Les nouvelles technologies pour l’archéologie du bâti. Applications, apports et limites
New technologies for the building archaeology. Applications, contributions and limits
Résumés
Depuis plusieurs années nous assistons à une large et rapide diffusion des nouvelles technologies pour l’étude archéologique des monuments. Ces technologies ont transformé nos pratiques et ont introduit, dans le monde de la recherche scientifique sur le bâti, des nouveaux instruments et outils, mais aussi de nouvelles méthodes et leur lot de problématiques, limites et questionnements.
La photogrammétrie et la lasergrammétrie sont fréquemment employées pour l’acquisition de la géométrie d’un bâtiment et la production de l’imagerie archéologique et se prêtent particulièrement bien à l’étude des édifices en offrant une série d’avantages et possibilités pour la mesure et le relevé. Les temps d’acquisition sont en effet extrêmement réduits, les données fournies sont d’une grande fiabilité et objectivité et les mesures, acquises de manière déportée, sécurisée et sans contact présentent aussi une précision importante. Les nuages de points ont ouvert, aux archéologues, des raccourcis vers la perception tridimensionnelle constante du bâtiment et un point de vue multiple et interactif sur l’agencement des volumes d’un édifice.
À ces avantages s’oppose un certain nombre de problèmes et limites liés à l’utilisation des technologies numériques qui peuvent être réduits voir annulés à travers une réflexion sur l’application et les méthodes d’emploi de ces instruments, en effet des protocoles méthodologiques rigoureux sont en mesure d’intégrer les relevés numériques au dessin et à l’analyse traditionnelle sans les opposer.
Ce travail de réflexion et d’harmonisation sur les méthodes d’emploi des nouvelles technologies s’impose actuellement en archéologie du bâti.
For several years now we have been witnessing a wide and rapid diffusion of new technologies for the archaeological study of monuments. These technologies have transformed our practices and have introduced new instruments and tools into the world of scientific research on buildings, but also new methods and their share of problems, limits and questions.
Photogrammetry and lasergrammetry are frequently used for the acquisition of building geometry and the production of archaeological imagery and are particularly well suited to the study of buildings, offering a range of advantages and possibilities for measurement and surveying. Acquisition times are extremely short, the data provided are highly reliable and objective, and the measurements, acquired remotely, securely and without contact, are also highly accurate. Point clouds have opened up shortcuts for archaeologists to the constant three-dimensional perception of the building and a multiple and interactive view of the arrangement of the volumes of a construction.
These advantages are countered by a number of problems and limitations linked to the use of digital technologies which can be reduced or even cancelled out by reflecting on the application and methods of use of these instruments, in fact rigorous methodological protocols are able to integrate digital surveys with traditional drawing and analysis without opposing them.
This work of reflection and harmonisation on the methods of using new technologies is currently essential in the field of building archaeology.
Entrées d’index
Mots-clés : nouvelles technologies, modèle 3D, archéologie du bâti, relevés, lasergrammétrie, photogrammétrie, modélisation, numérisation, restitution 3D
Keywords : new technologies, 3D model, building archaeology, surveys, lasergrammetry, photogrammetry, modelling, digitisation, 3D restitution
Texte intégral
1Depuis plusieurs années nous assistons à une large et rapide diffusion des nouvelles technologies pour l’étude archéologique des monuments. Il semble utile, dans le cadre de ce colloque, de procéder à un état des lieux de l’utilisation de ces technologies dans le but de mettre un peu d’ordre dans ces notions encore trop vagues et confuses.
2En 2001, dans la conclusion de la table ronde de Saint-Romain-en-Gal1, la constatation, soulignée par toutes les interventions, de la nécessité d’un recours aux méthodes scientifiques pour appréhender la complexité des élévations était bien établie. Dans cette approche scientifique, le dessin et les mesures des vestiges jouent le rôle principal dans l’étude archéologique, depuis l’enregistrement jusqu’à l’interprétation des données.
3Au centre du travail de l’archéologue du bâti, se trouve donc la production de l’imagerie nécessaire à l’étude et, dès l’introduction de la table ronde de 2001, Joëlle Burnouf2 affirmait que les nouvelles technologies étaient en train de libérer l’archéologue du bâti des contraintes matérielles qui rendaient l’enregistrement et le relevé peu aisés et laborieux.
4En effet, depuis la fin des années 1980 mais surtout à partir du début des années 2000, et donc en même temps que les questionnements sur les méthodes d’étude du bâti, nous assistons à l’apparition et à une diffusion rapide des technologies numériques.
