« Un temple doit être placé sur un lieu qui domine Paris pour rappeler la protection divine sur la France et la Capitale »
En 1873, le comité de l'Œuvre du Vœu National et le cardinal de Paris décident que le choix de l'architecte se fera par concours. À cet effet, un programme est rédigé à l'intention des candidats. Certains éléments sont imposés : le site, un budget limité à sept millions de francs, une crypte, une statue monumentale du Sacré-Cœur très visible et placée à l'extérieur.
Soixante-dix-huit projets sont rendus par quatre-vingt-sept concurrents regroupés en soixante-seize équipes. Charles Garnier et six Grands prix de Rome figurent notamment parmi les candidats. Leurs maquettes sont exposées sur les Champs-Élysées. L'architecte Paul Abadie gagne le concours de la construction du Sacré-Cœur. Abadie conçoit une basilique romano-byzantine (avec dôme, clochetons et campanile) en réaction au style néo-baroque.
La fragilité du sol formé par les carrières de gypse, obligea à entreprendre d’importants travaux de fondation : creuser 83 puits de béton de 33 m de profondeur.
Au fronton, dans une niche, on peut voir la statue de Jésus, montrant son cœur et sur les contreforts du porche deux statues équestres représentent Jeanne d’Arc, et Saint Louis, symbole de sainteté et de justice, brandissant son épée : la couronne d’épines.
La basilique est de style Romano-byzantin. L’intérieur est aussi de style romano byzantin : le chœur est entouré de 7 chapelles surplombé d’une vaste coupole haute de 80 m. On y trouve la plus grande mosaïque du monde (475 m2) représentant le Christ glorifié par l’Eglise et la France. A sa base on peut lire une phrase en latin signifiant : « Au Cœur très saint de Jésus, la France fervente, pénitente et reconnaissante. »
Dans la crypte un large promenoir sur lequel s’ouvrent 14 chapelles, permet d’accéder au Trésor et à la chapelle de la Pietà où reposent les Cardinaux Guibert et Richard.
La basilique n'est pas construite selon le plan basilical traditionnel. Elle est en forme de croix grecque, ornée de quatre coupoles. La coupole centrale a une hauteur sous clef de voûte de 54,94 m et un diamètre de 16 mètres ; son dôme central, haut de 83 m (c'était le point le plus élevé de Paris avant la construction de la Tour Eiffel), est surmonté d'un lanterneau formé d'une colonnade. Un escalier en colimaçon de 237 marches permet d'accéder à la galerie intérieure et extérieure de ce dôme, la première offrant une vue sur l'intérieur de l'église et la seconde un panorama circulaire sur 30 km par temps clair.
La pierre blanche retenue pour la construction est un travertin qui provient des carrières de Château-Landon et de Souppes-sur-Loing (les pierres de l'Arc de Triomphe de l'Étoile ont la même origine). Elle a été retenue pour ses qualités de dureté et d'auto-nettoiement au contact de l'eau, ce calcaire exsudant du calcite, ce qui garde la teinte blanche de la pierre.
Une immense tour carrée servant de clocher renferme, entre autres, la plus grosse cloche de France. Baptisée la Savoyarde, elle a été fondue à Annecy en 1895 par les frères Paccard. Elle mesure 3 mètres de diamètre et pèse 18 835 kg. Quant à son support, il pèse 7 380 kg. Le marteau qui la frappe pèse quant à lui 1 200 kg. Symbole nationaliste rappelant l'Annexion de la Savoie, elle fut offerte à la basilique par les quatre diocèses de la Savoie, et arriva sur la butte le 16 octobre 1895, ce qui fut un événement parisien.
La crypte qui a la même disposition que l'église, est une des curiosités de la basilique. Un saut-de-loup, large de quatre mètres, l'entoure et l'éclaire, grâce aux fenêtres et oculi percés dans le mur. L'espace central de la crypte est occupé par la chapelle de la Pietà qui contient, outre une statue monumentale de la Vierge au pied de la Croix, des tombeaux liés aux personnages importants qui ont marqué ce lieu sacré et la première pierre de la basilique.
Les promenoirs du déambulatoire desservent sept chapelles latérales à l’est, et sept chapelles latérales à l’ouest correspondant aux bas-côtés de la basilique. La chapelle absidiale, dédiée à la Sainte Famille, est surmontée d’une statue du Sacré-Cœur. Une chapelle dédiée à saint Pierre, élevée sur plusieurs gradins, entourée de colonnes, domine la crypte et correspond au chœur de la basilique.
Le fronton triangulaire qui domine la façade est coupé en son sommet par une niche dans laquelle est installée depuis 1927 la statue du Christ au Sacré Cœur sur la poitrine en pierre de cinq mètres de hauteur.
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