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Architecture, décor, organisation de l'espace

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Nicolas Reveyron
, 
Olivia Puel
, 
Charlotte Gaillard

Thème 3 : Les voies de la recherche en art et archéologie

L’utilisation du laser scanner dans le cadre de l’étude d’archéologie du bâti de l’église de Veyrines (Ardèche)

Anne Flammin

Texte intégral

1L’équipe des médiévistes de l’UMR 5138 « Archéométrie et archéologie » spécialisée en archéologie du bâti s’est s’équipée, en 2010, sur l’initiative d’Anne Schmitt et grâce à des crédits exceptionnels octroyés par le CNRS, d’un laser scanner. Autrefois dans l’impossibilité, pour des raisons techniques et financières, d’utiliser ce type d’outil, les archéologues médiévistes de ce laboratoire se sont aujourd’hui formés au maniement sur le terrain du laser scanner et au traitement des données. L’objectif de cette acquisition n’était pas uniquement de réaliser des relevés scannographiques des monuments étudiés, mais de croiser les techniques de relevés traditionnelles avec la lasergrammétrie pour enrichir la documentation graphique qui reste à la base de l’analyse en archéologie du bâti. Le choix de l’équipement s’est porté sur le laser scanner Faro Photon 120, piloté par un ordinateur portable Dell, ainsi que des logiciels de traitement des nuages de points FaroScene, 3D Reconstructor et Faro Cloud. Le premier logiciel est conçu pour l’acquisition des données avec le laser scanner, leur visualisation et le traitement des points de numérisation 3D. Le second permet aussi d’acquérir les données, de les traiter : mise en place de filtres, de maillages, de mappages de photographies, d’extractions de coupes, de plans, d’orthophotographies. C’est également un outil de mesure et d’extraction de vidéos. Ce logiciel pilote l’appareil photographique Nikon D300S dont les clichés sont ensuite associés au nuage de points. Le troisième logiciel est un applicatif vers Autocad. Ces outils sont aujourd’hui placés sous notre responsabilité au sein d’une plateforme appelée « Archéologie et 3D ».

2Le laser scanner est employé en priorité dans le cadre de programmes de recherche de l’équipe des médiévistes et, en particulier, dans les études de bâti : l’église de Veyrines (Ardèche) sous la direction d’Anne Baud et d’Anne Schmitt (Baud et al. 2012), l’abbaye Saint-André-le-Haut à Vienne (Isère) sous la direction d’A. Baud et de M. Zannettacci, l’hôtellerie Saint-Hugues à l’abbaye de Cluny (Saône-et-Loire) sous la direction de Ch. Gaillard ou encore l’abbaye de l’Île-Barbe à Lyon dans le cadre d’un travail de thèse mené également par le même auteur, sous la direction de N. Reveyron. Mais cet équipement lourd et performant n’a pas vocation à servir à une seule équipe. Il est aussi utilisé en collaboration avec d’autres UMR de la Maison de l’Orient et de la Méditerranée à Lyon, notamment avec l’Institut de Recherche en Architecture Antique dans le cadre de l’étude du théâtre antique d’Orange ou encore, en partenariat avec le Service archéologique de la Ville de Lyon, pour l’étude de la citerne antique dite « Grotte Bérelle ».

3La présentation de l’église de Veyrines et de l’opération archéologique qui s’y est déroulée sera suivie d’un exposé sur la méthodologie et les résultats obtenus avec le laser scanner. Elle vise essentiellement à montrer le potentiel et les limites de la technique d’acquisition 3D et à confronter les besoins et les solutions techniques apportées dans le cadre de l’archéologie du bâti.