5Ces technologies ont transformé nos pratiques et ont introduit, dans le monde de la recherche scientifique sur le bâti, des nouveaux instruments et outils, mais aussi des attentes et des ambitions3. La première introduction est celle de l’outil par excellence, le modèle 3D (Fig. 1), copie numérique de l’ensemble ou partie du monument dans son état actuel, transcrit sur nos écrans sous la forme de nuage de points ou maillage et résultat des deux principaux instruments et techniques d’acquisition numérique, la lasergrammétrie et la photogrammétrie. L’arrivée des nuages de points issus de ces techniques a aussi attisé l’ambition du scientifique pour une phase d’acquisition objective et rapide, en opposition aux relevés traditionnels. Finalement, nous sommes forcés de constater que ces instruments et, en particulier, les logiciels de modélisation 3D ont conduit à une démultiplication des reconstitutions 3D à travers des maquettes très séduisantes de réalisme mais parfois pauvres de précisions sur les questionnements de la recherche4.

Fig. 1. Modèle 3D en nuage de points, prieuré Saint-Martin de Mesvres (Saône-et-Loire) (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2016).
6Ces outils numériques et leurs usages sont devenus fréquents dans nos pratiques archéologiques et leur utilisation qui dure depuis trente ans déjà peut, actuellement, être analysée historiquement5. Au début l’enthousiasme et la fascination pour ces innovations primaient dans le contexte scientifique. Ces instruments se présentaient comme la solution à tous les questionnements qui surgissent lors de l’observation du bâtiment, la numérisation permettant de le sauvegarder dans l’ordinateur et d’y avoir accès tout en étant loin du monument.
7Ce regard émerveillé a aujourd’hui été abandonné par les spécialistes qui utilisent ces technologies et qui sont bien conscients de la réalité du terrain où l’obtention du modèle 3D n’est pas le but ou l’achèvement du travail mais plutôt son commencement.
8Il faut néanmoins souligner la persistance de l’enthousiasme pour ces techniques de relevés dans les médias non spécialisés. Il suffit pour cela de regarder la presse de ces derniers mois pour comprendre de quelle manière le modèle 3D de la cathédrale Notre-Dame de Paris, acquis par lasergrammétrie par Andrew Tallon, semble être un héritage à la valeur inestimable qui aurait sauvé, du moins sur nos écrans, la cathédrale de la catastrophe. Dans ces discours il n’était pas question des études et des recherches menées sur l’édifice, ou du travail d’analyse archéologique du chercheur6, ou des travaux scientifiques précédents, le seul modèle 3D avec son milliard de points et sa précision millimétrique serait suffisant pour percer à jamais le secret de la construction et conserver pour l’éternité le monument, du moins sa copie numérique.
9Dans le monde scientifique de l’archéologie qui, pour certains aspects, est malheureusement encore loin d’être totalement débarrassé du pouvoir envoûtant et magique qu’exercent les nouvelles technologies, leur utilisation, presque quotidienne, permet désormais d’y porter un regard critique et de s’y intéresser avec une approche épistémologique.
10En réfléchissant sur les méthodes d’utilisation, nous pouvons mettre en évidence les limites et les difficultés tout en reconnaissant les intérêts et les apports pour la recherche et voir comment ces technologies ont trouvé une place à l’intérieur de chacune des étapes du travail archéologique.
1. Les nouvelles technologies pour l’acquisition des données architecturales
11La photogrammétrie et de la lasergrammétrie sont devenues des techniques très fréquemment employées pour l’acquisition de la géométrie d’un bâtiment et la production de l’imagerie archéologique. Ces technologies 3D, dont le développement est souvent commandé par l’industrie du bâtiment, se prêtent particulièrement bien à l’étude des édifices déjà existants et offrent une série d’avantages et possibilités pour la mesure et le relevé qui en expliquent, en partie, la rapide diffusion dans les pratiques archéologiques. La lasergrammétrie présuppose l’utilisation d’un scanner laser (Fig. 2), un instrument qui balaye l’objet à mesurer en calculant le positionnement dans l’espace de tous les points d’impact du laser de manière automatique, précise et fiable. Cette technique est utilisée pour l’intérieur et pour l’extérieur des édifices. La photogrammétrie est une technique qui permet de déterminer les dimensions, les positions et les formes d’objets à partir d’une série de clichés photographiques. Généralement utilisée pour les objets et l’extérieur du bâtiment, elle est plus difficile à mettre en œuvre à l’intérieur en fonction de la configuration des espaces7 et elle est souvent utilisée pour lever seulement certaines zones particulièrement intéressantes (Fig. 3). Cette technique est comparable à la lasergrammétrie en termes de qualité et précision des rendus seulement lorsque la mise en œuvre est systématique et rigoureuse, la prise de vues et l’attribution des valeurs de distance étant des opérations manuelles.

