L’étude archéologique préalable réalisée dans le cadre du diagnostic architectural de la tour du Fer à Cheval a été réalisée en février et mars 2021. Ce travail a été mené par Archeodunum à la demande du cabinet Péricolo, mandaté par la ville de Nantes pour proposer un projet de restauration de l’édifice. Il a consisté à réaliser une étude du bâti, sans échafaudages ni piquetage des enduits, laquelle a été complétée par quelques sondages effectués sur le chemin de ronde.

L’étude a mis en évidence quatre grandes phases d’occupation comprises entre la fin Moyen Âge et la période contemporaine. La première phase concerne logiquement la construction de la tour par François II. Edifiée dans l’angle nord-est de la nouvelle résidence ducale, dont le chantier a débuté en 1466, la tour du Fer à Cheval est une tour d’artillerie, modèle des ouvrages de ce type érigés en Bretagne dans les années 1470-1500. Cette carapace maçonnée, aux murs de plus de 5 m d’épaisseur, est un véritable ouvrage dédié à la défense de la place-forte, mais elle constitue également un point fort de l’enceinte urbaine, laquelle est greffée au château, à quelques dizaines de mètre de la tour d’artillerie. A l’intérieur, la tour d’artillerie est équipée de canonnières à chaque niveau permettant de recevoir des pièces d’artillerie de tous calibres. Elle est également équipée de cheminées, de latrines et de grandes fenêtres permettant de loger certains occupants du château.

En 1487, la ville de Nantes et le château sont assiégés par l’armée royale. Cet épisode militaire a eu un impact fort sur le château et sur la tour du Fer à Cheval, mais les conséquences sont mal connues. Par la suite, avec le rattachement du duché au royaume de France, la reine Anne entreprend d’importants travaux au château et la tour d’artillerie est alors concernée. Le mur de gorge est certainement rebâti à ce moment-là et des remaniements importants doivent également être réalisés à l’intérieur de l’édifice. Les travaux touchant la tour d’artillerie et ses abords se poursuivent au XVI^e siècle avec les rehaussements des courtines adjacentes, modifiant ainsi les circulations d’origine de la tour avec leurs chemins de ronde.
Dans un troisième temps, la tour du Fer à Cheval perd sa vocation défensive pour devenir un espace de vie secondaire du château lorsque ce-dernier sert de prison et est occupé par les militaires, du XVIIIe siècle au début du XXe siècle. Elle sert alors d’espace de stockage et une salle d’armes y est même aménagée. L’édifice fait l’objet de travaux importants en partie sommitale avec la mise en place d’une couverture sur le chemin de ronde. Son sous-sol, rendu inutilisable, est comblé par d’importants remblais.
Enfin, le château devient propriété de la ville de Nantes à partir de 1921. Des fouilles et travaux de restaurations d’ampleur sont engagés sur site. La tour du Fer à Cheval sera concernée par une grande campagne de restauration à partir de 1973. L’édifice, alors totalement ruiné, fait l’objet de travaux importants qui lui permettent de retrouver une place dans l’ancienne résidence ducale. L’impact de ces travaux et leur pertinence ont été l’un des enjeux de l’étude archéologique de 2021.