1. PRÉSENTATION DU PRIEURÉ DE VEYRINES ET DE L’OPÉRATION ARCHÉOLOGIQUE (fig. 1)

4Le prieuré de Veyrines se situe en Ardèche, dans le haut Vivarais, un territoire marqué par l’implantation de plusieurs établissements religieux aux XIe et XIIe siècles. Cette période du Moyen Âge voit, en effet, le développement intensif du monachisme à travers la floraison de plusieurs prieurés d’obédiences diverses. L’abbaye de Saint-Chaffre fonde ainsi trois prieurés dont celui de Veyrines. Ce prieuré se situe sur la commune de Saint-Symphorien-de-Mahun et constitue l’un des exemples le mieux conservé parmi ces fondations religieuses de moyenne montagne. L’église prieurale, située au centre du hameau, est encore relativement peu restaurée, excepté les voûtes du transept. Elle est orientée nord-est et présente un plan à nef unique dotée, à l’est, d’un transept débordant et d’une abside encadrée de deux absidioles, greffées directement sur les croisillons. Un clocher quadrangulaire domine la croisée du transept. L’église possédait trois accès assurant la communication avec l’extérieur : un portail monumental aménagé dans la façade occidentale et deux portes plus modestes ouvertes dans chacun des murs ouest du transept. La première porte, au nord, donnait sur l’ancien cimetière, la seconde, aujourd’hui condamnée, livrait un accès au prieuré. À côté de cette dernière porte, une autre baie ouvre sur une étroite montée d’escalier, ménagée dans l’épaisseur du mur et desservant le clocher. La nef est charpentée et d’anciennes photographies indiquent un couvrement lambrissé remontant probablement à l’époque moderne (Poidebard 1928, p. 29). Les murs sont ouverts par des fenêtres en plein cintre et à ébrasement unique : à l’ouest, une baie largement ébrasée est placée immédiatement au-dessus du portail alors que chacun des murs gouttereaux est percé de deux baies. L’abside principale présente à l’intérieur un tracé semi-circulaire tandis que l’enveloppe extérieure est composée de trois pans. Trois fenêtres cintrées et ébrasées assurent l’éclairement du sanctuaire. La croisée du transept est déterminée par quatre grandes arcades brisées à la clé, reposant sur des piliers engagés dotés de chapiteaux à thèmes végétaux ou narratifs du XIIe siècle. Elles supportent une coupole octogonale sur trompes. Les bras du transept sont voûtés en berceau ; une baie ouverte dans chacun des murs sud et nord permet l’éclairement du lieu. Le voûtement a été largement repris au béton au moment des restaurations ; contrairement à la coupole, il ne subsiste qu’une petite section de maçonneries originelle. Les absidioles ont été presque entièrement remontées de telle sorte que nous ignorons si les murs étaient à l’origine aveugles, comme c’est le cas aujourd’hui, ou s’ils étaient percés d’une fenêtre. Néanmoins, il est plus vraisemblable qu’ils aient été ouverts par une petite baie.

Fig. 1 : Veyrines (Ardèche), église Sainte-Marie, nuage de points à partir des différents scans assemblés (réalisation : A. Flammin).

5L’intervention archéologique dans l’église de Veyrines avait pour objectif d’étudier l’architecture et les modes de construction de cette fondation rurale représentative du bâti médiéval et religieux du haut Vivarais. Cette opération était aussi l’occasion de former les étudiants en Licence 3 de l’université Lumière Lyon 2 aux techniques de relevés pierre à pierre, indispensables pour traduire le plus fidèlement possible l’observation concrète du bâtiment (Baud, Parron 1999, p. 176-178) et de les initier aux techniques de relevés scannographiques (par acquisition d’un nuage de points). C’est à partir de ces relevés et du faisceau d’observation apparu sur ces « minutes » qu’a pu être menée une analyse globale du bâtiment : sa chronologie relative, ses techniques de construction... L’exactitude dimensionnelle du relevé a permis d’enregistrer précisément tout type de césures et de réaliser un examen stratigraphique des enduits. L’analyse des matériaux mis en œuvre a été complétée par l’étude géologique d’A. Schmitt sur les ressources en pierres du territoire (Baud et al. 2012, p. 2-4).

6L’analyse archéologique a concerné les parties intérieures de l’édifice. En raison des crédits alloués à l’opération et de la durée de l’étude sur le terrain (15 jours), les relevés manuels ont été réalisés à l’aide de deux échafaudages mobiles. Le mur de l’abside a été le seul à faire l’objet d’un relevé manuel en développé complet et les murs sud, ouest et nord de la nef ou le mur ouest du bras sud du transept n’ont été que partiellement dessinés. Il est donc apparu nécessaire de les compléter par un relevé scannographique.

2. MÉTHODOLOGIE DE LA RÉALISATION DES RELEVÉS SCANNOGRAPHIQUES

2.1. ACQUISITION DES DONNÉES

7Quatre scans ont été réalisés à l’intérieur de l’édifice avec une résolution de 1/5 (c’est-à-dire 1 point tous les 7,5 mm à 10 m). Sur le terrain, l’acquisition des scans s’effectue à l’aide de sphères placées en différents endroits de façon à ce que, de chaque station, on puisse voir au moins trois sphères de la station précédente. L’utilisation de cette méthode garantit le recalage automatique des scans entre eux lors de leur traitement dans le logiciel Faro Scene.

2.2. TRAITEMENT RÉALISÉ SUR LE NUAGE DE POINTS

8Les nuages de points sont d’abord filtrés de manière à enlever les points aberrants (à l’aide des filtres de Faro Scene et de 3D Reconstructor). Une sélection manuelle des zones d’intérêt est réalisée et les points situés en dehors de ces zones sont enlevés de manière à alléger le scan. Les nuages des points des quatre scans sont ensuite assemblés entre eux (étape appelée consolidation) grâce à la reconnaissance automatique des sphères dans Faro Scene. Une fois le recalage automatique des scans terminé, on obtient une vue du nuage de points intégral de la partie intérieure de l’édifice (fig. 1).

