Tilkens, B. Quand Patrimoine Et Haute-technologie Se Rencontrent 2007

8/7/2019 Tilkens, B. Quand Patrimoine Et Haute-technologie Se Rencontrent 2007

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CeROArtNumro 1 (2007)Objets d'art, uvres d'art

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Bernard Tilkens

Quand Patrimoine et haute-technologie se rencontrent...

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Bernard Tilkens, Quand Patrimoine et haute-technologie se rencontrent... , CeROArt[En ligne], 1 | 2007, mis enligne le 06 aot 2008. URL : http://ceroart.revues.org/index273.htmlDOI : en cours d'attribution

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Quand Patrimoine et haute-technologie se rencontrent... 2

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Bernard Tilkens

Quand Patrimoine et haute-technologie serencontrent...

1 Larchologie et lhistoire de lart sont des domaines continuellement confronts au problmedu relev des objets de leurs tudes. La conservation et la restauration des uvres dart sont larecherche de moyens pour caractriser luvre dans son tat de conservation, sa composition(matriaux, pigments, ), ses dfauts ou leur volution, afin de pouvoir respecter luvreoriginale, voire la dmarche de cration de lauteur, et la transmettre fidlement travers letemps.

1. Introduction

2 L'archologie, dans son processus de mise au jour des vestiges du pass, est, par dfinition,destructrice ; elle est toujours contrainte de dtruire le contenant de l'objet qu'elle vise dgager, sans compter que le contenu ainsi dvoil est alors soumis de nouvelles agressionsdu milieu ambiant, qui risquent dans bien des cas de lendommager irrmdiablement et ce,sur une priode relativement courte. De ce fait, l'archologie est continuellement confronteau problme du relev rapide des objets de son tude.

3 Ces relevs ont principalement deux buts: la cration d'un format d'enregistrement permettantde publier de la manire la plus fidle possible l'objet envisag; et la conservation de celui-ci. Contrairement ce que l'on pourrait croire, la photographie et le relev topographiquene permettent pas de remplir idalement ces deux objectifs car elle ne privilgie toujoursqu'un seul plan de vue, rduisant le volume des objets une image en deux dimensions. Elleintroduit presque toujours des dformations (notamment optiques), ne permet pas de notationinterprtative ou facilitant sa lecture, et, enfin, les rsultats de la photographie traditionnelles'altrent avec le temps (pellicule argentique, diapositive et tirage papier). De plus, des

analyses mtrologiques dtailles sont gnralement impossibles raliser. On recourt donchabituellement diffrentes techniques de dessin au trait plus ou moins fidles, mais qui onttoutes en commun une faible souplesse dans leur gestion et leur mise en uvre, ainsi qu'unedpendance invitable vis--vis de la subjectivit de lecture et de rendu d'un oprateur humain.

4 De plus, ces oprations de relevs graphiques sont, pour respecter une objectivit minimum,extrmement lentes, ce qui entrane souvent une vritable course contre le temps et lesdgradations qu'il occasionne aux monuments historiques mis au jour et exposs lapollution moderne (pollution physico-chimique, pollution touristique, ). Cette dgradationest reprsente sur lexemple concret suivant.


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Elment du temple dAmenhotep II photographie en 1939

Elment du temple dAmenhotep II photographie en 1985.

2. Du projet la socit

5 Cest en 1999 que le problme est pos, lors dune rencontre entre le Dr. Yvon Renotte,responsable et fondateur du laboratoire dholographie de lUniversit de Lige (HOLOLAB)et le Dr. Dimitri Laboury, gyptologue et Chercheur FNRS. Ce dernier est la recherche dunemthode optique efficace pour raliser le relev sur site des bas reliefs du mur denceinte dutemple principal du site de Karnak (Egypte) dont luniversit a la concession.

6 Aprs deux ans dtudes prliminaires qui ont permis dvaluer les diffrentes mthodesexistantes, lquipe de physiciens propose les concepts dun dispositif innovant, capable derpondre aux diffrentes contraintes poses par les archologues.

