[Vidéo] Des équipes du CNRS percent les secrets de Notre-Dame de Paris

Pour épauler le chantier de reconstruction de Notre-Dame, les chercheurs du CNRS ont construit un écosystème numérique unique pour percer les secrets des bâtisseurs médiévaux. A terme, ils voudraient démocratiser leur outil, pour rendre ce chef-d'œuvre du patrimoine mondial accessible à tous.  

 

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[Vidéo] Des équipes du CNRS percent les secrets de Notre-Dame de Paris
Représentation numérique de l'intérieur de la cathédrale sur la plateforme n-Dame du CNRS.

Comme la recherche scientifique, la matière est inépuisable. Et les problèmes - comme les découvertes - sans cesse renouvelés. "C'est un travail colossal, nous avons en permanence de nouvelles idées. Je crois que cela n'a jamais été fait dans le monde", commente Livio de Luca devant son ordinateur. Sur l'écran, un nuage de points bleus fait briller le verre de ses lunettes. En se concentrant, on devinerait presque ce qui s'y reflète.

Puis le directeur de recherche au CNRS, joint par internet, partage son écran. Une église flotte sur un fond noir. Sa silhouette est familière. On la devine abîmée. Sa toiture a disparu et un énorme trou a remplacé la nef gothique. "Voilà la cathédrale telle qu'elle est aujourd'hui". Après un an et demi d'effort, la trentaine de scientifiques du groupe de travail "données numériques" pour la reconstruction de Notre-Dame ont réussi un tour de force remarquable, même s'ils savent que la route est encore longue. Rebâtir numériquement l'immense édifice dans les moindre détails, pour faire parler ses matériaux : le bois, la pierre, et ceux qui les ont façonnés. Un chantier scientifique inédit, mêlant outils technologiques et algorithmes crées spécialement, qui viendra épauler la reconstruction.

(Animation 3D du relevé photogrammétrique de l’intrados des voûtes de la nef et du chœur de la cathédrale réalisé par drone et de l’extrados des voûtes du chœur effectué grâce au cable-cam en mars 2020 et en décembre 2020, avant et après déblaiement des vestiges de la charpente Crédit : © Renato Saleri / MAP / Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris / Ministère de la culture / CNRS - 2021)

Robotique, relevés ortho-photographiques et algorithmes

Pour faire parler la mutique cathédrale, il a fallu l'observer. "Depuis l'incendie, des milliers de prises de vues ont été réalisées", explique Livio de Luca. Voûtes, nefs, cœurs, transepts… Tout a été photographié. Ces données ont été intégrées dans un puissant logiciel de calculs, conçu par les équipes du CNRS pour ce travail de reconstitution. "Nous avons créé des algorithmes d'indexation dédiés, qui référencent toutes ces données numériques et permettent d'avoir une continuité entre les images". Résultat, l'intérieur de la cathédrale est reproduit au millimètre : le trou béant laissé par la chute de la flèche, la multitude de débris qui recouvrent le sol, des éclats de bois aux poutres noircies, des fragments de roche aux blocs entiers de calcaire effondrés. Pour effectuer ces relevés, les équipes se sont appuyées sur des appareils de pointe. Pour les parties hautes, une "cable cam" équipée de trois caméras rotatives à haute fréquence a photographié les voûtes durant les étapes d'évacuation. "La photogrammétrie a permis de replacer les éléments dans l'espace, sous différents angles de vue". Des drones ont appuyé ce travail de repérage.

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A l'intérieur de la cathédrale, l'amas de décombres a également été entièrement numérisé "dans l'espace et dans le temps", raconte Livio de Luca. L'opération s'est avérée encore plus complexe. Des prises de vue à 360 degrés ont eu lieu à chaque fois que les équipes du chantier retiraient des débris. "C'était une sorte de fouille numérique, à chaque fois qu'on retirait des éléments on en retrouvait d'autres". Les données ont ensuite été analysées puis recoupées entre elles, à l'aide de calculs semi-automatiques. "J'y ai passé mes journées et mes nuits d'été, j'ai failli devenir fou", sourit le chercheur. Les claveaux de la cathédrale notamment, des pièces de maçonneries saillantes qui structurent la nervure des voûtes, ont fait l'objet d'une analyse poussée. "Certaines sont quasiment intactes malgré la chute, elles pourront être réutilisées pour la reconstruction". Un scanner 3D sur-mesure, fabriqué par la start-up française Mercurio, a été mobilisé. "Nous pouvons observer les traces en sillon laissées par les outils des ouvriers. Le niveau de détails est tel que les archéologues peuvent en déduire si deux pièces ont été façonnées par la même personne !" Placée sur un plateau tournant, chaque bloc de pierre d'une soixantaine de kilos a été photographiée 400 fois, afin de reproduire sa géométrie avec exactitude. "A l'aide d'une imprimante 3D, nous allons remouler les 70 claveaux effondrés". Des exemplaires façonnés à l'identique qui serviront à la restauration.

Voyager dans l'espace et dans le temps

Au-delà de ce travail de collecte, Livio de Luca nourrit une ambition plus vaste. Rendre accessible à tous les secrets de ce joyau gothique. C'est l'objectif de sa plate-forme numérique, dans laquelle ses équipes enregistrent, trient et analysent l'ensemble des informations sur l'édifice. Baptisé n-Dame, cet "écosystème numérique" permettra de "voyager dans l'espace et dans le temps", rêve le chercheur, et de comparer les différents états de la cathédrale grâce aux données récoltées avant et après l'incendie. Jouant le rôle de centralisateur des recherches, chaque groupe de travail (bois, acoustique, pierre, architecture, etc.) du CNRS pourra y ajouter ses conclusions en fonction de sa spécialité et ainsi partager le fruit de son travail, en commentant des éléments graphiques, mêlant photographies et représentations numériques. "Un outil unique au service de la communauté scientifique et des acteurs du chantier" selon le chercheur. Grâce à ce travail, ils auront la possibilité de faire les choix de restauration notamment sur le réemploi de matériaux en fonction des contraintes. Ou utiliser les mêmes techniques de construction pour la charpente par exemple. Lorsque la plate-forme sera aboutie, on aimerait aussi qu'elle soit accessible au grand public". Car la science, comme le patrimoine, est l'affaire de tous.

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