Autour de l’informatique : Faire parler les murs

Opération d’étude et de relevé d’une portion de mur ( stage de formation à l’archéologie de la construction romaine, Pompéi, Villa de Diomède, mai 2014 ). ©Villa Diomedes Project. Photographie Thomas Crognier, Author provided

Un nouvel « Entretien autour de l’informatique ». Serge Abiteboul et Claire Mathieu interviewent Hélène Dessales, Maître de conférences en archéologie à l’École Normale Supérieure, Paris. Hélène Dessales est notamment spécialiste de la distribution de l’eau dans l’architecture domestique de l’Occident romain. Elle nous explique comment l’informatique est en train de révolutionner l’archéologie. Cet article est publié en collaboration avec le blog Binaire.


Binaire : Tu es archéologue. Ça sert à quoi l’archéologie ?

Hélène Dessales. archeo.ens.fr, Author provided

Hélène Dessales : L’archéologue écrit l’histoire en interrogeant les objets, explore la matérialité pour découvrir ce que les textes ne peuvent pas apprendre.

Dans ma thèse, j’ai travaillé sur le rapport entre l’adduction d’eau et l’évolution de l’habitat, illustrant comment les techniques ont transformé l’architecture et la manière de vivre. Maintenant je travaille sur les techniques de chantier à l’époque romaine. Comment construit-on ? Qui sont les bâtisseurs ? Quel est l’environnement, la géologie ? D’où viennent les matériaux utilisés ? J’ai élargi l’horizon de l’architecture à celui de la construction.

Il y a une lecture dynamique du bâtiment ; nous essayons de voir comment il a été construit, d’évaluer ce qu’il a coûté, de saisir les gestes du constructeur et de l’artisan. C’est un domaine nouveau qui se développe fortement depuis une vingtaine d’années, autour du réseau international d’histoire de la construction.

Même si les techniques de construction romaines sont relativement bien connues, elles restent encore à explorer sous ce nouvel angle de vue. La maçonnerie n’a pas énormément changé entre l’époque romaine et le XIXe siècle. C’est pourquoi je collabore notamment avec des médiévistes qui, eux, disposent de nombreuses sources écrites. Par exemple, pour le Palais des papes à Avignon, ils savent comment le bâtiment a été construit, pratiquement au jour le jour. Nous croisons nos méthodes et c’est passionnant.

Tu participes à un projet qui fait intervenir beaucoup l’informatique ?

H.D. : Oui. L’informatique est en train de révolutionner l’archéologie. Le cœur de l’archéologie, c’est le traitement de l’information. L’informatique est parfaite pour cela.

Je travaille avec Jean Ponce du département d’informatique de l’ENS. Nos deux projets de recherche se sont rencontrés. D’un côté, le sien, la vision par ordinateur, appliquée à l’étude des bâtiments. De l’autre, le mien, l’archéologie de l’architecture.

La vision par ordinateur a totalement transformé notre façon d’enregistrer et de traiter les informations, depuis le relevé sur le terrain où nous « capturons » des données, jusqu’à la restitution au laboratoire, en trois dimensions. C’est toute la chaîne opératoire qui a été bouleversée. Désormais nous arrivons sur le terrain avec des appareils photo pour faire un relevé numérique complet. Nous le faisions auparavant avec un scanner, mais c’était lourd à utiliser et assez coûteux, alors que maintenant nous n’avons qu’à prendre des photos, cas extrême, avec notre téléphone… puis à utiliser le logiciel de Jean Ponce.

Nous l’avons appliqué à un bâtiment de 3500 mètres. Pour cette superficie, il nous a fallu environ 25 000 photos. Ensuite, la reconstruction s’est faite en deux phases, un premier programme, nommé PMVS, assemble automatiquement les photos, un second, Blender, construit, à partir de cet assemblage, un modèle 3D. C’était la première fois que cette technologie était testée sur un aussi grand bâtiment, et cela a très bien fonctionné, produisant une maquette d’une précision excellente, inférieure à 1 cm. Une telle précision, c’était nouveau.

En archéologie, quand nous parlions d’informatique, nous imaginions un ordinateur et une base de données ; là nous sommes dans des algorithmes complexes qui alignent les données et reconstruisent le bâtiment en trois dimensions.

Maintenant, pour ces nouvelles utilisations de l’informatique, il nous manque des métiers dans les laboratoires. Nous avons d’un côté des informaticiens et de l’autre côté des archéologues de la vieille école, avec des compétences techniques comme dessinateurs, infographistes, jusqu’alors habitués à travailler surtout en deux dimensions. Les processus pour former des personnes qui maîtrisent ces reconstructions en trois dimensions sont en cours.

Vous gagnez du temps avec les relevés. Mais ces nouvelles techniques ouvrent-elles vraiment de nouvelles possibilités à l’archéologie ?