7 Un projet de recherche appliqu de la Rgion Wallonne (FIRST spin-off de la DGTRE 1 estobtenu conjointement par le Centre Europen dArchomtrie et HOLOLAB et permet ledveloppement de ce systme.

8 Fin 2003, alors que le prototype de laboratoire est dj bien avanc, un dpt de brevet estralis. La socit DEIOS s.a. est cre en mars 2004, quelques mois avant une premirecampagne de mesure au British Museum (aot 2004). Les excellents rsultats obtenus au coursde cette campagne ont permis de valider compltement le prototype. DEIOS se lance alorsdans lindustrialisation du dispositif.


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9 Depuis fin 2005, DEIOS multiplie les contacts commerciaux et largit progressivement sesdomaines dactivits en proposant ses services et ses produits aux secteurs industriels etmdicaux.

3. Description du produit actuel ; IFP 1

a) Principe

10 Le systme IFP1 dvelopp par la socit DEIOS2 permet de raliser des mesures optiques,tridimensionnelles, de formes et de volumes, bases sur le principe de la projection de lumirestructure. Une trame de lumire Laser, produite par un procd interfrentiel (Figure 1), estprojete sur l'objet tudier (Figure 2).

Fig.1 ; Trame rsultant de linterfrence laser

11 Elle est caractrise par une variation sinusodale monotone de l'clairement, de telle sortequ'une phase, reprsentant l'argument de cette fonction, peut tre associe chaque rayonprojet. La linarit et la priodicit des franges sont altres par le relief de l'objet (Figure 2).

Fig. 2 ; Trame dforme par le relief de lobjet

12 Une camra CCD, munie d'un filtre frquentiel adapt la longueur d'onde du laser, recueillequatre images de cette trame dforme. Entre chaque acquisition, la trame subit une translationd'un quart de priode. L'analyse comparative de la luminosit de chaque pixel entre lesdiffrentes images fournit, en chaque point du champ mesur, une mesure indpendante dudphasage de la sinusode (Figure 3).

Fig. 3 ; Carte des dphasages

13 Ce dphasage, associ la dformation de la trame, permet de quantifier la distance z dechaque point par rapport un plan de rfrence perpendiculaire l'axe optique de la camra(figure 4).


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Fig.4 ; Carte des distances

14 Les coordonnes x et y du point en question sont calcules sur base du facteur de grandissementde l'objectif utilis. Enfin, une fois le nuage de points (x,y,z) obtenu, il peut tre exploit afinde raliser des rendus 3D ; images fixes (Figure 5), des animations. Cela peut donner lieugalement des intgrations dans des visites virtuelles o lutilisateur choisit, lui-mme, sonparcours en temps rel.

Figure 5 ; Rendu 3D des rsultats

Schma de synthse du principe de relev 3D sans contact par DEIOS s.a

Exploitant une technologie brevete, cette installation rpond une srie d'aspects qui sontrarement rencontrs par d'autres dispositifs. En voici quelques uns :

La lumire laser, monochromatique permet d'effectuer des mesures dans un

environnement forte luminosit ambiante. Ceci permet un travail sur site, mmeensoleill. La concurrence est toujours limite un clairement ambiant de 350 500lux (ambiance de laboratoire dans la pnombre ou dun bureau peu clair) alors quunejourne ensoleille en t, au niveau de la Belgique, correspond 10.000 lux.

Notre systme est galement insensible aux ventuels reflets directs sur lobjet. Cettepremire nous permet de travailler aussi sur des objets mtalliques, en porcelaine ou encramique contrairement aux autres systmes.

Une bonne prcision est obtenue (de 0.05 mm 0.5 mm par prise de vue) permettantainsi une analyse fine du relief ou de ses variations.


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Le systme permet d'obtenir une information chromatique associe chaque pointde l'objet (acquisition d'une image couleur supplmentaire) qui complte le relevtridimensionnel en lui adjoignant sa texture relle (Figure 5).

La manire de produire la trame laser nous offre une libert de positionnement del'appareil vis--vis de l'objet, dans une gamme comprise entre 15 cm et 3 m selon lesconditions. Outre la grande souplesse dutilisation, cela permet dtudier une grandevarit dobjets, de tailles diverses tout en conservant une excellente prcision.

