Exploitation de la 3D en archéologie du bâti

A. Flammin

 Laboratoire ARAR (UMR 5138_CNRS) – MSH MOM 

S. Sorin

Laboratoire CEPAM (UMR 7264_CNRS).

Qu’est-ce que l’archéologie du bâti ?

L’archéologie du bâti étudie les constructions en élévation selon les mêmes méthodes d’analyse stratigraphique utilisées par l’archéologie sédimentaire. Il s’agit d’examiner le bâtiment dans son volume, dans son histoire (à travers toutes ses modifications) et dans son environnement. L’archéologie du bâti consiste à « lire les murs » pour retrouver les phases de construction, les traces de reprises et de modifications (percement, bouchage d’ouverture,…), et à appréhender l’acte de bâtir à travers la compréhension de l’organisation du chantier, du travail des constructeurs et des techniques utilisées.

Le relevé d’archéologie du bâti : du relevé manuel aux relevés photogrammétrique et lasergrammétrique, évolution méthodologique

L’étude de bâti nécessite la réalisation de relevés d’élévation et de plans qui enrichissent la documentation scientifique, permettent la conservation des données et constituent le support nécessaire à toute analyse archéologique.

Le relevé manuel « pierre à pierre » : un support à l’analyse et à l’interprétation

Les archéologues, confrontés à l’étude d’un édifice, choisissent le plus souvent de réaliser un relevé manuel : le « pierre à pierre ». Muni d’un crayon, d’une planche à dessin avec un calque polyester millimétré, d’un mètre, de fils à plomb et à partir d’un carroyage composé d’un réseau d’axes orthonormés mis en place par visées topographiques, l’archéologue procède aux relevés en plan ou en élévation des vestiges. Le relevé manuel au plus proche de l’édifice permet alors une observation complète de l’ensemble des données. Certains détails, comme les enduits ou les traces de pigment, ne sont en effet observables qu’à l’œil nu.

Le relevé pierre à pierre est indispensable car il traduit fidèlement l’observation du monument. Il tient compte des dimensions réelles de l’édifice et permet d’enregistrer ses caractéristiques (nature du matériau, type d’appareil, traces d’outils, enduits) et ses irrégularités (césures). Le relevé est donc un document de travail avec des codes de représentation graphique normalisés et des commentaires associés. Il est le support le mieux adapté à l’exercice de la réflexion que doit mener l’archéologue. C’est à partir du relevé que l’on peut mener une analyse globale du bâtiment : sa chronologie relative, ses techniques de construction (origine des matériaux et mise en œuvre…). Toutes ces données participent pleinement à l’étude archéologique de l’édifice et aux questionnements associés.

Si le relevé manuel reste l’outil le plus pertinent dans le cadre d’une étude de bâti, les archéologues ont recours, depuis peu, à de nouvelles technologies comme la photogrammétrie ou la lasergrammétrie.

Relevé par lasergrammétrie, le scanner laser terrestre

Un scanner laser terrestre est un appareil de terrain, capable de mesurer et d’enregistrer plusieurs millions de points tridimensionnels en quelques minutes, à une précision de quelques millimètres. Mesures à raison de 150 000 points  par seconde avec un champ de vision 360° sur 320°. 

Le résultat d’une opération de numérisation est avant tout un fichier numérique contenant une série de coordonnées géométriques (X, Y, Z), constituant un « nuage de points » de l’édifice relevé.

Relevé par photogrammétrie

La méthode pour réaliser un relevé par photogrammétrie consiste en la prise de vue d’un élément bâti,  en multipliant les angles et les points de vue. On doit veiller à ce que les photographies aient entre elles, un angle inférieur à 15° et au minimum 50% de recouvrement. Le principe général est de disposer d’un couple de photographies sous deux angles différents. La multiplication des vues augmente la qualité du modèle mais aussi les temps de calculs.

La texture de la zone photographiée joue aussi un rôle dans la construction du modèle : les points homologues seront d’autant plus facilement retrouvés que cette zone sera contrastée.

Le premier résultat de la numérisation par photogrammétrie est un nuage de point brut et qui n’est pas à l’échelle.

Ce sont les points de référence matérialisés sur le terrain et relevés au tachéomètre qui permettent de recaler spatialement l’ensemble de ces informations (dimension/échelle, orientation spatiale).

La redondance des points entre les points topographiques et ceux du nuage de points généré par photogrammétrie nous permettent de contrôler la qualité du modèle 3D.

Leur utilisation était, jusqu’à récemment, trop coûteuse et nécessitait un personnel qualifié. Mais cela a changé et les archéologues se sont formés à leur manipulation.

Les nuages de points générés par le laser scanner ou la couverture photogrammétrique constituent de véritables empreintes numériques du bâti relevé. Il est alors possible d’extraire, à partir de ce nuage, des coupes, des plans au sol et des orthophotographies.

Orthophotographies

Une photographie déforme la géométrie de l’objet qu’elle restitue. À partir des photographies « projetées » sur le modèle numérique, une procédure de prise de vue virtuelle génère des images sans déformation. Ce processus exploite l’alignement entre le point de vue de la photographie, le plan image et le modèle 3D.
Ces orthophotographies allient les données métriques au rendu photographique.

