Archéologie de l'objet et du site - M2 Pro 2013 -2014

Le relevé par scanner-laser

 Le relevé 3D par scanner-laser, parfois nommé lasergrammétrie, est une science nouvelle qui commence à être utilisée en archéologie. Une présentation de cet outil et de l'intérêt de son utilisation lors de fouilles archéologiques nous a été faite par Mme Anne FLAMMIN de la Maison de l'Orient et de la Méditerranée de Lyon.

Le scanner-laser en archéologie

 Ce mode de relevé, grâce aux restitutions qu'il permet d'obtenir, est intéressant tant pour la conservation des données archéologiques que comme support graphique ou numérique destiné à l'étude.

 Il peut notamment être utilisé en archéologie du bâti ou encore pour l'art pariétal (voir M. Maumont, 2014). En archéologie du bâti, pour les édifices religieux du Moyen-Age par exemple, ce type de relevé peut se révéler très pratique pour l'étude des parties inaccessibles aux relevés classiques, comme le pierre à pierre, du fait de leur hauteur notamment.

 Le scanner-laser permet d'obtenir rapidement des orthophotographies des élévations qui peuvent ensuite servir de support pour la D.A.O. Il peut également fournir des coupes transversales des édifices ainsi que des plans au sol.

 Les nuages de points mesurés lors de ces relevés permettent également, si l'on veut, de prendre des mesures précises sur l'ensemble de l'édifice.

 

 

Illustration 1: Église de Veyrine (07) - Exemple d'un plan au sol (source : A. Flammin, M.O.M., Lyon)

Son utilisation

 Les relevés par scanner-laser peuvent être assimilés à des photos 3D d'un objet ou bâtiment, les points mesurés étant connus en coordonnées X, Y et Z. L'ensemble des points pris, désigné sous l'appellation de nuage de points, mesure l'objet ou le bâtiment dans sa globalité et non juste ses points caractéristiques, comme lors d'un relevé topographique.

 Le scanner-laser doit être associé à une unité d'enregistrement tel un ordinateur portable (cf un portable Dell, pour celui de la M.O.M.). Cette unité est parfois directement intégrée au matériel, dans les derniers modèles. On peut également lui associer un capteur vidéo ou un appareil photographique de haute résolution.

 Au niveau des paramètres de l'appareil, on peut notamment choisir la résolution du scanner. En archéologie, on utilisera le plus fréquemment une résolution assez fine (¼, soit un point tous les 6 mm). On peut également régler l'amplitude du scanner. Sa taille et la durée de la prise sont alors indiquées, de même que la distance de sécurité à respecter (souvent 2 à 4 m). Le stockage des relevés peut se faire soit sur le disque dur de l'ordinateur, soit sur un disque externe ou tout autre support de stockage.

 Pour prendre un bâtiment dans son ensemble, il faut effectuer plusieurs scanners afin d'éviter tout angle mort. Le relevé se fait donc en différentes stations, par cheminement, comme en topographie. Pour pouvoir ensuite assembler les différents scanners, on utilise des sphères, des cibles, que l'on positionne à moins de sept mètres de l'appareil. Sur chaque prise, on doit retrouver au moins trois d'entre elles et chacune des sphères doit se retrouver sur plusieurs scanners. Elles serviront ensuite de points de référence qui permettront l'assemblage automatique des scanners par reconnaissance de forme.

 Cette première étape qu'est la prise de scanners permet de collecter des nuages de points tridimensionnels, ou modèle numérique de terrain (M.N.T.), qu'il faut ensuite pouvoir traiter.

Illustration 2: Église de Veyrine – Exemple d'un nuage de points à partir de plusieurs scanners assemblés (source : A. Flammin, M.O.M., Lyon)

L'exploitation des données

 Le traitement des nuages de points s'effectue à l'aide de logiciels complémentaires, tel que Faro Scene ou Reconstructor, que l'on doit se procurer en plus du scanner-laser.

 Le logiciel Faro Scene permet l'acquisition et la visualisation des données acquises par le scanner. Il permet également le traitement des points de numérisation en 3D, comme l'assemblage des différents nuages de points en un seul afin de créer la copie conforme de l'objet ou bâti scanné en version numérique.

 Le logiciel 3D Reconstructor permet notamment l'extraction d'orthonuages, ou images redressées, de plans ou de coupes sur lesquelles on peut retravailler. Il permet également de mettre en place des filtres, des maillages (mapping, en anglais) sur lesquels on peut appliquer les photos prises par un appareil relié au scanner-laser. Ce logiciel peut aussi prendre des mesures précises ou encore d'extraire des vidéos.