Le processus de numrisation dvelopp permet aussi une digitalisation rellement sanscontact. En effet, bon nombre de systmes, mme optiques, doivent utiliser des repres(gommettes) placs sur lobjet quand ce dernier est de grande taille ou quand il doit trenumris sous tous ses angles. Il est vident que cette mthodologie est rejete lorsquontravaille sur des uvres dart, par nature, fragiles.

Enfin, aucune calibration nest ncessaire lors de la mise en place, sur site, delinstallation. Outre un gain de temps important pour tre oprationnel, cela assure laqualit des rsultats ds la premire acquisition, sans ncessiter des ajustements de lapart de lutilisateur.

b) Mise en oeuvre

15 Le dispositif IFP1 comporte plusieurs lments distincts. Lappareil de mesure proprement

dit est constitu dun bloc de projection et dune camra, runis par une embase. Lensembleprend place sur un pied photo traditionnel. Cet appareil est accompagn dune valisedalimentation, faisant office dinterface entre lordinateur portable et le systme de mesure.Une seconde valise, de transport, dans laquelle prennent place les diffrents lments compltele dispositif, termine le dispositif.

Le dispositif avant et aprs montage

4. Quelques ralisations en images

a) Conservation et analyses scientifiques

Tte dAmnophis II

16 Dans cet exemple, plusieurs prises de vue permettent dobtenir un objet visualisable 360.Une copie numrique, conforme loriginale, est obtenue. Elle peut alors tre visualise,analyse partout dans le monde, sans prendre le moindre risque pour loriginal.


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Relev 3D dune tte de Amnophis II (Louvre). Diffrentes prises de vue sont ncessaires(gauche) et fusionne pour donner un seul objet 3D (droite)

La texture relle est alors ajoute.

Bas-relief issu de la tombe de Rahotep (British Museum)

Photographie du bas-relief


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Relev 3D ralis par DEIOS (Aot 2004 au British Museum)

Reprsentation, en fausses couleurs, de la profondeur de gravure (rouge ; loin delobservateur ; bleu ; proche de lobservateur)

17 Le rsultat du bas-relief ci-dessus (114.3 cm x 83.8 cm) a t obtenu au travers de la vitre deprotection place devant luvre. Il se trouve dans une salle claire la fois par de la lumireartificielle et de la lumire solaire, au travers dune verrire. Ces conditions dcrivent ellesseules les contraintes que nous devions respecter.

18 Lors de lanalyse mtrologique, un dtail intressant apparat. Si lon se concentre sur la ttedu Prince Rahotep, on saperoit que le bas relief est particulirement grav autour du visagepar rapport au fond gnral. Ceci se voit particulirement bien sur limage en fausses couleursci-dessous. La couleur bleue traduit une gravure plus marque par rapport au fond (couleurverte).

19 Cette caractristique est intentionnelle et imperceptible lil (quelques diximes demillimtre dcart entre les deux niveaux de profondeur) mais a pour effet de gnrer une

aurole lumineuse autour du visage du Prince pour lobservateur (la lumire est en effetrflchie diffremment). Cela permet aussi dviter au sculpteur de travailler lensemble deluvre pour produire un fond plan.


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Dtails du visage ; les parties profondes sont en bleu, celles sortantes en rouge.

Bas/Moyen/Haut reliefs extrieurs (Cathdrale de Tournai)

20 Ce travail a t ralis pour la DGATLP (Rgion Wallonne). Le but tait de dmontrer lafaisabilit et la complmentarit entre deux techniques ; la photogrammtrie (permettant demodliser lensemble de la cathdrale) et notre systme (permettant de relever les dtails). Cesdeux rsultats sont par la suite rassembls dans un mme modle en 3D.

Diffrents rsultats (bas, moyen et haut reliefs) obtenus en extrieur, en plein soleil, sur lastatuaire de la Cathdrale de Tournai

Pices mrovingiennes

21 Des pices mrovingiennes ont t trouves lors de fouilles opres par la DGATLP. Unedelles nous a t confie et nous a permis de montrer les possibilits de la technique denumrisation 3D sur des pices de petites tailles (2 cm de diamtre), avec un faible relief(quelques millimtres) et de surcrot mtalliques et donc rflchissantes.