H.D. : En archéologie, quand nous dessinons, nous faisons déjà une interprétation, en sélectionnant ce que nous représentons. Le dessin d’un bâtiment est une étape de compréhension très importante. Les modèles informatiques héritent en esprit de cette pratique du dessin. Une fois la reconstruction 3D par les programmes terminée, nous disposons d’une maquette du bâtiment qui, pour nous, est aussi un outil d’analyse et d’interrogation exceptionnel : nous l’utilisons avec des filtres de lecture permettant de voir des choses que nous ne verrions pas avec les yeux. Surtout, nous y intégrons une notion de temps, qui introduit une quatrième dimension. Ainsi, d’une part, nous incorporons par exemple des anciens dessins datant du XIXe, témoignant d’un bâtiment à un état donné, que nous « projetons » en trois dimensions dans la maquette numérique. D’autre part, nous pouvons aussi intégrer au modèle nos données archéologiques actuelles, qui retracent les différentes phases du bâtiment. Le modèle restitue ainsi toute l’évolution du bâtiment, de sa création à l’époque romaine, jusqu’aux restaurations de l’époque contemporaine.

Pour cela, l’archéologue, sur place, devant le mur, établit par exemple une classification des types de maçonnerie qui caractérisent les chantiers d’un même bâtiment au fil du temps. Il prend des mesures, annote une photo à la main, en y intégrant son analyse du mur. Traitant ensuite cette photographie, sur ordinateur, il y ajoute une série de calques de couleurs, chacun correspond à une série d’informations – types de techniques observés, phases de construction. Puis cette information est projetée en 3D et nous pouvons l’intégrer aux données d’ensemble sur le bâtiment. Ainsi, le modèle 3D nous permet de stocker toute une série d’informations disparates et de les croiser. Il sert donc à la fois de filtre et d’outil d’analyse.

En appliquant ces méthodes, j’ai la chance de coordonner un gros projet collectif sur la villa de Diomède à Pompéi.

Villa de Diomède à Pompéi, état de 2013 : modèle photogrammétrique* du bâtiment (vue isométrique du secteur sud-est du bâtiment). Villa Diomedes Project. Infographie 3D : Alban-Brice Pimpaud (archeo3d.net) | Yves Ubelmann & Philippe Barthelemy (iconem)., Author provided

Nous avons pu produire une restitution virtuelle de la villa au moment de sa fouille à la fin du XVIIIe siècle, lorsqu’on enlève les cendres de l’éruption du Vésuve de 79 ap. J.-C., et ce sur la base des dessins très précis réalisés peu après la découverte.

La villa de Diomède à Pompéi, état du début du XIXᵉ siècle, peu après les fouilles : modèle intégrant les relevés exécutés dans les années 1780-1810, qui reproduisent les décors sur les murs et les sols, très érodés aujourd’hui ou disparus (vue isométrique du secteur sud-est du bâtiment). Villa Diomedes Project. Infographie 3D : Alban-Brice Pimpaud (archeo3d.net) | Yves Ubelmann & Philippe Barthelemy (iconem)., Author provided

Nous travaillons actuellement à une autre restitution, celle de l’état de la villa avant l’éruption de 79 – sur lequel il faut mobiliser toutes nos observations (sachant que des survivants sont revenus sur les lieux de la catastrophe pour prélever des matériaux ; d’autres spoliations ont lieu à l’époque moderne, lorsque Pompéi, la cité alors oubliée, n’est plus qu’un grand terrain agricole). La première image est donc historique, celle du bâtiment tel qu’il est vu à l’époque moderne. La seconde est archéologique, celle qui tente de recomposer un état que l’on ne perçoit plus que de façon fragmentaire et dégradé, et pour lequel il faut remonter presque 2000 ans…

La Villa de Diomède à Pompéi, analyse archéologique en cours : modèle intégrant les relevés de terrain et interprétations ; chaque couleur correspond à une phase de construction du bâtiment à l’époque romaine, entre le IIᵉ siècle av. J.-C. et 79 ap. J.-C. ; la couleur grise indique les restaurations modernes et contemporaines (vue isométrique du secteur sud-est du bâtiment). Villa Diomedes Project. Infographie 3D : Alban-Brice Pimpaud (archeo3dt) | Yves Ubelmann & Philippe Barthelemy (iconem)., Author provided

Modèles 3D ? Vérifier des hypothèses, restaurer sans détruire, éduquer le public, préserver la mémoire

Ces modèles 3D vous apportent-ils de nouvelles compréhensions ?

