• 1 - ‘In silico’ is a neologism coined to denote the heritage that exists inside the computer.

1Le développement des techniques de numérisation d’une part et celui des outils informatiques d’autre part ouvrent des perspectives extraordinaires dans tous les domaines. Le patrimoine monumental en fait partie. Il en constitue même un terrain privilégié par la nature de ses enjeux sociétaux, économiques et scientifiques. Mais si l’intérêt perçu immédiatement fait consensus et est estimé à sa juste valeur, la mise en œuvre de tout projet mobilisant le numérique au service du patrimoine reste un exercice coûteux, difficile, chronophage, périlleux et délicat. Malgré ces difficultés, plusieurs initiatives émanant d’organismes publics, de structures académiques et d’initiatives personnelles ont vu le jour. Parmi celles-ci, l’opération portée par l’ENSAM sur l’abbaye de Cluny constitue un projet précurseur (premiers travaux en 1992) de valorisation du patrimoine par la 3D, qui a mis au point des dispositifs novateurs et pertinents comme la visualisation 2D à l’aide d’écrans situés à l’extérieur et révélant l’abbatiale de Cluny aux visiteurs.

• 2 - Voir le site : http://www.gamsau.map.archi.fr/3D-monuments/ [consulté le 11/04/2019].
• 3 - Voir sur le site : www.culture.gouv.fr/content/download/182631/1996185/version/2/.../GT_4-2.pdf [ (...)
• 4 - ABERGEL, Violette, BENISTANT, Pascal, BERGEROT, Laurent, BERNARD, Jean-François, BOHBOT, Hervé, e (...)

2D’un point de vue plus institutionnel, on peut citer l’initiative du ministère de la Culture et de la Communication qui a mis en place le programme national de numérisation 3D du patrimoine (3D-Monuments, 2003-2010) dont la maîtrise d’œuvre a été confiée au laboratoire MAP2. Ce programme avait un double objectif : la conservation et la valorisation par le numérique. Il a permis de numériser plusieurs sites et œuvres. En outre, des appels à projets publiés régulièrement ont donné lieu à la numérisation de fonds documentaires 2D et d’œuvres en 3D sur l’ensemble du territoire : l’expérience accumulée aboutit désormais à des préconisations et des cahiers des charges qui ont vocation à aider les commanditaires de la numérisation. À titre d’exemple, le lecteur peut se référer aux documents édités par le ministère de la Culture et de la Communication3 et au livre blanc4 publié par le consortium 3D SHS. Ces recommandations accompagnent le recours intensif à la 3D dans tous les secteurs applicatifs et dans la recherche, qu’elle relève des sciences humaines et sociales ou pas.

• 5 - Voir le site : https://mis.u-picardie.fr/e-cathedrale/ [consulté le 11/04/2019].

5E-Cathédr@le5 est un programme de recherche et de développement qui a démarré en 2010 et qui devrait se dérouler sur quinze ans. En constatant le manque de documents techniques précis et sûrs, comme des dessins et des plans d’élévation, ses acteurs ont émis l’idée de réaliser un relevé 3D complet de l’ensemble de la cathédrale d’Amiens, intérieur et extérieur, le plus précis, le plus résolu et le plus fidèle possible au monument tel qu’il est actuellement. À partir de ce relevé (sous forme d’un modèle 3D), plusieurs déclinaisons peuvent être envisagées par simplification du modèle en fonction des usages. Ainsi, l’objet réalisé doit pouvoir servir à des spécialistes comme les historiens de l’art, les archéologues, les architectes et les historiens. Il doit aussi servir à effectuer une sauvegarde numérique du monument, à le rendre plus accessible par des visites virtuelles et enfin, pouvoir être utilisé comme « terrain » expérimental pour des travaux de recherche de numérisation de masse ou des travaux de recherche pluridisciplinaire. Au-delà de la numérisation de la cathédrale d’Amiens, le programme ambitionnait donc dès ses débuts de créer des synergies entre les différents acteurs du patrimoine. Ces objectifs, a priori inconciliables, ont constitué l’âme du programme E-Cathédr@le et justifient sa durée de réalisation, prévue dès le démarrage du programme.

• 6 - MORBIDI, Fabio, MOUADDIB, El Mustapha. « E-Cathédr@le : numérisation de la cathédrale d’Amiens et (...)
• 7 - Voir le site : https://home.mis.u-picardie.fr/~mouaddib/JS/ [consulté le 11/04/2019]. HABIBI, Zay (...)

6D’un point de vue opérationnel, E-Cathédr@le est structuré autour de quatre axes. L’axe Numérisation englobe la production de données, les travaux sur les capteurs et sur les vecteurs de ces capteurs. L’axe Modèles s’intéresse à la question de la représentation des données, des attributs, de l’apparence et de la multimodalité. Dans l’axe Structures, nous travaillons, en collaboration avec des historiens de l’art, sur l’exploitation du modèle 3D pour la compréhension du bâti, de son histoire6 et en particulier, de l’histoire de sa construction. Enfin, l’axe Usages interroge la question des usages et la place des usagers dans les dispositifs de médiation et de valorisation des modèles 3D que nous produisons. Puisque nous allons surtout développer ici les aspects liés à la numérisation, nous renvoyons les lecteurs à nos précédents articles7 à propos des travaux que nous avons menés dans cet axe, sur les jeux sérieux et sur un système d’aide à la navigation pertinente dans les nuages de points très denses guidée par le contenu des images.

• 8 - BALTSAVIAS, Emmanuel P. « A comparison between photogrammetry and laser scanning ». ISPRS Journal (...)