Fig. 2. Modèle 3D en nuage de points obtenu par lasergrammétrie, évêché d’Autun (Saône-et-Loire) (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2017).

Fig. 3. Modèle 3D en nuage de points obtenu par photogrammétrie. À gauche, château d’Anet (Eure-et-Loir) (Numérisation et traitements Grégory Chaumet). À droite, évêché d’Autun (Saône-et-Loire) (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2017).
12De ces deux techniques d’acquisition en résulte un nuage de points tridimensionnel représentant l’objet avec précision et exhaustivité (Fig. 4). Les données sont ensuite traitées au moyen de logiciels permettant des mesures, des coupes et segmentations, des rendus 3D, la génération de documents techniques (DAO), les ortho-projections, la modélisation (CAO), etc. (Fig. 5).

Fig. 4. Modèle 3D en nuage de points, mesures et segmentations, cathédrale Saint-Lazare d’Autun (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2016).

Fig. 5. Modèle 3D en nuage de points à partir duquel sont réalisés les dessins techniques, ortho-projections et modélisations, évêché d’Autun (Saône-et-Loire) (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2017-2019).
13Le premier avantage du recours à ces méthodes est la rapidité des relevés. Les temps d’acquisition sont en effet extrêmement réduits entre trente minutes pour une façade et souvent seulement quelques jours pour l’ensemble d’un bâtiment intérieur et extérieur.
14Ces instruments fournissent aussi des données d’une grande fiabilité, lorsque leur utilisation suit un protocole méthodologique rigoureux, mais surtout des documents d’une grande objectivité. En effet, contrairement aux opérations de relevés manuels où les mesures sont peu nombreuses et les interpolations fréquentes, ces technologies permettent d’enregistrer un nombre de points extrêmement élevé que nous sommes incapables d’atteindre manuellement dans les mêmes laps de temps. Les mesures présentent aussi une précision importante de l’ordre de 1 cm à 100 m pour les lasers et de manière déportée, sécurisée et sans contact8.
15Cela signifie que ces instruments ont ouvert des raccourcis pour des mesures de plus en plus précises et performantes en nous permettant d’atteindre des hauteurs, largeurs et profondeurs qui restaient jusque-là incertaines sans échafaudages et dans des endroits difficiles d’accès. Il ne faut pas oublier les géoréferencements précis et possibles même à l’intérieur, très utiles si l’on travaille sur plusieurs bâtiments et à l’échelle d’un quartier par exemple (Fig. 6).

Fig. 6. Modèle 3D en nuage de points géoréférencé de l’ensemble des bâtiments composant le quartier épiscopal de la ville d’Autun (Saône-et-Loire) (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2015-2019).
16Le dernier avantage consiste en la perception tridimensionnelle constante du bâtiment. Ces nuages de points apportent au chercheur un point de vue multiple et interactif, particulièrement utile lorsqu’il s’agit de s’attaquer au travail difficile qui est celui de penser en permanence en trois dimensions, de passer constamment « du 2D au 3D en plan et en élévation »9 comme le soulignait déjà Joëlle Burnouf en 2001. Des nouveaux points de vue s’ouvrent sur un édifice, du moins sur son double virtuel, et nous ne sommes plus dominés par ses architectures, parfois labyrinthiques, lorsque nous nous trouvons à l’intérieur. Nous le regardons désormais plutôt et plus fréquemment d’en haut, nous pouvons le tourner dans tous les sens, le manipuler et l’explorer dans ses volumes et agencements (Fig. 7).

Fig. 7. Modèle 3D en nuage de points et segmentations montrant le bâtiment médiéval à l’intérieur des constructions modernes, prieuré Saint-Georges de Couches (Saône-et-Loire) (Numérisation, Camil Joundy et Camilla Cannoni, 2019).
17Tous ces apports et ces avantages sont les raisons principales de l’adoption si rapide, de la part des archéologues du bâti, de ces outils numériques pour le relevé mais, bien évidemment, ces nouvelles technologies arrivent sur la scène de l’archéologie du bâti non sans leur lot de problématiques, limites et questionnements.
2. Une maquette 3D pour l’analyse archéologique ?
18Ces limites sont particulièrement perceptibles dans la phase d’analyse et l’utilisation inconditionnelle de ces technologies 3D présente un ensemble de risques.
