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Géologie de la colline, régime des eaux
La géologie de la colline sur laquelle s'élève le complexe de la Collégiale et du château reste encore mal connue. Elle semble se constituer d'une superposition de couches rocheuses, alternant strates calcaires et marneuses, dont le pendage général va vers le lac.
Système hydrogéologiques
Des quantités d'eau souterraine non négligeables ont été observées. La présence de nappes d'eau en ce lieu surélevé peut s'expliquer par les pertes des réseaux sanitaires du château. Plus vraisemblablement, elle s'explique par l'infiltration des eaux de pluie au travers de la falaise nord du site (ravin du Seyon) où affleurent les différentes couches du sous-sol comme autant de prises d'eau.
La compréhension du sous-sol de la colline va faire l'objet d'investigations complémentaires lors du chantier. Celles-ci devraient permettre de mieux comprendre le système hydrogéologique du site afin d'agir sur lui et d'éviter qu'il ne continue à humidifier certains secteurs des fondations de la Collégiale, comme cela est le cas aujourd'hui des assises du bas-côté nord et du porche.
Fissures
En 2007, la fissuration de plusieurs masses rocheuses surplombant le ravin du Seyon a conduit la Ville à fermer les accès nord au site par mesure de sécurité. Bien que la consolidation de la falaise n'incombe pas au présent projet de restauration, les études menées par la Ville à ce sujet ont été suivies de près par les ingénieurs mandatés à la Collégiale. La perte de cohésion du rocher peut en effet avoir une incidence ponctuelle sur la structure construite du site, notamment aux endroits où se fondent les murs de soutènement des terrasses.
Patrimoine arboré
Le patrimoine arboré des terrasses entourant la Collégiale au sud et à l'ouest comprend 41 arbres: 29 tilleuls, 7 marronniers, 2 érables et 3 platanes.
Programme de régénération
Selon l'analyse du Service des parcs et promenades de la Ville, ces arbres sont relativement jeunes. Aucun ne semble avoir été planté avant le 19e siècle. Deux tilleuls et un platane remontent à 1800 environ, un érable à 1850: ce sont les seules plantes dont on puisse dire avec certitude qu'elles sont antérieures aux restaurations de Léo Châtelain. Les 37 arbres restants ont tous été plantés après 1900: 7 autour de 1900 (ils pourraient être liés aux réalisations de Châtelain), 3 vers 1920, 2 vers 1940, 20 vers 1970, 4 vers 1990 et 1 en 2000.
D'ici 2020 (soit la fin prévisible du chantier), le Service des parcs et promenades prévoit le renouvellement d'un tiers des 41 arbres existants. Dans la mesure du possible, le projet de restauration des terrasses tiendra compte de ce programme de régénération.
Statique des enceintes et soutènements
Le site de la collégiale est fermé sur trois côtés par des soutènements dont les superstructures forment les murs d'enceintes. Le quatrième côté est occupé par le château.
Les études conduites par les ingénieurs civils montrent que, sur les côtés nord et ouest du site (soit sur la vallée du Seyon et sur le fossé occidental), les soutènements ne présentent pas de désordres statiques, mis à part une érosion avancée et générale des joints. Cette obsolescence est normale après un siècle d'exposition aux intempéries.
Réhabilitation totale au sud
Le soutènement de la terrasse sud par contre (sur la rue de la Collégiale) pose d'autres problèmes: ses déformations importantes trahissent une forte sollicitation et une résistance amoindrie. Ce front a d'ailleurs fait l'objet de confortations répétées durant les 18e-19e et 20e siècles, sans que la sécurité de ce secteur en soit garantie pour autant.
Les sondages pratiqués en 2005 ont révélé une maçonnerie d'épaisseur importante (environ 120 cm), mais dont le mortier s'est entièrement désagrégé. La réhabilitation complète de ce soutènement fragile et hétérogène est donc une intervention nécessaire. Elle est prévue dans le cadre de la 3e étape des travaux de restauration.
Etat des structures de la collégiale
L'étude statique des structures de la Collégiale n'a révélé que des défauts mineurs, comme le dévers des murs gouttereaux de la nef (sous la poussée mal reprise de chevrons de la charpente probablement) ou le décollement local de voûtains.
Etat rassurant
La situation n'est pas préoccupante: aucun tassement significatif au niveau des fondations, aucune déformation dans les superstructures. Les premières analyses statiques confirment que les sollicitations dans les principaux éléments maçonnés de la travée restent parfaitement admissibles.
L'examen des aplombs et le relevé des fissures n'ont révélé de pathologie structurelle véritable qu'en deux endroits de la Collégiale: une fissuration du dôme de la tour lanterne et une corrosion avancée du sol de l'église.
La réponse qu'offre la structure de la Collégiale à une sollicitation de nature sismique, par contre, n'a pas été modélisée: elle le sera lors des travaux de restauration.