Orthophotographies

Orthophotographies

Ces ortho-images sont des aides particulièrement efficaces au relevé « pierre à pierre ». Une fois assemblées et imprimées à l’échelle, elles sont utilisées sur le terrain et peuvent servir de support au relevé réalisé sur une feuille calque superposée.

C’est ce procédé qui a été appliqué dans le cadre des études de bâti menées par les médiévistes de l’UMR 5138.

Pour réaliser le travail de relevé « pierre à pierre » du mur de façade de l’hôtellerie médiévale de l’abbaye de Cluny 1, les archéologues se sont appuyés sur l’orthophotographie réalisée à partir des relevés laser scanner. Le travail de relevé sur les échafaudages, à partir des ortho-images imprimées, a ainsi été simplifié et rendu plus rapide.

Étude de bâti de l’hôtellerie de l’abbaye de Cluny. Réalisation A. Flammin, Ch. Gaillard, S. Piotrowski.

Étude de bâti de l’hôtellerie de l’abbaye de Cluny. Réalisation A. Flammin, Ch. Gaillard, S. Piotrowski.

Sur le site de Cerenzia en Italie2, l’archéologue avait besoin de coupes et de profil d’un édifice très ruiné sur lequel il aurait été dangereux voire impossible d’implanter un échafaudage. Nous avons donc procédé à un relevé laser scanner de la totalité du monument et extrait différentes coupes et plans à différents niveaux.

 Étude de bâti (en cours) du site de Cerenzia (Italie). Coupe et plan de l’édifice. Réalisation A. Flammin, A. Roger et A. Terrier.


Étude de bâti (en cours) du site de Cerenzia (Italie). Coupe et plan de l’édifice. Réalisation A. Flammin, A. Roger et A. Terrier.

Des ortho-images ont également été acquises par le biais de la photogrammétrie qui a, comme avantage, par rapport au laser scanner, un coût très faible. Elle se réduit en effet à l’utilisation d’un appareil photo numérique de bonne qualité et d’un logiciel peu onéreux tel Photoscan qui se révèle de plus d’un usage assez aisé.

Sur le site du château de Belvoir en Israël, une mission archéologique dirigée par B. Phalip et A. Baud,  nous avons utilisé cette méthode. Le relevé « pierre à pierre » manuel de ce château n’était pas envisageable compte-tenu de la durée de la mission et de la superficie à relever.  L’utilisation de la photogrammétrie nous a permis de réaliser des ortho-images des murs du château et de proposer des supports aux études particulières telles que celle de la répartition des agrafes qui maintiennent ensemble les blocs de l’enceinte.

Étude de bâti du château de Belvoir (Israël). Ortho-images de l’enceinte (en rouge les agrafes) et du bâtiment intérieur. Réalisation L. d’Agostino, A. Flammin, J. Torgue.

Étude de bâti du château de Belvoir (Israël). Ortho-images de l’enceinte (en rouge les agrafes) et du bâtiment intérieur. Réalisation L. d’Agostino, A. Flammin, J. Torgue.

Dans le cadre de la demande de classement au Monuments historiques de l’église Saint-Hermentaire, une étude a été menée sous la direction de Y. Codou3 (CEPAM-UMR7264) et à la demande de la commune de Draguignan. Le relevé complet par lasergrammétrie des façades de l’église permet, grâce à sa précision exemplaire, de remplacer le dessin “pierre à pierre”. Ce procédé est plus qu’approprié à l’analyse du bâti puisqu’il présente l’avantage d’enregistrer les parties hautes d’accès difficile. La documentation extraite a servi de support pour l’analyse de terrain : sur ce document est apposée la lecture des différentes périodes de construction et en particulier les parties conservées correspondant à l’église primitive datant de l’Antiquité tardive. L’approche tridimensionnelle du bâti permet d’adopter une vision globale de la construction et de proposer une restitution de l’église dans son état premier.

Étude de bâti de l’église Saint-Hermentaire. Ortho-image du chevet, relevé « pierre à pierre » et restitution du bâtiment. Réalisation J. Rebillard, S. Sorin, Y. Codou

Étude de bâti de l’église Saint-Hermentaire. Ortho-image du chevet, relevé « pierre à pierre » et restitution du bâtiment. Réalisation J. Rebillard, S. Sorin, Y. Codou

Par A. Flammin (ARAR_MSM MOM)  et S. Sorin (CEPAM)


[1] Étude de bâti dirigée par Ch. Gaillard en 2013 avec la collaboration de S. Piotrowski, A. Roger, M. Duriez et S. Bochaton. Les relevés laser scanner et l’extraction d’orthophotographies ont été réalisés par A. Flammin. Cf Ch. Gaillard et al, Rapport d’étude de bâti « L’hôtellerie St-Hugues de l’abbaye de Cluny », SRA Bourgogne, 2013.

[2] Le site de Cerenzia est étudié par A. Terrier, doctorante à l’Université de Genève, dans le cadre d’un doctorat.

[3] J. Rebillard, S. Sorin, Relevé des élévations de l’église Saint-Hermentaire et proposition de restitution 3D du monument de l’Antiquité tardive, Bull. de la Société d’Étude Scientifique et Archéologiques de Draguignan, T. LI


Vous aimerez aussi...

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.