Illustration 3: Église de Veyrine - Orhtonuage du mur ouest du transept avec le relevé pierre à pierre superposé (source : A. Flammin, M.O.M., Lyon)

Ses avantages et ses limites

 L'avantage principal du relevé par scanner-laser est sa rapidité d'acquisition de l'information. Pour le relevé d'un édifice comme le théâtre d'Orange, par exemple, la phase terrain prend environ une journée, l'assemblage des scans avec Faro Scene une dizaine de minutes et l'extraction des plans et coupes avec Reconstructor jusqu'à deux, trois jours.

 De plus, l'utilisation du scanner-laser est d'une relative facilité. La mise en application des paramètres de réglage de même que la mise en station sont simplifiées.

 Cet appareil présente de plus une bonne précision, bien que relative, avec une incertitude de mesure qui peut varier de quelques millimètres à plusieurs mètres. Il faut notamment vérifier régulièrement sa calibration, faute de quoi les modèles restitués peuvent présenter des déformations.

 Cependant, ce type de relevé doit être utilisé comme un complément du relevé à la main et non lui substituer. Les images obtenues par scanner-laser ne permettent pas la restitution de détails comme la taille de chaque pierre, leur nature, le type de mortier utilisé ou la présence d'enduits peints, par exemple. Il est possible de faire le scanner d'une élévation au 1/20e puis de retourner sur le terrain afin de rajouter ce genre d’éléments non visibles sur l’orthonuage.

 L'utilisation du scanner-laser est de plus compromise en temps de pluie car le laser ne passe pas au travers mais cherche alors à mesurer l'ensemble des gouttes qui tombent.

Illustration 4: Église de Veyrine - Orthonuage du revers de la façade ouest avec le relevé pierre à pierre superposé (source : A. Flammin, M.O.M., Lyon)

L'utilisation du scanner-laser à la M.O.M.

 Le laboratoire d'Archéométrie et Archéologie de la MSH Maison de l'Orient et de la Méditerranée (M.O.M.) de Lyon s'est équipé en 2010 d'un scanner-laser Faro Photon 120 ainsi que des logiciels de traitement Faro Scene et JRC3D Reconstructor. La portée de l'appareil est d'environ 120 m, avec une incertitude de mesure pouvant aller de 2 mm à 25 m.

 Il est essentiellement utilisé par l'équipe de l'axe de recherche « Art et archéologie au Moyen-Age » du laboratoire, notamment pour les édifices religieux. Il a ainsi pu aider à l'étude des églises de Veyrine (Ardèche), de Saint-André-le-Haut à Vienne (Isère) et de Notre-Dame sur l'Ile-Barbe à Lyon.

 L'utilisation du scanner-laser peut aussi être mis à la disposition d'autres équipes, comme le laboratoire Hisoma de la M.O.M. ou encore le Service archéologique de la Ville de Lyon.

 

 

Illustration 5: Vue du scanner-laser Faro Photon 120 de la MOM (source : A. Flammin, M.O.M., Lyon)

Intervenante :

 Anne FLAMMIN

 ITA-BIATOS

 MSH Maison de l'Orient et de la Méditerranée

 Laboratoire Archéométrie et Archéologie - Plateforme Archéologie 3D

Bibliographie succincte :

 

W. BOEHLER, A. MARBS, 3D scanning instruments, i3mainz, Institute for Spatial Information and Surveying Technology, FH Mainz, University of Applied Sciences, 4 p.

 

A. FLAMMIN, « L'utilisation du laser scanner dans le cadre de l'étude de bâti de l'église de Veyrines (Ardèche) », Architecture, décor, organisation de l'espace. Les enjeux de l'archéologie médiévale, Mélanges d'archéologie et d'histoire de l'art du Moyen Age offerts à Jean-Francois Reynaud, dir. N. Reveyron, O. Puel et Ch. Gaillard, Documents d'archéologie en Rhône-Alpes et en Auvergne, n°38, Lyon 2013, p. 243-247.

 

M. MAUMONT, « L’espace 3D : de la photogrammétrie à la lasergrammétrie », In Situ [en ligne], consulté le 4 février 2014.  URL : http://insitu.revues.org/6413.

 

J.-P. SAINT AUBIN, « ARCHÉOLOGIE (Traitement et interprétation) - - La photogrammétrie architecturale », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 4 février 2014. URL : http://www.universalis-edu.com/encyclopedie/archeologie-traitement-et-interpretation-la-photogrammetrie-architecturale.

 

 

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