2.3. EXTRACTION DES PLANS AU SOL

9Il est aisé d’extraire, avec les logiciels Faro Scene et 3D Reconstructor, le plan au sol de l’édifice à partir du nuage de points ou à différents niveaux (au niveau des baies par exemple…). Nous avons ainsi réalisé un plan au sol de l’édifice (fig. 2). Le logiciel offre aussi la possibilité de créer des coupes longitudinales de l’église.

2.4. EXTRACTION DES ORTHOPHOTOGRAPHIES

10À partir des modèles 3D, il est également possible, dans Reconstructor, de générer des orthophotographies ou « ortho-nuages de points ». Cinq orthophotographies des élévations intérieures de l’édifice ont ainsi été extraites. Il s’agit d’images redressées des élévations sous la forme de nuages de points, plus ou moins nettes en fonction de la densité des points, sur lesquels on peut insérer des photographies. Elles sont exportées de Reconstructor vers Autocad, puis retravaillées en dernier lieu dans le logiciel Adobe Illustrator où certains éléments architecturaux sont dessinés. Nous avons ainsi réalisé les orthophotographies des murs ouest du transept, des murs gouttereaux nord et sud et du revers de la façade occidentale (fig. coul. 53, 54 et 55).

3. COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTHODES DE RELEVÉS MANUEL ET SCANNOGRAPHIQUE

11Les relevés manuels des murs ont donc pu être intégrés et repositionnés dans les orthophotographies mises à l’échelle (dans le logiciel Adobe Illustrator). Certaines parties des dessins ont été complétées. Le relevé du mur ouest du bras sud du transept par exemple a été inscrit dans le relevé scannographique de la coupe transversale des murs ouest de ce même transept (fig. coul. 53). Les relevés pierre à pierre des murs gouttereaux nord et sud ont été complétés et les limites supérieures (charpente) et inférieures (sol) ajoutées (fig. coul. 54 et 55). Afin de distinguer les relevés manuels et scannographiques, une couleur différente (le bleu) a été employée. Il nous a paru important en effet de dissocier, sur le relevé, ce qui avait été dessiné manuellement de ce qui avait été dessiné à partir de l’orthophotographie. Celle-ci avait été imprimée à l’échelle 1/20e et complétée en retournant dans l’église pour ajouter les informations manquantes indispensables à l’étude comme certains blocs, les césures, les reprises… que l’on ne discerne pas directement sur ce document.

4. LES AVANTAGES ET LES LIMITES DE L’UTILISATION DU LASER SCANNER EN COMPLÉMENT DU RELEVÉ MANUEL

12L’un des premiers avantages de l’utilisation du laser scanner a été la possibilité de compléter des relevés trop partiels, de les repositionner dans le cadre architectural entier et ainsi de produire une documentation graphique complète des élévations. Le relevé manuel du parement intérieur du mur ouest du bras sud du transept a été intégré dans la coupe transversale du transept englobant la coupole et le mur nord (fig. coul. 53). Les lacunes des dessins des murs gouttereaux nord et sud de la nef et du revers du mur de façade ont également été complétées grâce aux relevés scannographiques et le document final offre un relevé entier de ces élévations (fig. coul. 53, 54, 55 et 56). Sans l’emploi du laser scanner, les parties hautes de l’édifice inaccessibles n’auraient pu être relevées. Or elles recèlent des informations importantes sur le phasage de cet édifice. Sans détailler ici tous les résultats de l’analyse de bâti (Baud et al. 2012), on peut néanmoins souligner que les parties hautes des murs de la nef ont été reprises pour l’installation des deux nouvelles baies qui ne sont pas d’origine et trahissent une restructuration importante de la nef. Elles pourraient en effet avoir remplacé de plus anciennes ouvertures. Sur le revers du mur de façade, à l’ouest, on note la reprise des parties hautes avec l’insertion d’une large fenêtre au-dessus du portail. Par ailleurs, au sommet des murs sud et nord, le relevé montre la présence de jambes de forces appartenant à une ancienne charpente : il s’agit d’une charpente à « ferme-diaphragme » dont des vestiges sont encore visibles et d’autres ne sont connus que par les désordres, créées dans la maçonnerie, suite à des arrachages. En chronologie relative, l’insertion de cette charpente a clairement eu lieu après la reprise des baies. Les murs ont ensuite été rehaussés d’une quarantaine de centimètres comme en témoigne la césure horizontale : cette phase correspond à la destruction de la charpente précédente, lorsqu’une nouvelle toiture est installée sur la nef. À partir de cette documentation graphique, la restitution très précise des différents états de l’édifice en plan et en élévation a été réalisée.