19Le principal est celui d’un détachement de l’objet réel vers sa copie virtuelle. Il est fondamental, même si parfois cela peut sembler superflu, de rappeler l’importance de l’observation directe des monuments, du contact avec les vestiges, avec la matière. L’analyse archéologique reste finalement le travail d’entrainement de l’œil à voir les interactions, les rapports de matière et de temporalité et cela n’a aucun sens de déduire ces informations à partir de pixels sur un ordinateur. Ce qui signifie que le passage de l’ortho-projection au relevé pierre-à-pierre doit impérativement se faire sur le terrain, devant le moment (Fig. 8). Le dessin et les mesures sont un travail d’analyse et d’observation, à l’opposé le nuage de point est un ensemble de données brutes enregistrées par un instrument. Les questionnements épistémologiques depuis l’apparition des maquettes 3D soulignent à l’unanimité qu’elles doivent être utilisées complémentairement à l’observation directe et au dessin manuel ; ces technologies n’ont pas vocation à se substituer au relevé manuel, elles le facilitent, le complètent et l’accélèrent mais, en aucun cas, elles ne le remplacent. Des protocoles méthodologiques rigoureux sont en mesure d’intégrer les relevés numériques au dessin et à l’analyse traditionnelle sans les opposer.

Fig. 8. Modèle 3D en nuage de points, ortho-projection et relevé pierre-à-pierre, évêché d’Autun (Saône-et-Loire) (Numérisation et traitements, Camilla Cannoni, 2017).
20D’autres limites proprement informatiques concernent la gestion des données et leur stockage permanent. Même si les recherches en ingénierie informatique font des progrès rapides dans ce sens et des initiatives, telles que le Consortium 3D pour les SHS, voient le jour ces dernières années, en général, la taille du nuage de points, le nombre exorbitant de photographies et le poids des données numériques restent des problèmes et des contraintes importantes10. Des contraintes matérielles d’abord puisque les instruments de relevé, tels que les scanners laser sont encore trop onéreux pour une large diffusion et les logiciels de traitement demandent à nos ordinateurs des performances de calcul et de stockage très élevées. Ensuite, des problèmes méthodologiques parce que, malheureusement, l’absence de protocoles clairement établis et la rareté des organismes dispensant des formations conduisent actuellement à des acquisitions faites sans raisonnement préalable sur les stratégies de numérisation et à l’utilisation des instruments par des agents qui manquent de formation, compétences et parfois même d’intérêt pour les aspects technologiques et informatiques liés à ses instruments que l’on croit, à tort, faciles d’appréhension.
21Finalement, il est fondamental de rappeler que les nuages de points véhiculent des géométries sous forme de données brutes, des séries de mesures et coordonnées sans hiérarchie sinon un placement spatial11. Ce ne sont pas des outils intelligents mais ils doivent être enrichis de niveaux sémantiques, de données documentaires, historiques et architecturales, nourris par l’intelligence et le regard de l’archéologue qui trie les informations importantes et les détails pertinents du reste ; en analysant, il hiérarchise et organise les données.
22Dans ce sens des outils numériques se développent ces dernières années qui tendent plus vers l’analyse sans se cantonner à la simple représentation des vestiges numérisés. Je fais référence aux systèmes d’informations géographiques et archéologiques où le modèle 3D n’est pas seulement la description de la géométrie du bâtiment mais est aussi un moyen de stocker et véhiculer les informations et les données utiles à l’analyse historique et archéologique.
23Pour éviter les pièges et contrer les limites que je viens d’énumérer, il paraît donc nécessaire de constituer des protocoles méthodologiques pour l’utilisation de ces technologies, de sorte que leur emploi reste celui d’un outil sur lequel s’appuyer et non pas, comme trop souvent est le cas actuellement, d’un but à atteindre.
3. Restitution des résultats par modélisation 3D
24Cette problématique est particulièrement sensible dans la phase de production des maquettes 3D donnant forme aux résultats et hypothèses d’étude.
25La facilité avec laquelle se produisent des maquettes avec les logiciels de modélisation 3D peut sembler un avantage mais est, en réalité, une limite qui ne peut être contournée qu’en renforçant la réflexion sur la différence, clairement établie depuis les questionnements épistémologiques des années 1980, entre restauration, restitution et reconstitution12.