Structure du dôme de la tour lanterne
La fissuration verticale des faces de la tour lanterne au droit des fenêtres, soit à l'endroit le plus faible des façades, est indiscutablement pathologique. Plusieurs causes peuvent être invoquées. Elle peut être consécutive à des mouvements d'ordre sismique ou à des dilatations d'ordre thermique (le dôme garde prisonnier un bouchon d'air chaud durant l'hiver).
Elle peut aussi résulter de la poussée du voûtement intérieur, dont les arcs axiaux butent contre le contrefort de la façade. Contrairement aux angles de la souche, bien calés, ce petit renfort médian est trop faible pour reprendre l'effort qu'il reçoit des arcs intérieurs. Ainsi, les faces de la souche, soumises à un effort de flexion, se voilent et se fissurent.
Intervention nécessaire
Un pareil désordre avait inquiété le dôme de la tour lanterne de la cathédrale de Lausanne avant qu'il ne soit restructuré par E.-E. Viollet-le-Duc entre 1873 et 1876. La lanterne de Neuchâtel, en tout point identique à celle de Lausanne, pourrait bien répéter la situation. Une intervention de confortation y est indispensable.
Faiblesse du sol
Réalisé entre 1867 et 1870 par Léo Châtelain, le sol de la nef et des bas-côtés est partiellement composé d'une structure mixte, faite de petites dalles en béton armé (un modernisme dans les années 1860) portées par des solives métalliques.
Sol affaibli
Soumis aux remontées capillaires ou aux eaux de condensation depuis plus de 130 ans, ce sol est aujourd'hui dangereusement affaibli. Les profilés métalliques sont pratiquement corrodés jusqu'au cœur de leur section, notamment aux appuis. Ils n'assurent plus au sol de l'église la sécurité minimale requise.
Un important développement de micro végétation a été observé dans les sous-sols, signe de l'insalubrité constante et du taux d'humidité exagéré qui règnent dans les vides sanitaires de la Collégiale.
Réfection transitoire
Devant la gravité de la situation, un étayage des hourdis a été mis en place durant l'hiver 2006-2007: il doit permettre d'attendre, en diminuant le risque d'accident, le renouvellement complet du sol. Cette réfection, nécessaire pour des questions de sécurité, aura des conséquences très importantes non seulement sur le projet de restauration du sol lui-même, mais aussi sur celui de l'église dans son ensemble.
Désordres du cloître
Aucun problème structurel majeur n'a été détecté dans le cloître, mis à part une vétusté avancée des maçonneries, particulièrement des maçonneries de façade.
Besoin de consolidation
L'élévation nord est la plus dégradée: largement dégarnie de son enduit, elle présente un parement déjointoyé et fissuré avec un gonflement excessif de l'extrémité est de la façade. Comme pour le reste des enceintes, l'assise sur le rocher devra être consolidée avec beaucoup de soin, tout comme l'ancien «chemin de ronde» aujourd'hui fermé au public pour raisons de sécurité.
Un affaissement du sol est visible à l'angle nord-ouest (apparemment déjà repéré au 19ème siècle): un sondage réalisé en cet endroit révèle un sous-sol très hétérogène - fait de rocher, de terre, de racines - qui devra être assaini lors des travaux de restauration.
Etat des parements extérieurs
N'ayant fait l'objet d'aucuns travaux de conservation importants depuis plus de 130 ans, certaines dégradations ont atteint un état d'avancement qui implique des mesures conservatoires à court terme.
Décors menacés
Les altérations concernent tout d'abord la pierre. D'une manière générale, les dégradations sont plus marquées dans les maçonneries restaurées par Châtelain entre 1867 et 1870 que dans les maçonneries plus anciennes. Le déjointoiement progressif des maçonneries affaiblit la résistance des façades au ruissellement de l'eau et fragilise les parements avec un risque de perte de matière qui augmente exponentiellement.
La dégradation concerne enfin les nombreux fragments d'enduits ou de décors peints qui recouvrent aujourd'hui encore la pierre en plusieurs secteurs des façades de la Collégiale. Sont particulièrement menacés les précieux vestiges d'un badigeon d'aspect ocre jaune, remontant vraisemblablement à la construction même de la Collégiale (13e siècle). D'autres traces importantes de décors médiévaux ou post-médiévaux sont aujourd'hui menacées.
Peintures altérées
Les dégâts relatifs aux traitements de surface sont sensibles dans la zone du cadran d'horloge peint dans la partie haute du pignon sud du transept (1555, transformé 1682, restauré 1944). Les couches picturales y ont perdu leur cohésion et sont pulvérulentes en de nombreux endroits. Des soulèvements de pellicule (écaillage avec perte de matière) sont visibles partout où les joints sous-jacents souffrent d'altérations. Ce secteur nécessite des interventions urgentes de consolidation et de fixage.
