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Enregistrer, analyser et diffuser l’information archéologique en trois dimensions au service archéologique de Chartres

Cyrille Ben Kaddour et François Fouriaux
p. 44-47

Résumés

Le service archéologique de Chartres produit de l’information numérique 3D, notamment sous la forme de relevés de terrain (généralement obtenus par tachéomètre, mais aussi par scan 3D) et de restitutions  effectuées, suite aux opérations de terrain, à la fois pour synthétiser l’information archéologique, pour tester des hypothèses scientifiques ou pour valoriser les résultats de la recherche archéologique auprès du grand public. Une partie de ces données 3D est accessible à la communauté scientifique, via les rapports d’opérations (comportant les coordonnées topographiques des structures et des tirages papiers des modélisations numériques). D’autres données, obtenues après la publication des rapports ou concernant un ensemble de sites, voire l’agglomération entière, sont publiées dans des articles scientifiques ou des plaquettes de valorisation destinées au public chartrain. Pour l’instant, les données 3D ne font pas l’objet d’un archivage particulier et sont, à l’instar du reste de la documentation, stockées sur les serveurs de la mairie. Une réflexion est à mener sur la pérennité de ces données numériques.

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Texte intégral

1Le service Archéologie de la ville de Chartres utilise depuis quelques années des technologies nouvelles pour l’acquisition, l’analyse et la représentation tridimensionnelle des données ; cela a non seulement fortement influencé les méthodes de travail, mais aussi amené à réfléchir à l’adéquation entre les techniques et les questions que pose le traitement des vestiges archéologiques. L’informatique et les méthodes d’acquisition spatiale permettent en effet d’enregistrer et d’organiser un nombre croissant d’informations, plus précises et mieux détaillées. De nouveaux sujets d’études ont ainsi pu être explorés, avec plus de précision, plus de nuances et mieux intégrés dans leurs contextes.

2L’information archéologique est avant tout une donnée volumétrique, localisée dans l’espace et le temps. Les relevés effectués ne concernent qu’un seul état des vestiges : celui observé lors de la découverte. Tous les autres, antérieurs, ne pourront être présentés que par une opération plus ou moins importante de restitution.

Les méthodes d’acquisition

3Les relevés graphiques (coupes, plans, élévations) et altimétriques, les photographies, les descriptions constituent un ensemble qui est ensuite synthétisé dans un modèle numérique en 3D. Cette opération ne peut se faire qu’à condition que des points communs d’assemblages (repères topographiques, détails architecturaux, etc.) soient bien identifiés et qu’ils soient placés dans un même système de coordonnées. Le relevé d’une tour, par exemple, pourra comporter un plan-masse et une élévation de chaque face de la tour. Cependant, ce type de documentation se heurte à des limites inhérentes aux techniques employées. Il est ainsi impossible d’obtenir des relevés orthonormés de toutes les parties de la structure, à moins de multiplier les documents à l’infini. Le relevé d’une tour circulaire s’effectuera alors par une succession de plans, approchant ainsi la géométrie de la structure sans pouvoir la représenter exactement.

4Nous effectuons depuis de nombreuses années des relevés topographiques à l’aide de stations totales. Ces relevés permettent d’obtenir un ensemble de points précis, cotés en trois dimensions, associés à différentes descriptions et géolocalisés. Cette dernière caractéristique est très importante car elle place l’ensemble des informations dans un seul et même système, et surtout elle assemble et confronte directement des informations même extérieures, qu’elles proviennent d’observations antérieures ou de méthodes différentes. L’ensemble des opérations archéologiques menées par la ville de Chartres fait l’objet d’une couverture topographique complète. Ces données sont enregistrées dans la base de données SysDA. Chaque point possède un identifiant unique, ses coordonnées en 3D, ainsi que les différentes informations sémantiques associées. Elles sont ensuite assemblées dans un Sig : des superstructures telles que les systèmes viaires ou d’adduction d’eau peuvent ainsi être analysées et modélisées sur l’ensemble du territoire de la ville.

5Avec ces données, nous construisons des modèles numériques de terrain (Mnt) qui sont des interpolations des points relevés dans le but de créer des surfaces. Ces surfaces peuvent représenter un terrain géologique ou un état archéologique. À Chartres, un bon exemple de l’utilisation de Mnt est la modélisation de remblais à flanc de coteau ayant modifié radicalement la topographie du secteur. En effet, sur le site de la Courtille, le service Archéologie a pu mettre en évidence une série de dépôts datés de l’époque moderne, constitués de plusieurs centaines de mètres carrés de couches très hétérogènes s’apparentant à des remblais de décharge ayant été déversés de manière à constituer une rampe atténuant la dénivelée naturelle d’une dizaine de mètres. Cette opération a sans aucun doute facilité l’accès à la ville dans ce secteur, mais en a sans doute aussi changé l’organisation défensive. Le relevé topographique en 3D des couches archéologiques et géo-logiques a permis de comprendre les différentes phases de ce remblaiement et d’en modéliser la stratigraphie.

