Axe 1. Modèles et méthodes d’analyse du patrimoine architectural et culturel
La conservation des biens culturels induit de manière corollaire les notions de “connaissance” et de “transmission”. Elle implique à la fois l’appréhension d’un état (composantes, caractéristiques, finalité) du bien, et son évolution dans le temps – soit au regard de son passé (histoire du bien) – soit de son futur (afin de garantir sa transmission aux générations à venir), répondant ainsi à l’étymologie du mot “patrimoine”. Dans ce contexte les travaux menés par le MAP interrogent de façon générale la mise à profit des avancées technologiques et méthodologiques récentes pour observer, analyser, faire connaitre et réinvestir notre héritage de façon plus rationnelle, plus ouverte, plus économe, plus pérenne.
A. Relevé, restitution géométrique et caractérisation sémantique des formes architecturales
Les questions de l’acquisition et de l’analyse des formes architecturales se lient à celles de la structuration des informations, dans l’objectif d’élaborer des dispositifs innovants pour l’étude des formes dans des perspectives de connaissance historique ou de conservation. Nos contributions concernent et intégrent des aspects liés au développement technologique, mais également à la définition de méthodologies de collecte et d’analyse morphologiques. Les technologies numériques ouvrent aujourd’hui des nouvelles opportunités pour l’analyse comparative d’une grande quantité d’artefacts loin dans l’espace, mais proches en caractères (typologies, styles, règles de composition, etc.).
Notre objectif principal est d’introduire des moyens novateurs pour enquêter sur l’expertise et les influences de l’histoire de l’architecture en fournissant des outils et des méthodes novatrices pour le relevé, l’analyse, la corrélation et la classification des formes dans les campagnes d’investigation scientifique à grande échelle. Compte tenu de cette interconnexion potentielle, la méthode de travail et les implémentations technologiques nécessitent avant tout l’introduction d’un nouveau modèle de description capable d’inscrire l’analyse de la forme au sein d’un continuum d’informations qui intègre de façon naturelle l’acquisition des données, leur annotation et la corrélation sémantique, puis leur structuration au sein de dispositifs d’analyse multicritères.
Les quatre domaines de recherche du thème Relevé, restitution géométrique et caractérisation sémantique des formes architecturales :
La diffusion croissante d’outils de relevé flexibles et faciles à utiliser basés sur la photomodélisation permet d’envisager la possibilité de construire, y compris de manière collaborative, une grande bibliothèque numérique de modèles 3D à partir de relevés de terrain. Mais la masse croissante de nuages de points et de modèles surfaciques 3D appelle un grand besoin de méthodes novatrices pour accompagner le traitement des données, le tri et l’analyse vers des scénarios d’approfondissement des connaissances sur les formes. Au-delà des évolutions à attendre en matière de mode de collecte et d’instrumentation des observations, cette sous-thématique nous interroge sur les voies d’intégration
des données collectées en grande quantité dans un continuum méthodologique et opérationnel permettant d’exploiter l’effet de « masse » dans une logique de production de sens.
Le laboratoire s’est par ailleurs fortement investi dans l’instrumentation de la phase d’acquisition de données géométriques et visuelles : cet investissement se traduit en équipements (plateforme technique “Drones”) mais aussi en terme de compétences-clefs, d’expertise sur le terrain comme dans les étapes aval de traitement de la donnée. Il assure au laboratoire une autonomie et une capacité d’action et de renouvellement des méthodes.
Au-delà des aspects de traitement géométrique, une description sémantique des formes nécessite une compréhension et une identification profonde des descripteurs morphologiques pertinents capables d’ajouter des valeurs d’intelligibilité à des masses de données complexes (et non éloquentes) de représentations géométriques. Cette question met en évidence un deuxième défi représenté par le besoin d’outils et de méthodes novatrices qui aident l’analyste dans l’interprétation et la classification en automatisant des corrélations géométriques (et sémantiques) lourdes.
Les acquis du MAP en matière de caractérisation sémantique et de modélisation paramétrique des formes architecturales, notamment par le biais de processus de reconstruction géométrique basées sur les connaissances, mettent en exergue non
seulement l’importance de la connaissance architecturale mais aussi la dualité existante entre sa composante matérielle (formes, morphologie du tel-que-construit) et immatérielle (principes théoriques, règles et techniques de construction).
Si sciences humaines et sciences de l’ingénieur ont essentiellement orienté leurs questionnements liés à l’évolution du bâtiment aux phénomènes de dégradations, d’altérations, etc., elles étendent maintenant leurs travaux au processus de construction. C’est l’étape primordiale du cycle de vie en architecture, mais aussi du patrimoine bâti. Outre les apports en matière de reconstruction, de structuration sémantique, de qualité de l’information et de sa médiation, ce champ d’action doit permettre d’explorer et d’enrichir également la réflexion propre à l’inclusion du paramètre temporel.
