L’étude des matériaux et des décors colorés de l’abbatiale Cluny III s’inscrit dans le cadre du projet Gunzo (Arts et Métiers ParisTech – Cluny) qui avait pour but la valorisation du patrimoine clunisien par l'intermédiaire des technologies numériques en réalité virtuelle. Un des axes de ce projet était d’élaborer une restitution virtuelle de la Maior Ecclesia en recréant une architecture la plus proche possible de la réalité à l’aide de l’étude des vestiges et des sources iconographiques et historiques qui nous sont parvenus associée aux recherches archéologiques les plus récentes. Outre l’architecture, il s’agissait également de proposer une restitution des décors de l’abbatiale et de son ambiance colorée. Nous avons concentré nos recherches, dans ce travail doctoral, sur les fragments de vitraux archéologiques mis au jour sur les sites de Cluny et de Paray-le-Monial, ainsi que sur les polychromies des fragments lapidaires du portail roman de Cluny, par une approche archéométrique. Les vitraux sont des éléments filtrants qui modulent la lumière tant en quantité qu’en coloration et jouent donc un rôle important dans la création d’une ambiance lumineuse et colorée. Les décors polychromes participent également à l’amélioration et la coloration de l’éclairement. De plus la connaissance des matériaux d’origine est préalable à toute restitution virtuelle en raison de la possible altération des pigments ou des décors métalliques (modification de la couleur) et d’éventuels repeints pouvant induire des changements de parti coloré.Une grande majorité des fragments de verre ont été mis au jour dans des contextes de remblais limitant leur datation à une approche typo-chronologique. Les classifications archéologiques élaborées ont été confrontées aux résultats d’analyses physico-chimiques qui nous ont permis d’affiner la datation de certains fragments et nous ont apporté de nombreux détails techniques. En ce qui concerne le portail de la Maior Ecclesia, qui occupe une place centrale dans l’art roman, nous avons précisé l’image de ce « puzzle lapidaire » tant au niveau de l’iconographie que de la polychromie. L’analyse physico-chimique des restes colorés a permis d’identifier les différents matériaux mis en œuvre dans la décoration du portail. Nous avons pu observer quatre phases polychromes, l’utilisation de pigments coûteux et l’abondance des décors métalliques.Nous avons ainsi contribué à la compréhension des décors colorés de l’abbatiale clunisienne. Cette étude représente une étape dans la compréhension d’un patrimoine archéologique qui, tôt ou tard, sera enrichi ; rappelons en effet qu’une partie des fragments de l’abbatiale est encore enfouie. / The study of materials and coloured decors of the abbey-church Cluny III is part of the Gunzo project (Arts et Métiers ParisTech – Cluny) which led the research and the promotion of the cluniac heritage thanks to digital technologies and virtual reality. This interdisciplinary team worked on the creation of a new digital model of the Maior Ecclesia, according to the latest scientific research, including the archaeological excavations and the study of the documentary and iconographic sources. Besides the architecture, it was also to propose a restoration of the decors of the abbey-church and its colourful atmosphere.The research in this doctoral work is focused on the fragments of archeological glass windows excavated in the sites of Cluny and Paray-le-Monial, as well as on the polychromies of the lapidary fragments of the Great Portal of Cluny using an archaeometric approach. The stained glass windows are filter elements that modulate the light in quantity and in colour. As such, they play a key role in creating a luminous and colourful atmosphere. The polychrome decors also contribute to the improvement and coloration of the lighting. Moreover, knowing the original materials is a prerequisite for any virtual restoration because of the possible alteration of pigments or metal decorations (color change) and possible repaints which can induce changes in colourful design.A large majority of glass fragments were excavated in the ruins of the churches, restricting their dating to a typo-chronological approach. The archaeological classifications performed from the relative chronology, typology and appearance of the vitreous material were compared with results of physicochemical analyses. These helped to refine the dating of certain fragments and identified many technical details. With regard to the portal of the Maior Ecclesia, which occupies a central place in the Romanesque art, the picture of this "lapidary puzzle" in iconography and in polychromy has been clarified. The characterization of the colourful remains has enabled identification of the different materials used in the decoration of the portal. Four polychrome phases, the use of expensive pigments and abundance of metal decorations were observed.In this way, this research has contributed to the understanding of the colourful decors of the Maior Ecclesia. This study represents a stage in the comprehension of an archaeological heritage which, sooner or later, will be further enhanced. It is important to remember that fragments of the abbey-church remain buried.