Etat des enduits des voûtements
Les causes de dégradation des couches picturales à l'intérieur de la Collégiale sont tantôt extérieures aux enduits (une fissuration du support par exemple, qui se répercute sur l'enduit) tantôt propres à la composition même des mortiers.
Altérations mécaniques
Cette seconde catégorie d'altération comprend la dégradation la plus grave observée aux voûtes de l'église: une pulvérulence et une perte de cohésion. Ce manque de liant se traduit par un défaut de tenue et par un affaiblissement de l'adhérence des strates entre elles: les enduits se décollent par plaques et menacent de tomber, les peintures se soulèvent et partent en poussière (cf. le nettoyage intempestif de décembre 2000). Des travaux de consolidation sont à entreprendre sans délais.
Réactions chimiques
A ces graves altérations s'ajoutent de nombreuses dégradations secondaires, principalement dues aux réactions chimiques que provoque la juxtaposition de matériaux incompatibles soumis à des infiltrations accidentelles d'eau de pluie (efflorescences salines). Les venues d'eau sont également à l'origine d'une prolifération de micro-organismes.
Etat des toitures
L'état de conservation des couvertures est satisfaisant. Les tuiles vernissées sont fonctionnelles et en très bon état: l'absence de traces d'infiltrations à l'intérieur des combles en témoigne.
Erosion
Le captage des eaux de ruissellement par les ferblanteries est insuffisant. Les nombreuses et importantes marques de coulures et d'érosion visibles en façade trahissent ces faiblesses: la conduite de l'eau est déficiente au droit des larmiers, à l'aplomb des corniches, sous les rampants, au débouché des couloirs, à la naissance des descentes, etc. Par ailleurs, la complication de certains raccords rend les ferblanteries fragiles.
Le projet ne prévoit qu'une découverture partielle des combles, limitée à ce qui est strictement nécessaire à l'assainissement des charpentes. L'ensemble des ferblanteries, par contre, sera revu et les détails repensés partout où ils n'assurent pas la conduite adéquate de l'eau.
Physique du bâtiment
Le climat actuel à l'intérieur de la Collégiale est connu par une série de relevés thermo-hygrométriques, réalisés en plusieurs étapes dès la fin des années 1990. Le système de chauffage de la Collégiale doit être repensé car il ne correspond ni aux normes actuelles de la conservation monumentale, ni à celles de la rationalisation énergétique, ni aux conditions du confort contemporain.
Chauffage au gaz
Le chauffage de l'air intérieur se fait depuis plus d'un siècle par un ensemble de convecteurs logés dans un canal de sol passant à l'axe de la nef. En complément à cette distribution centrale, des radiateurs d'appoint ont été placés plus récemment dans les bas-côtés de l'église. Actuellement, la chaleur est produite par une chaudière à gaz entièrement remise à neuf il y a six ans.
Distribution inégale
Un système de chauffage par convection concentrée, comme cela est le cas aujourd'hui à la Collégiale, présente l'inconvénient majeur de distribuer la chaleur de façon inégale dans l'église et de générer de ce fait d'intenses mouvements d'air intérieurs. Le passage de l'air dans le caniveau souterrain charge, d'autre part, l'air en particules de poussière. Celles-ci, emportées par le brassage convectif et partiellement brûlées par la haute température des corps de chauffe, se déposent dans la Collégiale formant à certains endroits des dépôts de crasse noirâtre.
Régulation difficile
La régulation du système actuel s'avère difficile. Elle empêche le contrôle fin du degré d'humidité relative de l'air intérieur de l'église, condition essentielle à la conservation des décors peints, des supports de pierre, du mobilier en bois (fissuration), des vitraux (condensation), des orgues (accord), soit du monument dans son ensemble.
Installations techniques
L'expertise des équipements techniques de la Collégiale a révélé de très graves lacunes dans le domaine de la distribution électrique, de la détection feu et de la sécurité des personnes.
Danger d'incendie
La distribution électrique ne répond plus aux normes de sécurité actuelles, ni en ce qui concerne les tableaux généraux et divisionnaires, ni en ce qui concerne la distribution câblée à l'intérieur de l'édifice (fils de section trop faibles, isolation de coton, intensité excessive des disjoncteurs, absence de mise à terre, etc.). La rusticité de ce réseau fait courir de grands dangers d'incendie à la Collégiale qui n'est pas non plus équipée d'un système de détection feu.
Sécurité pas garantie
La vétusté des installations ne garantit pas aujourd'hui la protection des personnes chargées de la maintenance des systèmes, ni celle des usagers quotidiens de l'église. En cas de sinistre, aucun signal d'alarme n'est donné dans la Collégiale. Il n'y a pas d'éclairage de secours, pas de cheminements d'évacuation balisés, les issues ne sont ni signalées ni asservies: la sécurité des personnes en cas d'accident n'est donc pas garantie, ce qui est difficilement admissible dans un lieu ouvert à de nombreuses activités publiques (services religieux, manifestations liturgiques, concerts, expositions, etc.).