6Cette méthode s’applique aussi à l’étude d’un bâtiment. En 2008, à l’occasion d’une campagne de restauration des enduits des parties hautes du chœur de la cathédrale de Chartres, le service Archéologie a reçu pour mission de relever et de documenter les percements et les trous de boulins présents sur la voûte et les travées. Tous les relevés ont été placés dans un seul et même système géoréférencé (fig. 1). Un peu plus de 8 000 points ont permis de réaliser un modèle numérique en 3D, de placer les structures observées, d’analyser leur répartition et de produire des plans et des profils de la voûte du chœur. Ces documents ont été confrontés à ceux datés du xixe siècle. Grâce à cette campagne de relevés, certes assez peu détaillée par rapport à d’autres techniques d’acquisition actuelles, les objectifs fixés ont été rapidement atteints tout en enregistrant les descriptions de chaque point (Fouriaux à paraître). Cette méthode a donc l’avantage de discrétiser l’espace observé : chaque point appartient à un tracé et possède une description détaillée. Il est ainsi très facile d’isoler et -d’extraire des parties du modèle par recherche sémantique, comme de n’obtenir que les points appartenant à des arcs ou à des percements, par exemple.

Fig. 1

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Modélisation 3D de la voûte du chœur de la cathédrale de Chartres d’après les relevés topographiques

(3D François Fouriaux)

7Certains sites, de par leur complexité géométrique, nécessitent des relevés plus détaillés. Ce fut le cas d’une carrière antique d’extraction de craie fouillée en 2008 par le service Archéologie, rue de Reverdy. Son dégagement sur 1 089 m² avait pour objectif de dater cette activité et de comprendre les techniques d’exploitation employées. Il s’agit d’une carrière en galeries et puits, à deux niveaux superposés, avec une partie souterraine et une autre en surface. Nous avons choisi d’effectuer un scan 3D complet de cette zone. Le résultat est un ensemble de 1 554 129 points formant 3 102 712 faces triangulaires. Avec ce modèle numérique en volume, nous avons ainsi mesuré chaque galerie et chaque niche de la carrière avec précision, et calculé le volume total extrait. Et surtout, il a été possible de créer autant de plans, profils ou coupes de cette carrière que nous le souhaitions (fig. 2). Cet outil correspondait donc parfaitement à nos objectifs.

8Quelques limites ont néanmoins été perçues. La manipulation d’un objet 3D tel que celui-ci est assez lourde et longue, du fait du nombre de faces calculées, mais aussi parce que le modèle obtenu est une surface continue ne distinguant pas une partie d’une autre. Une analyse et une documentation précises établies directement sur le terrain ont quand même permis d’identifier sur le modèle les différentes composantes de la carrière. Cette remarque est essentielle : la lasergrammétrie doit être accompagnée d’une analyse archéologique et topologique complète. Cet outil est donc parfaitement adapté pour le relevé de structures à géométrie complexe à condition qu’une étude préalable permette l’exploitation de ces données.

Fig. 2

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Photographie et coupe d’une galerie de la carrière antique, rue de Reverdy à Chartres

(cl. Vincent Achere, Dao François Fouriaux).

9La lasergrammétrie est également intéressante dans un but de conservation : un modèle ainsi obtenu présente les données complètes de la géométrie de l’objet visé à une résolution déterminée. De plus, avec certains appareils actuels, une valeur chromatique est directement associée au point relevé. Il faut enfin souligner qu’un scan est un relevé géométrique et visuel à un moment donné de l’objet. Il ne permet donc pas de conserver les autres propriétés de l’objet devant être enregistrées d’une manière différente, telles que ses relations stratigraphiques, sa matière ou son poids. Il ne remplace donc pas le travail de description et d’analyse archéologique.