8Les approches techniques et scientifiques de la numérisation sont désormais des choses bien établies et connues et nous nous contenterons de citer celles que nous avons utilisées. Il s’agit de la lasergrammétrie, de la photogrammétrie et de la modélisation par un modeleur (logiciel de modélisation 3D par dessin). Le lecteur peut se reporter à l’article de E. Baltsavias8 pour un retour d’expérience et des comparaisons entre ces techniques. En ce qui concerne E-Cathédr@le, la lasergrammétrie est de loin la méthode qui a été la plus utilisée. La lasergrammétrie permet de réaliser la numérisation même si les conditions d’illumination et d’accès sont très difficiles. Elle a aussi permis de numériser les hauteurs sans difficulté particulière et sans avoir recours à des vecteurs aériens (drone, avion …). Deux types de scanner ont été utilisés : le C10 (Leica) et le Focus 3D de Faro. De manière générale, nous utilisons le C10 pour les grands volumes et le Focus 3D pour les espaces exigus comme les combles ou bien encore les chapelles. Ainsi, entre octobre 2010 et mars 2018 (date de rédaction de cet article), environ 1 000 scans ont été réalisés à partir du sol intérieur (nef, collatéraux, chapelles, chœur), du sol extérieur, du triforium, de l’extérieur au niveau des toitures des chapelles, de l’extérieur au niveau de la toiture, de l’intérieur des charpentes et des combles. Ces scans, qui représentent près de 20 milliards de points, ont permis de couvrir environ 80 % de la surface totale (sols, murs, vitraux, charpentes, toiture, combles…). La résolution obtenue varie entre 2 mm et 5 mm. La texture actuelle des points 3D est obtenue en utilisant les couleurs délivrées par les caméras intégrées au scanner.

• 9 - MORBIDI, Fabio, MOUADDIB, El Mustapha. « E-Cathédr@le : numérisation de la cathédrale d’Amiens et (...)

12À partir du modèle réalisé, on peut également produire des extraits des parties cachées les moins accessibles du monument avec une précision et une résolution permettant la mesure comme on peut le constater sur la figure 4. Cet exemple est extrait d’une étude dans laquelle nous avons utilisé le modèle pour estimer les positions des impacts d’un obus datant de la Première Guerre mondiale9. Ces impacts se situent dans les combles (entre l’extrados et la couverture) de la deuxième travée sud du chœur. La figure 4.a donne une vue panoramique de ces combles. La figure 4.b montre une vue 3D de ce volume et la figure 4.c est un agrandissement de la zone de l’impact (fig. 4).

• 10 - CROMBEZ, Nathan, CARON, Guillaume, MOUADDIB, El Mustapha. « 3D point cloud model colorization by (...)
• 11 - CROMBEZ, Nathan, CARON, Guillaume, MOUADDIB, El Mustapha. « Colorisation photo-réaliste de nuages (...)

14Dans l’état actuel du modèle, les surfaces réfléchissantes (vitraux par exemple), n’ont pas fait l’objet de technique de numérisation spécifique. Le Lidar C10 donne une information géométrique généralement cohérente grâce aux dépôts qui couvrent les vitraux, mais la texture devra être améliorée. Des pistes sont actuellement explorées, comme le recalage de photos sur la structure géométrique1011 ou bien encore la photogrammétrie. La figure 6 montre la validation de cette approche sur le portail sud de la cathédrale d’Amiens et sur une peinture murale avant et après recolorisation (fig. 6).

• 12 - HÉNO, Raphaël, CHANDELIER, Laure, SCHELSTRAETE, D. « Costless platform for high resolution stereo (...)
• 13 - PIERROT-DESEILLIGNY, Marc, CLERY, Isabelle. « APERO, an Open Source Bundle Adjusment Software for (...)

15La photogrammétrie a été utilisée pour des zones pour lesquelles la lasergrammétrie présentait des occultations, et afin d’obtenir une résolution compatible avec les détails des sculptures. C’est le cas pour les façades, les portails et les statues. La figure 7 présente des résultats de la galerie des rois (façade occidentale). Pour assurer la proximité nécessaire à la prise des photographies, nous avons employé un dispositif de perche pour porter l’appareil photographique et les images ont été prises à partir de six niveaux. Cette campagne de numérisation12 s’est faite en collaboration avec l’IGN (Institut géographique national) et l’ENSG (École Nationale des Sciences Géomatiques) et c’est la suite logicielle Apero/MicMac13 qui a été utilisée pour les traitements. Tous les modèles réalisés par photogrammétrie sont géo-référencés dans un système unique de coordonnées (système RGF93). Les cartes de profondeur produites ont la même résolution que les images (entre 0,5 mm et 3 mm) (fig. 7).

• 14 - ACHAKIR, Farouk, DESEILLIGNY, Marc, EL FKIHI, Sanaa, EL MGHARI, Min, ETTARID, Mohamed, MOUADDIB, (...)
• 15 - CAILLE, Jacques. « La Mosquée de Hassan à Rabat ». Editions Arts et Métiers Graphiques pour l’Ins (...)

19- la mosquée Hassan (Rabat, Maroc). Ces travaux se font en collaboration avec l’université de Rabat (Maroc). L’esplanade de la mosquée, qui date du xii^e siècle, a été numérisée en 2015. Nous avons ensuite proposé une reconstruction14 des parties manquantes basée sur les travaux de Jacques Caille15.

• 16 - DOPERE, Franz et MOUADDIB, El Mustapha. L’abbatiale de Saint-Martin-aux-Bois. Archéologie du bâti (...)

20- l’église Saint Martin-aux-Bois (Oise). La numérisation a été effectuée en 2015 et poursuivie en 2016. Elle a concerné l’église et une partie des caves16.