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Projet ANR SeARCH

Séverine Valerius - 15/06/2012

Plongée en 3D pour ressusciter les colosses du Phare d'Alexandrie

© CEAlex / Isabelle Hairy

Les objets du patrimoine culturel ayant résisté au passage du temps se font de plus en plus rares. Bien souvent ils ont été abîmés et brisés en de multiples fragments, parfois trop lourds à manipuler. Certains se retrouvent même éparpillés, détruits ou simplement réutilisés au cours de l’Histoire. Les experts sont alors confrontés à de gigantesques puzzles en trois dimensions. Le réassemblage virtuel représente parfois l’unique solution pour étudier et préserver cet héritage ancien. À l'occasion de l'exposition "Phares" qui se tient depuis le 4 mars et jusqu'au 4 novembre au Musée national de la marine à Paris, l'équipe de recherche Manao présente les travaux menés aux côtés des archéologues pour faire revivre les colosses du Phare d'Alexandrie dans le cadre du projet ANR : SeARCH.

Aujourd’hui, il est possible d’ "acquérir" les fragments en trois dimensions directement sur les sites archéologiques. Cette étape est ensuite suivie d’une reconstruction géométrique des différentes pièces prenant en compte l’usure qu’elles ont pu subir au cours des années voire des millénaires. La longue expérience métier des experts du patrimoine combinée aux propositions automatiques des logiciels informatiques permet le réassemblage des fragments in silico . Ce procédé est rendu possible grâce à des techniques de modélisation géométrique 3D, de visualisation expressive innovante et d’interaction tangible. 

Soutenu par l’Agence nationale de la recherche, le projet SeARCH (Acquisition semi-automatique 3D et réassemblage du patrimoine) est particulièrement motivé par un contexte archéologique bien déterminé : l’étude du légendaire Phare d’Alexandrie, 7e Merveille du monde, et de ses colosses qui surplombaient la mer Méditerranée durant l’Antiquité.  

Le projet croise les compétences d’experts en archéologie et en numérique. Porté par Patrick Reuter, maître de conférences à l’université Bordeaux Segalen (LaBRI) et chercheur en informatique 3D au sein de l’équipe Manao , ce projet est mené à bien grâce à un travail collaboratif avec ESTIA Recherche , le CEAlex  et la PFT3D Archéovision (CNRS)

Quand les expertises se complètent entre informaticiens et archéologues : vive la transdisciplinarité !

Isabelle Hairy, lors du vernissage de l’exposition Du Nil à Alexandrie, au musée de Tessé. Isabelle Hairy, lors du vernissage de l’exposition Du Nil à Alexandrie, au musée de Tessé. - Ouest-France

Les ruines immergées du Phare d’Alexandrie sont étudiées depuis près de dix-huit ans par le CEAlex au sein d’une équipe placée sous la direction d’Isabelle Hairy , architecte-archéologue et ingénieure de recherche au CNRS. 

Depuis 2009, archéologues et informaticiens travaillent main dans la main pour « compléter, à partir des vestiges archéologiques épars, la documentation nécessaire à l’étude des statues brisées (une galerie de portraits de neuf statues royales parmi lesquelles les Colosses d’Alexandrie) qui étaient disposées devant, ainsi qu’à l’intérieur du Phare  », explique Isabelle Hairy.

Le projet propose de fournir des "doubles numériques" des vestiges – ce qui reste ardu, car, si une trentaine de blocs est sortie de l’eau, trois mille pièces reposent encore sous la Méditerranée. De plus, le poids des blocs, jusqu’à quarante tonnes pour les plus lourds, gêne grandement leur manipulation expérimentale. L’érosion des fragments constitue un autre handicap auquel les archéologues doivent faire face. 

L’enregistrement tridimensionnel de ces objets, ainsi que l’image de synthèse au service de la restitution aident à étudier ce patrimoine, le valoriser et le conserver, Robert Vergnieux, égyptologue et ingénieur de recherche au CNRS. 

L’utilisation de la 3D dans le domaine de l’archéologie permet de visualiser un objet à l’échelle et aide également à tester les hypothèses scientifiques le concernant : à quoi ressemblait réellement l’objet à l’origine, et comment s’est-il dégradé au cours du temps ? « Avoir des modèles en 3D aide à écarter les hypothèses fausses et à échafauder les plus pertinentes » souligne Robert Vergnieux. Les modèles numériques constituent un métalangage visuel permettant une réflexion d’équipe. L’analyse devient ainsi la confrontation d’expertises par un dialogue rendu possible et efficace grâce à l’image de synthèse. 

Les chercheurs en informatique, Nadine Couture , professeure à l’ESTIA et le chef du projet Patrick Reuter , expliquent leur rapprochement avec les archéologues et comment ils ont interagi et travaillé ensemble. 