La diffusion des données en 3D

10Les données en 3D sont diverses (modèles numériques de terrain, relevés d’architecture, restitutions…) et ne sont pas toutes destinées au même public. Une partie d’entre elles s’adresse à la communauté scientifique. Quand le temps imparti pour le rendu du rapport d’opération le permet, il est possible d’y adjoindre les données en 3D. Différents tirages papiers du scan 3D de la carrière de craie antique de Reverdy ont été intégrés au rapport, en association avec les photos et les coupes des galeries et des puits d’exploitation (Acheré et al. 2011). Les relevés en 3D des voûtes et des baies hautes de la cathédrale de Chartres donneront également lieu à des tirages papier dans le rapport d’opération. Les fichiers informatiques des données tridimensionnelles sont conservés par le service Archéologie de la ville de Chartres. Ils ne sont pas en libre accès mais peuvent être consultés par des chercheurs s’ils en font la demande. En ce sens, cette gestion des données est la même que celle des coordonnées topographiques : les rapports d’opérations présentent des plans issus de relevés topographiques, ainsi qu’un inventaire complet des points relevés (avec coordonnées dans le système national en vigueur) mais ne comportent pas de support électronique regroupant l’ensemble des données topographiques informatisées. Signalons ici que les rapports d’opérations produits depuis 2005 sont accessibles en version Pdf sur le site internet du service Archéologie de Chartres (http://archeologie.chartres.fr/​la-recherche/​les-rapports-de-fouilles/​).

11Pour le moment, à Chartres, les données 3D ne font pas -l’objet d’un archivage particulier et sont conservées et/ou publiées comme les autres catégories de la documentation (photo-graphies, textes, minutes de terrain, etc.). Un certain nombre d’entre elles, notamment celles concernant les restitutions, sont constituées après le rendu du rapport ou composent des données intersites (à l’échelle d’un quartier, d’un terroir ou d’une agglomération). Leur diffusion aux chercheurs et au grand public passe donc par des publications. La mairie de Chartres, depuis le renforcement de son service Archéologie en 2005, met plusieurs supports à la disposition des archéologues pour diffuser les résultats de leurs investigations (site internet, pages dans le mensuel Votre ville et plaquette spécialisée semestrielle Archéo, petit journal des fouilles). Cette politique de valorisation touche un public relativement important (habitants de la commune et touristes). Le recours à la 3D pour rendre compte de la réalité archéologique de Chartres et de ses environs est régulier. C’est à la fois une commande des élus et une demande du public. Il permet aussi de rendre compréhensibles des plans masses issus de fouilles rurales dont les vestiges sont peu compréhensibles (fosses, fossés et trous de poteau) ou de témoigner des bâtiments encore visibles à l’état de ruines, comme par exemple la Porte Guillaume et sa barbacane (fig. 3). Une restitution de la ville antique de Chartres (Ben Kaddour à paraître) synthétise également une grande partie des informations archéologiques et montre les hypothèses quant à sa configuration générale (fig. 4). Des restitutions 3D sont aussi diffusées auprès des chercheurs pour être présentées lors de rencontres scientifiques : restitutions architecturales d’un habitat rural antique et mérovingien lors d’un séminaire d’archéologie en région Centre (Orléans, en 2009) ; restitutions d’inhumations antiques de périnataux dans des vases, lors des rencontres autour de la mort des tout-petits, à Saint-Germain-en-Laye en décembre 2009. Elles peuvent aussi illustrer des articles scientifiques. Enfin, un premier essai de réalité augmentée réalisée par la société Utcha a été effectué sur le site du vaste complexe monumental antique de Saint-Martin-au-Val (Chartres) lors des dernières journées de l’archéologie.

Fig. 3

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Restitution 3D de la Porte Guillaume et sa barbacane, dans son état du xve siècle

(Archéo 2011 ; 3D Cyrille Ben Kaddour)

Fig. 4

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Restitution de la ville antique d’Autricum (Chartres) au Haut-Empire d’après les observations archéologiques

(3D Cyrille Ben Kaddour)

Avenir de la documentation 3D à Chartres

12Le premier écueil est celui de la pérennité de l’information numérique. Se pose tout d’abord le problème des formats. En cela, les difficultés sont les mêmes que pour les données informatiques en 2D – images, données vectorielles – ou les textes. Il est impossible d’avoir la certitude que les fichiers informatiques seront toujours consultables ou modifiables dans les futures versions des logiciels professionnels. Outre le coût de ces programmes et celui de leurs mises à jour, s’ajoute la possibilité que ces logiciels ne soient plus produits ou ne soient plus compatibles avec le matériel informatique d’un futur proche (ordinateur et systèmes d’exploitation). D’où l’intérêt des logiciels libres : beaucoup sont gratuits, libres de droits, multi plates-formes et de format ouvert, ce qui les rend évolutifs. C’est pourquoi les archéologues de Chartres se sont tournés vers le logiciel 3D Blender (première version libre en 2003, version 2.63 au moment de la rédaction de cet article) pour les modélisations numériques.

13Une des seules solutions à ce jour pour un archivage professionnel des données 3D est la collaboration avec le Tge (très grand équipement) Adonis piloté par le Cnrs qui a pour vocation, entre autres, de préserver sur le long terme les données numériques issues des travaux en sciences humaines (Vergnieux 2010). Il intègre une plate-forme technologique 3D (Archéovision, Archéopôle d’Aquitaine, Université Bordeaux III) qui joue le rôle de centre de ressources numériques, avec des espaces de stockage importants et un centre de calcul puissant.