La modélisation géométrique d’édifices patrimoniaux à partir de données relevées reste une tâche difficile et coûteuse en temps, à la fois par la complexité géométrique des éléments d’architecture, par leur variété, et par l’inadaptation de solutions classiques type maillages des surfaces à la réalité des objets observés (p. ex. approche
trop gourmande pour une surface plane, difficulté à sémantiser les géométries produites, effets de masque lors du relevé, etc.). En réponse, la notion de modélisation paramétrique (création d’éléments prototypiques simples à partir d’entités géométriques de base type plan, sphère, cylindre), a été investiguée au cours des dernières années notamment dans son applicabilité à l’architecture. Cette démarche trouve tout son sens associée à un travail de classification sémantique finalisé, comme en témoigne l’expérience autour de la Numérisation et de la restitution virtuelle des maquettes de la collection de Louis XIV (les Plans-Reliefs). Cette recherche s’inscrit à la croisée de plusieurs domaines, vecteurs de recherche, que sont la segmentation sémantique de relevés 3D, la modélisation géométrique paramétrique, la caractérisation sémantique des formes architecturales et l’exploitation de modèles d’information dans des SI 3D.
B. Conservation préventive, conservation curative et restauration du patrimoine culturel
Des complémentarités fortes sont développées entre l’équipe scientifique du CICRP et le MAP autour de la notion de “spatialisation” d’observations multiscalaire, et multi points de vue. Mais les champs d’action relevant de ce volet, témoignent aussi plus largement de la façon dont les rapports entre “modèles – simulation” et “observation- analyse du réel” nourrissent la démarche du laboratoire MAP. Ces champs d’action s’organisent autour de trois grands sujets :
Les trois domaines de recherche du thème Conservation préventive, conservation curative et restauration du patrimoine culturel :
- Caractérisation des biens culturels par reconnaissance de forme et analyse des morphologies de surface : combiner modélisation volumétrique, formes stylistiques, marques superficielles, informations connexes pour classer, trier, attribuer des collections (peintures murales, éléments d’architecture en pierre).
- Fusion de données hétérogènes – associer et créer des nuages points par gammes de longueurs d’ondes permettant de balayer un large spectre de rayonnement (des rayons X aux Térahertz) lors d’une étude de fresque.
- Étude et suivi dans le temps des micro-déformations de surface liées à la présence d’agents de dégradation dans les matériaux (pierre, peinture murale), en associant la photogrammétrie et la thermographie infrarouge.
- Caractérisation non-destructive des techniques de dorures des peintures anciennes – variations de réflectance dues aux microstructure en surface confrontées à l’imagerie scientifique multi-spectrale et étudiées afin de voir si elles peuvent être caractéristiques d’une technique de dorure particulière.
Les compétences de l’équipe scientifique du CICRP et l’utilisation partagée de l’instrumentation scientifique d’analyse, de vieillissement et de modélisation du CICRP et du MAP constituent un appui technique conséquent au service de la conservation des biens culturels. Il sera envisageable de mettre en place des programmes de simulation visant, sur la base des modélisations, à introduire un caractère prédictif dans l’évaluation des besoins en conservation-restauration des biens culturels en fonction des degrés d’urgence mieux identifiés :
- Cartographie des altérations et aide virtuelle à la restauration appliquée aux peintures murales – création d’une boîte à outils numérique pour la constitution d’une documentation tridimensionnelle interactive et une aide virtuelle à la restauration avec l’évaluation immédiate de ses effets par reprojection.
- Diagnostic des micro-soulèvements de matière picturale dans les œuvres peintes – Dans certains cas, la perte d’adhésion de la couche picturale sur son support est difficile à diagnostiquer, particulièrement lorsque celle-ci est à son stade initial et n’a pas encore généré de soulèvements visibles à l’œil nu ou identifiables par le restaurateur.
