Ils ont pour fonction de porter la voûte avec ses arcs. ; ce qui amènera l’architecte à concevoir d’abord la voûte pour ensuite dessiner les piliers. Les chapiteaux, grâce à leur forme évasée, assurent le raccordement entre les piliers et les arcs dont les sections sont différentes. Dans certains édifices, ils sont absents lorsque les sections des éléments sont identiques, sinon il s’en suivrait une confusion. Les arcs Pour clôturer le volume en partie supérieure, on utilise l’arc qui consiste à assembler des pierres en suivant une ligne courbe. De la sorte, on peut franchir plusieurs dizaines de mètres (comme pour les ponts).
On a trop souvent expliqué de façon simpliste le passage du roman au gothique par le remplacement de l'arc en plein-cintre par l'arc brisé. Cela vaut un peu pour la France mais pas du tout pour des pays comme l'Italie où l'évolution de l'architecture n'a pas du tout suivi la même voie. Ainsi, la façade de l’Eglise Saint Michel de Lucques est très souvent présentée comme "romane" parce qu'elle utilise l'arc en plein cintre réputé typiquement roman. Cette façade est pourtant presque contemporaine de la fin du gothique classique en France. Les voûtes Pour franchir les vides, les voûtes se comportent comme des arcs grâce à la taille et à la disposition identique de leurs pierres.
A la croisée du transept s’ouvrait généralement un puit de lumière : on aurait pu se contenter de quatre hauts murs avec des ouvertures, mais le souci du symbolisme imposait une coupole rappelant la sphère céleste. Le passage du carré au cercle sera solutionné de différentes manières : la difficulté consiste essentiellement à couper les angles du carré, car ensuite, en s’appuyant sur un octogone, on peut facilement passer au cercle. Les bâtisseurs gothiques négligeront l’éclairage de l’église par une coupole placée à la croisée du transept. L’idée resurgira plus tard avec le dôme de Florence, Saint-Pierre de Rome, Saint-Louis des Invalides, …
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