14Le deuxième problème à la constitution de la documentation 3D est l’important investissement en temps. Il est difficile de concilier les impératifs de l’archéologie préventive et le travail de recherche, notamment celui de la modélisation numérique. En l’absence de moyens informatiques réellement destinés au travail de graphisme tridimensionnel au sein du service Archéologie de Chartres, la modélisation et, surtout, les calculs de rendus sont particulièrement longs et freinent encore la possibilité de constituer une documentation de restitutions 3D optimale.

15La mise à disposition sur internet des rapports d’opérations est un bon moyen à la fois de diffuser certaines informations numériques (dont des données 3D) et de les conserver à moyen terme.

Conclusion

16L’archivage et la diffusion des données archéologiques en 3D ne sont pas homogènes entre les différents acteurs de notre discipline, les prescriptions des services de l’État étant elles-mêmes assez floues à ce sujet. La plupart des prescriptions archéologiques insistent sur le géoréférencement des données, mais l’article 7 de l’arrêté du 27 septembre 2004 (portant définition des normes de contenu et de présentation des rapports d’opérations archéologiques) ne mentionne pas l’obligation de faire figurer la liste des points topographiques avec leurs coordonnées dans la section III du rapport. Leur intégration à une base de données ne semble pas non plus obligatoire. En outre, il n’y a pas, à notre connaissance, de directives relatives aux restitutions par modélisation numérique de structures ou de sites archéologiques. Ce flou est dû à la fois à la nouveauté des procédés d’acquisition de modélisation et à l’hétérogénéité des pratiques. En attendant une politique globale (nationale) de stockage raisonné des données archéologiques numériques, les fichiers informatiques 3D de Chartres sont stockés sur les serveurs de la mairie, au même titre que le reste de la documentation scientifique informatique (photographies numériques, textes, mises au net des minutes de terrain, sauvegardes de la base de données SysDA). Les modèles 3D sont accessibles par les chercheurs et le grand public par l’intermédiaire de vues 2D issues des fichiers informatiques (au sein de rapports d’opérations, de plaquettes informatives ou d’articles scientifiques).

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Bibliographie

Archéo. 2011. Archéo, Petit journal des fouilles archéologiques de Chartres, n° 13, septembre 2011.

Acheré, V., C. Delalande, B. Lecomte & J. Viret. 2011. Carrières antiques et espaces funéraires (ier-iiie siècles). Occupations agricoles (xie-xxsiècles). 5-7, rue de Reverdy ; 88-92, rue Saint-Brice, 17, rue des Réservoirs. Chartres. Rapport de fouilles archéologiques, Site 033.28.085.260. N° Patriarche 067735, 2011, vol. 1.

Ben Kaddour, C. À paraître. « L’utilisation de la restitution en trois dimensions au service archéologique de la ville de Chartres », in : Actes des IIe Journées Informatique et Archéologie de Paris, Paris, juin 2010, Archeologia e Calcolatori, n° XXIII : 317-331.

Fouriaux, F. À paraître. « Relevés topographiques et modélisations 3D des parties hautes de la cathédrale Notre-Dame de Chartres », in : Actes des IIe Journées Informatique et Archéologie de Paris, Paris, juin 2010, Archeologia e Calcolatori, n° XXIII.

Vergnieux, R. 2010. « Sauvegarder les données numériques 3D du patrimoine », in : R. Vergnieux et C. Delevoie (dir.), Virtual Retrospect 2009, Actes du colloque du 18-20 novembre 2009, Pessac (France). Bordeaux, Ausonius : 181-184.

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Pour citer cet article

Référence papier

Cyrille Ben Kaddour et François Fouriaux, « Enregistrer, analyser et diffuser l’information archéologique en trois dimensions au service archéologique de Chartres », Les nouvelles de l'archéologie, 130 | 2012, 44-47.

Référence électronique

Cyrille Ben Kaddour et François Fouriaux, « Enregistrer, analyser et diffuser l’information archéologique en trois dimensions au service archéologique de Chartres », Les nouvelles de l'archéologie [En ligne], 130 | 2012, mis en ligne le 30 décembre 2015, consulté le 28 mai 2017. URL : http://nda.revues.org/1940 ; DOI : 10.4000/nda.1940

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Auteurs

Cyrille Ben Kaddour

Direction de l’animation et de la promotion, Ville de Chartres,
cyrille.ben.kaddour@ville-chartres.fr

François Fouriaux

Direction de l’animation et de la promotion, Ville de Chartres,
francois.fouriaux@ville-chartres.fr

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Droits d’auteur

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