- Compréhension des phénomènes d’usure liés à l’usage : patrimoine industriel, création contemporaine…
C. Analyse, structuration et visualisation d’informations et de connaissances
L’objectif des travaux du MAP n’est pas seulement d’acquérir de la donnée, mais aussi de la contextualiser, de la croiser, de la replacer dans une logique de recherche de sens. Cette démarche s’appuie pour partie sur des méthodes et des pratiques issues du champ des sciences de l’information, et notamment du champ Visual Analytics. En effet, nos objets d’étude (comme c’est le cas de façon plus large en sciences historiques) ont vocation à être lus par ce qu’ils ont de particulier, dès lors interrogeant clairement l’arsenal classique de modèles et de moyens mis en œuvre dans ce champ. Le programme de travail envisagé vise à déployer cette démarche générale en se concentrant sur quatre points principaux :
Les quatre domaines de recherche du thème Analyse, structuration et visualisation d’informations et de connaissances :
Ces questions sont aujourd’hui renouvelées sous la double influence d’une instrumentation favorisant la production de données en grande quantité, et d’une démarche dite de “science ouverte” devenue omniprésente. Comment adapter aux contraintes spécifiques du champ patrimonial la démarche émergente de production participative de données ? Quel est l’impact de ce mode de production à la fois sur la quantité et la qualité des données ? Les travaux à mener doivent nous permettre d’une part, d’apprendre à mieux tirer parti de la quantité de données dans une démarche associant context + focus : Une instrumentation context viserait à établir les relations entre objets, entre jeux de données, et à les visualiser.
Une instrumentation focus viserait à organiser et publier un jeu de données structurées, une série d’informations, dans une démarche favorisant la découverte d’informations croisées. Ces travaux nous permettraient d’autre part de renouveler la façon dont nous formalisons et exploitons la notion de qualité des données face à des données relevant des sciences historiques (où l’exception, la donnée divergente, n’est pas à écarter comme erreur, mais bien au contraire à voir comme potentiellement porteuse de sens) mais à des modalités de collecte fortement hétérogènes.
Comment instrumenter, évaluer, valider et mettre en partage une démarche de formalisation et de mémorisation des processus de production de contenus permettant d’en assurer une réelle utilisation ou réutilisation du point de vue scientifique ? Force est de constater que le passage des données au résultat est aujourd’hui une sorte de boîte noire que l’analyste lui-même, pour peu qu’il ait dû s’interrompre quelques mois dans l’étude du lieu L, risque de ne plus pouvoir ouvrir. Or si un résultat n’est pas associé à un processus, à une série d’actions reproductibles, d’argumentations formalisées, est-il encore résultat scientifique ? Ce constat de manque en terme de formalisation, de mise en partage, et de pérennisation des processus d’étude relève peu ou prou d’un problème d’ingénierie des méthodes, d’où un important travail d’explicitation des connaissances, des savoir-faire, et des protocoles à mener. En réponse à cette problématique, le laboratoire MAP a fait le choix de développer et d’expérimenter un système d’information permettant la description, la structuration et l’archivage de ressources numériques, et in fine de mémoriser non seulement un résultat – i.e. une ressource numérique – mais aussi et surtout son historique de production, autrement dit la façon dont ce résultat a été obtenu.
La dimension purement temporelle des dynamiques de transformation (notamment architecturales) reste encore aujourd’hui souvent vue comme l’attribut mineur d’un “fait” dominant (territoire, artefact, individu, évènement, etc.). Les outils et méthodes à mettre en œuvre en amont (phase de modélisation) comme en aval (assistance au raisonnement par des moyens visuels) restent finalement assez peu formalisés en tant que tels, et souvent très dispersés – en témoignent les attendus des expériences. Dans la continuité des travaux menés sur la modélisation et la visualisation de transformations architecturales, il s’agira de proposer dans une démarche interdisciplinaire un outillage méthodologique plus générique balayant typage (point temporel vs. intervalles par exemple), modélisation (linéaire vs. cyclique typiquement) et visualisation / interaction avec des données orientées temps.
L’expression modèles informationnels fait référence à un cadre méthodologique au travers duquel l’apport potentiel de formalismes et de pratiques inspirées des champs Visualisation d’Informations / Visual Analytics est questionné au regard des particularités des jeux de données et d’informations mobilisés en sciences patrimoniales. Initialement développé pour appuyer l’analyse de données spatio-historiques à l’échelle de l’architecture, ce cadre a depuis été appliqué et évalué au travers d’expériences allant jusqu’à l’analyse de récits (textes) et fait partie du corpus de compétences du laboratoire. Le degré de maturité atteint dans la mise en pratique de cette démarche, dans la prise en compte de ses bénéfices, des gains potentiels en termes d’extraction de sens, mais aussi de ses limites intrinsèques, nous permet d’envisager un déploiement transversal au sein du laboratoire. Cette démarche peut être questionnée dans le cadre d’activités de suivi temporel à l’échelle micro de surfaces d’altération menée par le MAP-CICRP (suivi post-restauration de zones fragiles traitées en conservation, suivi diagnostic pour une évaluation de la cinétique d’altération, suivi de l’effet de traitements de protection sur la dégradation précoce – initialisation – de la surface des pierres et mortiers).