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In einem wohl bereits seit dem 6. Jahrhundert bestehenden Kloster richtete Audomar, Mönch aus Luxeuil, 639 das Bistum Tarvenna ein. Die dem Heiligen Martin geweihte Kirche wurde in gallo-römischen Resten gegründet. Es entstand aus dem Kloster eine Kathedrale und eine Kathedralgruppe, wohl mit einem Baptisterium und einer Nebenkirche, die miteinander verbunden waren und archäologisch belegt sind. Ein karolingischer Neubau wohl um 850/860 erhielt eine Umgangskrypta, die in der Apsis zweigeschossig war, ähnlich der zeitgleichen Krypten von Saint-Germain in Auxerre (obj-292) oder Flavigny (obj-444). Die restlichen Teile des karolingischen Bauwerks sind unbekannt. Kurz vor 1200 wurde mit dem mächtigen Umgangschor eines großen gotischen Neubaus begonnen, der jedoch keine Doppelturmfassade erhielt. Nach einer Belagerung ließ Karl V. die Stadt und die Kathedrale zerstören.

C'est dans un monastère qui existait sans doute déjà depuis le VIe siècle qu'Audomar, moine originaire de Luxeuil, fonda en 639 le diocèse de Tarvenna. L'église, dédiée à saint Martin, fut édifiée sur des vestiges gallo-romains. Le monastère donna naissance à une cathédrale et à un ensemble cathédral, comprenant vraisemblablement un baptistère et une église annexe, qui étaient reliés entre eux et dont l'existence est attestée par des fouilles archéologiques. Un nouvel édifice carolingien, datant probablement des années 850/860, fut doté d'une crypte à déambulatoire, qui comportait deux niveaux dans l'abside, à l'instar des cryptes contemporaines de Saint-Germain à Auxerre (obj-292) ou de Flavigny (obj-444). On ignore tout des autres parties de l'édifice carolingien. Peu avant 1200, la construction d'un imposant chour à déambulatoire fut entreprise dans le cadre d'un grand édifice gothique, qui ne fut toutefois pas doté d'une façade à deux tours. À la suite d'un siège, Charles V fit détruire la ville et la cathédrale.