H.D. : La visualisation en 3D facilite l’analyse. En archéologie, nous travaillons parfois sur des structures très arasées. Nous essayons de restituer les structures comme elles étaient dans leur état originel, avec leurs élévations, leurs toitures. Ce n’est qu’en visualisant le bâtiment en trois dimensions que nous pouvons vérifier si nos hypothèses résistent d’un point de vue architectural, si le toit a une chance de tenir…

Et puis, cela va changer la visite des sites archéologiques. La 3D nous permet de proposer des visites virtuelles avec des restaurations numériques, tout en conservant l’existant sur le terrain. Elle nous offre la possibilité de restaurer virtuellement sans détruire. Plutôt que des reconstructions plus ou moins hypothétiques « à la manière de… », elle permet de considérer véritablement des alternatives. Les monuments historiques sont tous en train de développer cet aspect des choses, et c’est toute la transition entre l’archéologie et la diffusion vers le public qui change.

Cela change-t-il aussi votre façon de fouiller ?

H.D. : Fouiller c’est souvent détruire. Quand nous fouillons, nous détruisons des strates. Maintenant, nous pouvons tout de suite avoir une maquette en 3D de l’état de la fouille, ce qui permet de sauvegarder les informations avec une maquette évolutive. Cela conserve l’historique, et donne une mémoire des fouilles. Les images, entre autres, nous permettent de garder cette mémoire.

N’y a-t-il pas un risque de se perdre dans cette masse d’images ?

H.D. : Oui, nous avons trop de données, tant d’images que nous ne savons plus comment les classer et les stocker efficacement. Pour le moment, nous ne disposons pas d’ordinateurs assez puissants pour les traiter toutes.

Et puis, nous avons un vrai souci d’archivage. Auparavant, nous tenions ce que dans le métier nous appelons un « carnet de fouilles ». Comme cela se faisait déjà au XIXe siècle, il s’agit de reporter au jour le jour ce que nous trouvons, quoi, quand, où. Ce carnet (maintenant une tablette) s’est complexifié en devenant un ensemble de fiches d’observations, de photographies, de relevés. C’est ce qui forme les sources primaires, la base des travaux de recherche. Pour la villa de Diomède, les relevés et toutes ces données sont archivés et déposés auprès de la Surintendance archéologique de Pompéi.

Mais, pour les étapes ultérieures du traitement des données ? Nous produisons des quantités considérables d’images qui donnent des modèles photogrammétriques. Les images sont stockées par deux entreprises qui travaillent avec nous dans le cadre d’un projet de l’ANR. Elles nous seront restituées à la fin du projet. Toutes ces images font partie de notre patrimoine. Il nous faudra les archiver pour garantir qu’elles seront accessibles dans cinquante ans. Comment ? Je ne sais pas. Il va falloir choisir ce que l’on garde… Comment ? Archiviste numérique, c’est un métier dont nous avons besoin pour accompagner nos recherches.

Quelles sont les avancées les plus marquantes de l’archéologie de ces dix dernières années ?

H.D. : Les nouvelles technologies et pratiques de relevés et de restitution, le développement de plus en plus important de l’« archéométrie » (ce qu’on mesure avec des instruments, pour obtenir des données quantifiées, par exemple les analyses chimiques), les techniques de datation de plus en plus poussées, tout cela modifie la pratique de l’archéologie et fait intervenir chimie, physique, biologie, géologie, informatique. Par exemple, la datation en fonction des pollens fixés dans le mortier lors de la construction des bâtiments peut permettre de reconstruire le fil des saisons et induit une nouvelle précision dans la restitution d’un bâtiment, un changement d’échelle qui change les pratiques de l’archéologie. Nous enseignons maintenant toutes ces méthodes archéométriques, ainsi que la photogrammétrie. Nous sommes en pleine mutation de l’enseignement et de la recherche.

Du coup, l’archéologie ne s’est-elle pas rapprochée des sciences et éloignée des sciences humaines ?

H.D. : C’est vrai, maintenant il y a plus de techniques à apprendre. Nous avons de plus en plus de disciplines à solliciter, mais en archéologie il y a toujours eu cet angle qui n’était pas purement celui des sciences humaines : nous allons sur le terrain, comme des géologues nous suivons la stratigraphie ; nous croisons les données avec d’autres sciences. L’histoire de l’Antiquité ne se découvre pas seulement à partir des textes mais aussi par les monuments, et il en a été ainsi dès le XVe siècle, lorsqu’Alberti invite à considérer les édifices de la Rome antique pour mieux comprendre les auteurs de l’Antiquité. Il faut, par exemple, une formation en dessin, ce qui nous fait sortir complètement des sciences humaines. Mes étudiants apprennent toujours à dessiner. Le dessin c’est le premier travail de filtre et de sélection, ça change le regard, et c’est en dessinant que nous comprenons. Nous utilisons de plus en plus de statistiques. Nous quantifions de plus en plus nos résultats.

Quelque chose n’a pas changé. Nous examinons les objets. Nous les interrogeons. Nous faisons parler les murs.