13Le second avantage réside dans la réalisation simple et très rapide, à partir du nuage de points, de coupes et de plans au sol (fig. 2). Un autre apport de la technique laser scanner pour l’archéologie du bâti est de pouvoir travailler – à partir des cotes et des dimensions prises directement sur le nuage de points dans le logiciel Reconstructor – sur les questions de modules des blocs, des divergences de hauteur d’assises, du positionnement des trous de boulin et donc de l’échafaudage à l’échelle du monument entier.

14En revanche, l’une des limites de son utilisation apparaît clairement lorsqu’il s’agit de marquer les différents enduits superposés, indispensables à l’étude de bâti, car ils sont imperceptibles sur la seule orthophotographie. Il est nécessaire de retourner sur le terrain pour compléter ces informations manquantes et l’orthophotographie, imprimée à une échelle souhaitée, nous a servi de base pour parachever ce travail. On l’aura compris, l’emploi du laser scanner ne saurait remplacer le nécessaire contact direct avec le mur pour son analyse. L’approche essentielle du « nez collé au mur », comme le rappellent A. Baud et Isabelle Parron, permet en effet une observation indispensable de l’ensemble des données architecturales car certains détails sont uniquement accessibles à l’œil nu : telle qu’une superposition d’enduits, des traces laissées par un outil sur la pierre ou bien des liaisons entre les pierres (Baud, Parron 1999, p. 176).

15En conclusion, le bilan de l’utilisation du laser scanner dans le cadre de l’étude de bâti de l’église de Veyrines est plutôt positif. Il a permis de compléter les relevés de terrain à partir des orthophotographies des élévations intérieures et d’obtenir une documentation graphique plus complète. Ces relevés scannographiques sont d’une grande précision et leurs superpositions avec les relevés pierre à pierre, réalisés par les étudiants, a été très facile. Ils ont, de plus, été obtenus dans des délais extrêmement rapides puisque, sur le terrain, une demi-journée a suffià l’acquisition des numérisations, une autre pour leur assemblage et pour la réalisation des orthophotographies. Mais les relevés scannographiques n’ont pas vocation à se substituer intégralement au relevé pierre à pierre – qui reste indispensable pour étudier la taille des pierres et leur nature, les composantes du mortier et qui permet une analyse très pointue des élévations – mais peuvent être utilisés pour le compléter quand des parties restent inaccessibles ou quand l’installation d’un échafaudage est trop coûteux. L’innovation et le haut degré de technicité du laser scanner ne doivent pas faire oublier que le relevé obtenu est souvent insuffisant et nécessite des compléments indispensables, liés à l’analyse réalisée par l’archéologue. Rien ne remplace le contact direct avec le monument et sa réalité physique. Il est en tout cas nécessaire de retravailler un relevé scannographique. Désormais, à la suite de l’expérience menée à Veyrines, le laser scanner est systématiquement associé à nos opérations d’archéologie du bâti. Il s’avère être également un instrument d’analyse précieux, dans le cadre d’un travail en cours, sur le positionnement et la restitution du décor sculpté, aujourd’hui déposé, du mur du fond de scène du théâtre antique d’Orange (en collaboration avec l’Institut de Recherche sur l’Architecture Antique et sous la direction de Jean-Charles Moretti). Il sera également employé pour compléter les relevés incomplets des élévations extérieures de l’église de Saint-Romain-en-Gal (Rhône) dans le cadre de l’étude que projette J.-Fr. Reynaud.

Bibliographie

Bibliographie

Baud A., Comes É., Schmitt A. à paraître. L’église romane de Veyrines, un édifice chaffrien en terre vivaroise. In Sanial B., Dubreucq A. (dir.). Actes du colloque international Saint-Chaffre, La Chaise-Dieu et leurs voisins... Concurrences, influences et complémentarités monastiques dans l’Église au Moyen Âge, Le Monastier-sur-Gazeille – La Chaise-Dieu, 13-15 septembre 2012.

Baud A., Parron I. 1999. L’analyse architecturale et le relevé pierre à pierre. In Baud A., Parron I. (éd.). Les techniques de relevé d’élévation. Table ronde du 27 mai 1997, tenue à la bibliothèque municipale de Lyon. Tournus : Centre international d’études romanes, p. 176-183.

Baud A., Schmitt A., Flammin A. (collab.), Puel O. (collab.) 2012. Veyrines (Ardèche), église Sainte-Marie. Étude archéologique du bâti. Rapport de fin d’opération. Lyon : DRAC Rhône-Alpes/SRA. 89 p.

Poidebard R. 1928. L’église de Veyrines : XIIe siècle. Aubenas : C. Habauzit. 64 p.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 : Veyrines (Ardèche), église Sainte-Marie, nuage de points à partir des différents scans assemblés (réalisation : A. Flammin).
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© Alpara, 2013

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