22 Les deux illustrations du bas prsentent les deux faces photographies de la pice. Les deuxillustrations suprieures prsentent elles les rendus 3D, sans ajout de texture (photographie).Il ne sagit que de la forme gomtrique pure.

23 On constate que bon nombre de dtails sont repris sur le rendu, avec une finesse, voire unelisibilit importante. Certains dtails sont estomps ou manquants ; cela rsulte bien souventde dtails de couleurs ou des effets dombrage qui rendent lisibles des informations qui nesont pas dues au relief lui-mme.


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Pices de monnaies mrovingiennes (photographie en bas) et relev 3D (en haut).

Analyse de traces doutils Charpente de la cathdrale St Paul de Lige

24 Bien au-del de la numrisation des fins uniquement de conservation digitale, des analysesscientifiques, des tudes mtrologiques permettent la vrification et/ou la comprhension de

certaines hypothses de recherche.25 La premire dmarche en ce sens a t ralise avec le Centre Europen dArchomtrie afinde dtecter et caractriser les traces doutils sur des poutres en bois.

Illustration 1 ; photographie dun morceau de bois de charpente

26 Lillustration ci-dessus (illustration 1) est la photographie (classique) dun morceau de poutre.Les nervures, les dtails du bois apparaissent mais peu de structures sont identifiables aiment.Ceci sexplique par le fait que lil humain est particulirement sensible aux effets de textures,de couleur. Ceux-ci sont des sources dinformations dans bon nombre de cas, mais sont aussides sources de bruit quand on cherche dtecter des dtails fins ou uniquement lis aurelief. Cest le cas ici.

27 Sur lillustration suivante (illustration 2), nous ne reprsentons que le relief (en niveau de gris).Il ny a plus aucune information issue de la couleur ou de la texture du bois. Selon le niveau degris (noir tant les zones profondes, blanc les zones sortantes), il est plus ais de se reprsenterles coups, les dnivellations dans le bois.

Illustration 2 ; reprsentation du relief en niveaux de gris


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Illustration 3 ; reprsentation du relief en courbes de niveau

28 La reprsentation du relief peut galement tre ralise sous forme de courbes de niveau(illustration 3) telle une carte dtat major. Sur un autre chantillon du mme type, nous avonscherch identifier et caractriser les traces doutils, de scie dans ce cas-ci.

29 Sur lillustration suivante, nous avons reprsent le relief en niveaux de gris. Les traces doutilsapparaissent plus clairement.

Mtrologie sur les rsultats 3D obtenus

30 Sur ces rsultats, on peut analyser deux paramtres ;31 - langle que fait la ligne de dcoupe, les traces, avec le bord de la poutre, soit 74.14- la

rptition de ces traces afin dvaluer leur frquence32 De ces informations, on peut alors extraire diffrentes pistes quant la mthodologie de la

dcoupe ; outils utiliss, variante doutils employe, position de lartisan lors du travail, Nous avons ensuite ralis des tudes analogues sur des renforts mtalliques dans la charpente

de la cathdrale St Paul.


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Travail sur site dans la charpente de la cathdrale St Paul (Lige)

33 Les rsultats ont t prsents dans le cadre du colloque organis par le Centre EuropendArchomtrie ( Les toits de lEurope Mise en oeuvre dune mthodologie partage pourltude, la conservation et la mise en valeur des toitures historiques 16-22 avril 2007) et ontt intgrs dans une modlisation 3D, avec visite virtuelle de toute la charpente comme le

reprsente les illustrations suivantes.Modlisation 3D de toute la charpente de la cathdrale (gauche), relevs 3D (droite).

34 Ces rsultats ont montr que diffrentes techniques de production mtallurgique avaient existsur lensemble du chantier. Lobjectif avou est de les mettre en relation avec les diffrentespoques de construction au travers de la datation effectue par dendrochronologie sur lacharpente.

