Sous le presbytère et le chœur, sculpté dans le rocher, s'ouvre le Sanctuaire des Martyres. Voulu par l'Archevêque De Esquivel et inauguré en 1618, il se compose d'un vestibule et trois chapelles. Il doit son nom à 179 niches renfermant les reliques des martyres de Cagliari. Il est pourvu d'escalier d'entrée et de trois capelles communicantes, revêtues de marbre. Les voûtes sont décorées de roseaux en pointes de diamant bosselées.
Vestibule du Sanctuaire
Les deux escaliers en marbre se rejoignent sur un palier, qui héberge au centre le sarcophage en marbre de l'archevêque Francisco de Esquivel et une peinture d'école espagnole - XVIIème siècle - représentant la Crucifixion, l'archevêque même et les martyres de Cagliari. Chapelle Centrale ou de Notre-Dame des Martyres. Elle renferme 66 niches. Au dessus de l'autel une statue de Notre-Dame avec l'Enfant, des côtés Saint Joseph et Sainte Anne.
Chapelle Centrale ou de Notre-Dame des Martyres
Elle renferme 66 niches. Au dessus de l'autel une statue de Nostre-Dame avec l'Enfant, des cotes Saint Joseph et Sainte Anne
Chapelle de Saint Lucifer
Dédiée à Saint Lucifer, évêque de Cagliari, elle renferme 80 niches. Les os du saint sont sous la table de l'autel; au dessus s'érige la statue. Dans la chapelle un sarcophage d'époque romaine, contenant les os de Saint Antioque et le mausolée de Marie Joséphine de Savoie, la femme de Louis XVIII, roi de France
Chapelle de Saint Saturnin
Dans la chapelle, qui est plus petite que les autres deux, se trouvent 33 niches. Au dessus de l'autel, un sarcophage romain du IIème siècle garde les reliques du saint. Au dessus de la statue de Saint Saturnin il y a deux autres sarcophages d'époque romaine : un avec les reliques de 10 saints, l'autre - derrière le monument à Charles Emmanuel de Savoie - garde les reliques de 9 saints. Au fond, le mausolée de Charles Emmanuel, mort de la variole à l'âge de seuls deux ans.
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