26La valorisation et la médiation sont, certes, des aspects importants de notre travail mais ils doivent garder leur place et n’arriver qu’une fois l’analyse terminée ; les hypothèses doivent être traitées comme telles et non pas comme des vérités photo-réalistes, la reconstitution relevant plus de la création artistique que de l’analyse scientifique. Les images montrant le raisonnement archéologique qui a conduit de l’état actuel du monument à son état restitué ne doivent pas être abandonnées au profit de modèles 3D13.
27Dans ce sens, il faut également insister sur l’importance des recherches documentaires et historiques pour appuyer l’analyse archéologique et ensuite les restitutions. L’avènement des outils numériques a aussi conduit au fractionnement de la chaîne méthodologique avec plusieurs intervenants de différentes disciplines, comme les informaticiens et infographistes et, dans ce processus, le raisonnement et l’analyse sont souvent relégués au deuxième plan 14.
28Pour pallier ces inconvénients, il est donc important pour les archéologues de maîtriser ces technologies et de les utiliser directement, en limitant le recours à des agents extérieurs qui seront moins sensibles aux questionnements épistémologiques qui animent les pratiques archéologiques.
29L’apparition et le développement des technologies numériques en 3D ont été tellement rapides et exponentiels qu’encore aujourd’hui nous sommes dans une phase d’expérimentation ; des protocoles et des méthodologies claires doivent être mis au point et appliqués universellement.
30Ce travail de réflexion sur les méthodes et les usages est d’autant plus important et urgent que la technologie 3D connaît aujourd’hui un effet de mode. Les projets de recherche universitaires, les organismes culturels et de conservation du patrimoine, les musées et bien d’autres organismes et institutions en sont demandeurs. Souvent pour obtenir des financements, des numérisations et modélisations 3D sont intégrées aux programmes de recherche même lorsque la finalité scientifique n’y est pas ou n’en nécessite pas l’emploi. Cette « fièvre numérique » a aussi fait surgir un nombre incalculable d’entreprises privées ou de laboratoires et plateformes qui cherchent à promouvoir une numérisation massive des monuments et des objets du patrimoine sans problématiques de recherche ou finalités d’analyse et d’étude. Il s’agit simplement d’avoir une copie numérique précieusement stockée dans un disque dur, des données brutes en attente d’analyse, des nuages de points dépourvus de sens avec lesquels sera produite, au mieux, une simple vidéo du monument.
31En tenant compte de cette situation complexe, on comprend bien comment le travail de réflexion et d’harmonisation, qui était celui à accomplir pour les méthodes de l’archéologie du bâti et sur lequel la table ronde de 2001 se proposait de réfléchir, se trouve être encore extrêmement d’actualité et encore à réaliser pour l’utilisation des nouvelles technologies dans cette discipline.
Notes de bas de page
1 Sapin C., « Conclusion de la table ronde », in Parron-Kontis I., Reveyron N. dir., Archéologie du bâti : pour une harmonisation des méthodes, Actes de la table ronde 9 et 10 novembre 2001, Musée archéologique de Saint-Romain-en-Gal (Rhône), Paris, 2005, p. 115.
2 Burnouf J., « Discours d’introduction », in Ibid., p. 11.
3 Badie A., « Architecture, archéologie et pratiques numériques. De l’acquisition à la reconstitution : une brève introduction », RAAN, 05/03/2018, URL : https://raan.hypotheses.org/1692.
4 Ibid.
5 Ibid.
6 Sandron D., Tallon A., Notre Dame de Paris : neuf siècles d’histoire, Paris, 2013.
7 Macher H., Du nuage de points à la maquette numérique du bâtiment : reconstruction 3D semi-automatique de bâtiments existants, thèse en Science de l’Ingénieur, Topographie, Géomatique sous la direction de Pierre Grussenmeyer, INSA Strasbourg, 2017, p. 23.
8 Brabant M. dir., Topographie opérationnelle, mesures, calculs, dessins, implantations, Paris, 2012.
9 Burnouf J., op. cit., p. 11.
10 Badie A., op. cit.
11 Badie A., Ibid.
12 Balut P.-Y., « Restauration, restitution, reconstitution », Revue d’archéologie moderne et d’archéologie générale, 1, 1982, p. 101.
13 Badie A., op. cit.
14 Ibid.
Auteur
Doctorante en Archéologie médiévale, ingénieure d'études "Plateforme Plémo 3D" Sorbonne Université, Faculté des Lettres, Centre André Chastel UMR 8150, ED124.
camillacannoni@gmail.com
Le texte seul est utilisable sous licence Licence OpenEdition Books. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont « Tous droits réservés », sauf mention contraire.
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