Si la construction de la halle pour stocker le blé a été lancée en 1763, pour une inauguration en 1767 par l'architecte De Mézières, qui déploie 25 arcades autour d'une cour centrale, il faut attendre 1813 pour voir se dresser une coupole en fer de fonte de grande portée, conçue par les architectes François-Joseph Bélanger et Jacques Ignace Hittorff. Ainsi, la coupole vient recouvrir la cour.
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L'architecte Henri Blondel, la recompose en 1889 en verres simples, avant que ceux-ci soient remplacés à la fin des années 1990 par des verres qui possèdent une meilleure performance thermique et un traitement du rayonnement solaire. Pour conserver cette coupole, les meneurs du projet ont utilisé un drone pour faire un diagnostic de la structure, et ont ensuite mené un relevé au laser pour confirmer l'absence de déformation structurelle. Une modélisation complète de la charpente a ensuite été réalisée. La verrière est également une prouesse de restauration. "Nous avons ajouté des filtres anti-UV, avec un double vitrage très fin. La rotonde possédait auparavant un vitrage qui n'était pas étanche, et il faisait très froid ou très chaud dans l'édifice. Le niveau thermique a été amélioré, pour le public et les œuvres", révèle Thibault Marca.
