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Une première flèche est construite au-dessus de la croisée du transept vers 1250. Il s’agit alors d’un clocher qui abrite au XVIIe siècle cinq cloches. Elle est démontée entre 1786 et 1792.
Une flèche ornementale
Lors des travaux de restauration de la cathédrale au XIXe s. Viollet-le-Duc décide de mettre en place une seconde flèche dont la fonction est uniquement ornementale, sans vocation de clocher. Une base octogonale prenant appui sur les quatre piliers du transept porte la charpente, indépendante de la flèche. En 1860, l’architecte charge le charpentier Bellu des travaux. Le modèle est très différent de la flèche précédente. Elle est constituée de 500 tonnes de bois, 250 tonnes de plomb et culmine à 96 m du sol. Ravagée par l’incendie de 2019, la flèche s’effondre, emportée par les flammes.
Des sculptures épargnées par les flammes
La flèche est couverte de plomb et décorée de statues de cuivre représentants les douze apôtres et des symboles des quatre évangélistes. Saint Thomas est représenté sous les traits de Viollet-le-Duc. Le visage tourné vers le ciel, il semble contempler son œuvre. Il tient dans sa main droite une règle sur laquelle il signe son œuvre. Une plaque en fer vissée à la base du pilier comporte les symboles maçonniques : l’équerre et le compas croisés. Le coq, situé au sommet de la flèche, est garni de trois reliques : une parcelle de la couronne d’épines, une relique de saint Denis et de sainte Geneviève.
En 2019, des travaux de restaurations sont entrepris sur la charpente. Les statues sont descendues pour être restaurées car elles souffrent d’oxydation du cuivre leur donnant cette couleur vert-de-grisé. Par chance, elles échappent aux flammes de l’incendie.