Bton dIshango (Muses dAfrique Centrale de Tervuren)35 Le bton dIshango est une pice denviron 15-20 cm de long. Il serait la premire

reprsentation, le premier anctre de la calculatrice moderne. Ce bton servait daide au calculau travers des entailles quil comporte, un peu comme un boulier.

36 Pour vrifier cette hypothse, lide suivie tait de reprer les entailles, trs fines et danalyserleur priodicit. Le but tait de dmontrer une rgularit dans ces traces, dmontrant ainsilintentionnalit et la fonctionnalit comme outil.


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Illustration 1 ; relev 3D des deux faces du bton et recollage de la photo sur lobjet 3Dobtenu

37 Sur la seconde illustration, nous avons reprsent uniquement les rsultats 3D obtenus enajoutant une chelle de couleurs en fonction des courbures de lobjet. Les courbures coloresen bleu permettent didentifier aisment les entailles et den voir la succession rgulire.Des analyses plus fines ont permis dabonder dans le sens de lhypothse en quantifiant laprofondeur et la frquence de ces entailles. Elles ne sont en effet pas ralises ou distribuesau hasard.

Illustration 2 ; mise en vidence des entailles via la mesure des rayons de courbure.

38 Tous ces exemples ont pour but dillustrer la diversit des applications possibles au travers durelev 3D. Nous pourrions encore voquer lanalyse de peinture, la cration de carte didentitnumrique pour les uvres dart, la mesure dusure, de dformation de toiles ou de supports

en bois,

b) Les perspectives dveloppes par Deios

39 Deios narrte pas sa dmarche avec cet outil. En effet, dautres systmes, complmentairesau relev 3D, sont ltude actuellement ; la colorimtrie de terrain (lanalyse multispectrale)et la dtection des dfauts (la shearographie).

40 Seule lanalyse multispectrale sera voque ici afin la fois de rester cohrent dans le typedoutil employ mais aussi de ne pas multiplier les concepts techniques ou les gammes demesure.


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Reproductions 3D, visite et muses virtuels ou gravure dans des cubes de verre maisaussi films multimdias et images de synthse sont quelques exemples des possibilitsdornavant accessibles.

5. Conclusion

51 Les exemples illustrs dans cet article ont t choisis afin dillustrer la diversit, ltenduedes applications possibles, des uvres pouvant tre numrises ou analyses mais aussi desconditions de travail rencontres.

52 Lobjectif de cette prsentation tait de montrer que la technologie moderne peut tre unappoint important dans les mthodes de conservation et de restauration des uvres dart,ouvrant de nouvelles perspectives quant la comprhension dune uvre et de ses mcanismesdaltration, quant sa diffusion au grand public ou son analyse historique.

53 Les outils dcrits peuvent tre orients vers linvestigation, lanalyse, la recherchedinformations mais aussi la diffusion et laccessibilit du Patrimoine et ce dans un soucipermanent de fidlit et de protection de luvre.

54 Il est vident que ces dmarches de recherche tout comme les volutions des dispositifs de

relev et danalyse ncessitent imprativement une collaboration continue et multidisciplinaireentre diffrents acteurs. Cest cette philosophie qui est suivie par Deios pour ltablissementde ses systmes et ce afin de rpondre aux besoins rels des utilisateurs.

55 Ces dmarches et partenariats augurent dune nouvelle dynamique entre le secteur duPatrimoine et les sciences de lingnieur.

Notes

1 DGTRE : Division Gnrale des Technologies, de la Recherche et de l'Energie, de la Rgion Wallonne

2 IFP 1 : nom de notre systme pour Interferometric Fringes Projection

Pour citer cet article

Rfrence lectroniqueBernard Tilkens, Quand Patrimoine et haute-technologie se rencontrent... , CeROArt [Enligne], 1 | 2007, mis en ligne le 06 aot 2008. URL : http://ceroart.revues.org/index273.html

Bernard Tilkens

Bernard Tilkens a obtenu sa licence en Sciences Physiques en 1994, son DEA/Master enoptolectronique en 1995 et sa thse de doctorat en 2003, de lUniversit de Lige (Belgique). Il aralis ses recherches au sein du laboratoire HOLOLAB (Institut de Physique de lULg). Depuis


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