Le plus grand décalage entre les informaticiens et les archéologues reste le temps, explique Nadine Couture. « Un projet d’archéologie s’étend sur des dizaines d’années, tandis qu’un projet informatique ou mathématique est de plus courte durée – deux ou trois ans. Cette différence demande certes une organisation, mais les méthodes scientifiques sont heureusement pareilles pour tous . » Il y a aussi une différence dans le vocabulaire quotidien utilisé par chaque discipline, « il faut d’abord comprendre l’autre et connaître ses attentes à l’égard du projet, avant de commencer le travail proprement dit », ajoute-t-elle. 

Le "terrain" - passage obligé des archéologues – introduit de nouvelles contraintes prises en compte dans le travail d’expérimentation des interactions humain-ordinateur. 

Nous intervenons dans le projet pour proposer des outils interactifs qui permettent d’aider l’archéologue dans son travail, en lui offrant de nouveaux outils d’analyse. 

Patrick Reuter

L’équipe a réussi la numérisation 3D d’une quarantaine de blocs de statues. Des techniques de visualisation expressive 3D accentuent les détails géométriques des fragments, permettant à l’archéologue de mieux étudier le patrimoine et de ressortir des informations qui étaient difficilement visibles à l’œil nu. « Ces techniques nous ont amenés à un résultat inattendu important » explique Patrick Reuter, « et des épigraphistes, sur d’autres sites archéologiques, utilisent désormais nos techniques pour mieux déchiffrer des inscriptions dans les pierres. » 

Allant encore plus loin, une technique de réassemblage semi-automatique permet à l’archéologue d’échanger avec des algorithmes de la modélisation géométrique grâce à des interfaces humain-machine adaptées. De plus, travaillant avec des chercheurs en mécanique, SeARCH modélise aussi les forces mécaniques qui ont agi sur un objet au cours du temps pour lui donner son aspect actuel. « Nous retraçons le temps,  indique Nadine Couture, nos outils offrent des solutions aux archéologues permettant de mieux comprendre ce qui a déformé un objet, avec quelle force, quelle puissance et pendant combien de temps. Il y a des mystères à résoudre et le défi consiste à réaliser des outils pour toutes les hypothèses possibles. » 

« Nous voulons éviter que les archéologues viennent vers nous avec des idées toutes faites », conclut Patrick Reuter. « Je préfère un échange bilatéral : plus tôt une discussion a lieu concernant les défis à soulever entre archéologues et informaticiens, plus novateurs et surprenants sont les résultats. »

L’exposition Phares au Musée national de la Marine

Dans le cadre du projet SeARCH, Manao collabore avec la Fondation EDF  et Neamedia  pour réaliser de parfaites reproductions des colosses d’Alexandrie retrouvés en fragments autour des vestiges du Phare. 

En 1994, alors que les autorités locales ont le projet de noyer une digue sur le site présumé du phare, une fouille d’urgence est lancée. Elle est confiée par les autorités égyptiennes au Centre d’etudes alexandrines et à l’Institut français d’archéologie orientale. L’exploration du site subaquatique dévoile les restes de diverses architectures, dont le Phare d’Alexandrie, au travers de plus de 3000 fragments. Certains d’entre eux atteignent même plus de quarante tonnes ! Au fil des études, une galerie de portraits royaux est restituée, neuf statues parmi lesquelles les géants de granite représentant le roi Ptolémée Ier en pharaon et la reine en Isis. Ils mesurent chacun plus de douze mètres de hauteur.

En 1997, une année après le renflouage des fragments de la statue de Ptolémée par le Centre d’études alexandrines, il est fait appel au mécénat technologique de la Fondation EDF pour, entre autres, numériser ces fragments.

Pour l’équipe de recherche Manao, l’aventure débute en 2009, à travers un travail similaire sur les fragments d’Isis qui avaient été remontés à la surface dans les années soixante. C’est l’occasion idéale pour l’équipe de concevoir et tester de nouvelles méthodes de reconstruction 3D et de réassemblage 3D mises au point dans le cadre du projet SeARCH, alliant les savoir-faire de chercheurs en informatique et en archéologie. 

Pour les besoins d’une exposition abordant l’univers hors du commun des phares, et un espace consacré à la recherche de l’équipe française du CEAlex sur le bâtiment égyptien, cette dernière a fait appel à Inria, ses partenaires et collaborateurs. 

Les colosses ont ainsi trouvé une nouvelle vie grâce à un partenariat transdisciplinaire !

Ces pièces réalisées grâce à des technologies numériques innovantes sont présentées au public à l’échelle 1/5ème jusqu’en novembre 2012 dans le cadre de l’exposition Phares.

Mots-clés : Manao Archéologie Search Bordeaux - Sud-Ouest Exposition Réalité virtuelle 3D ANR

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