Remarqueble par son architecture flamande du type « hallkerke », l'église Sainte-Catherine datant du XVe siècle possède trois nefs d'égale hauteur. La tour fut achevée en 1504. Le porche principal s'ouvre sous la tour carrée couronnée par une balustrade du XIXe siècle. Le 17 janvier 1795, Chappe y installa son télégraphe optique. A son sommet se tint, jusqu'en 1891, le « guetteur au feu ».

L'église Sainte-Catherine possédait un carillon qui jouait mécaniquement les heures mais pouvait être animé par un carillonneur, les jours de fête notamment. Sa qualité était tellement médiocre que l'on vendit les cloches pour les remplacer par un carillon de 36 cloches fondues à Amiens par Cavilliers.
Livré à la veille de la première guerre mondiale, il ne fut jamais installé car les allemands le détruisirent en 1917.

Entre les deux guerres, un carillon Wauthy prit place dans la tour de l'église pour sonner les ritournelles. Après guerre, il tomba dans l'oubli. Fondu en 1931, le carillon est disposé sur un beffroi métallique à trois fermes porteuses situées contre les abat-son, coté sud. Les 9 cloches vont du Ia3 au si4, soit une octave diatonique avec neuvième ajoutée.
Le beffroi métallique repose lui-même sur le beffroi en bois supportant les cloches de la sonnerie ; il se trouve donc dans la partie supérieure de la chambre des cloches, ce qui a permis de disposer le cylindre de ritournelles à son aplomb. Une filerie métallique (aujourd'hui inexistante) reliait le cylindre aux transmissions du carillon.

Conçue dès l'origine, la programmation mélodique du cylindre est inchangeable à la différence du cylindre de Notre-Dame de la Treille ou du Sacré Cœur qui possèdent un corps pré-perforé permettant de déplacer les taquets déclencheurs, au gré des différentes programmations.

Conçu comme carillon de ritournelles, l'instrument n'a jamais été tinté au moyen d'un clavier manuel à coup de poings. Ainsi, les neuf cloches sont munies d'un ou de deux battants extérieurs situés entre le carillon et les abat-son et qui viennent s'appuyer sur les ressorts de butée en mode repos. Aujourd'hui le carillon et son cylindre sont entreposés dans les ateliers municipaux de la ville de Lille dans l'attente d'être restaurés et réinstallés.

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