Numériser un objet patrimonial, c'est tenir une chaîne : le mesurer (par photos ou par laser), en tirer un modèle 3D, le montrer sans tromper le public et l'archiver pour qu'il reste lisible pendant des décennies. Pour un chapiteau sculpté, par exemple, tu choisis la photogrammétrie, tu calcules à quelle distance photographier pour voir le demi-millimètre, tu signales dans la visite virtuelle ce qui est restitué et tu archives les photos brutes avec leur documentation.
Choisir la technique de mesure
Définition : la photogrammétrie reconstruit la forme d'un objet à partir de nombreuses photos qui se recouvrent. Le logiciel repère un même détail sur plusieurs vues et calcule sa position dans l'espace en croisant les rayons venus de chaque vue : c'est la triangulation.
Le scanner laser, lui, mesure directement des distances : il envoie de la lumière laser, déduit la distance de son temps de retour et enregistre un point par direction visée, depuis plusieurs positions appelées stations. Il produit un nuage de points : des millions de points connus par leurs coordonnées $x$, $y$, $z$.
Embarqué sur un avion ou un drone, le scanner devient un LiDAR aéroporté : le dernier écho d'une impulsion peut venir du sol, entre les branches, ce qui révèle des vestiges sous une forêt.
| Technique | Usage | Limite |
|---|---|---|
| Photogrammétrie | de l'objet au bâtiment, couleur fidèle | échelle à fournir (règle, cibles) ; surfaces brillantes ou uniformes |
| Scanner laser terrestre | façade, édifice, distances mesurées | coûteux ; zones cachées à couvrir par plusieurs stations |
| LiDAR aéroporté | site, sol sous la végétation | trop peu détaillé pour un objet |
Sur un grand édifice, on combine volontiers les deux : le laser pour la géométrie, les photos pour la couleur.
Piège classique : résolution et précision ne disent pas la même chose. La résolution, c'est l'écart entre deux points mesurés ; la précision, c'est l'erreur possible sur chaque point. Un nuage dense peut être faux de plusieurs centimètres si l'échelle est mal posée ou si les stations sont mal assemblées.
Régler la résolution
En photogrammétrie, tout se règle sur la taille du pixel au sol (GSD, de l'anglais ground sample distance) : la portion de l'objet que couvre un pixel de la photo.
Formule :
$$\text{GSD} = \frac{p \times D}{f}$$
avec $p$ la taille d'un pixel du capteur, $D$ la distance à l'objet et $f$ la focale, $p$ et $f$ dans la même unité.
Elle sort de deux triangles semblables, de part et d'autre du centre de l'objectif : un pixel de taille $p$, à la distance $f$ derrière, correspond à une tache de taille GSD, à la distance $D$ devant, d'où $\dfrac{\text{GSD}}{D} = \dfrac{p}{f}$. Si tu l'oublies, redessine ces deux triangles.
Pour un scanner, on règle le pas angulaire $\theta$ entre deux tirs. À la distance $D$, deux points voisins sont séparés d'un arc $s = D\,\theta$, avec $\theta$ en radians : l'espacement grandit avec la distance.
Avec un espacement régulier $s$, chaque point occupe un carré de côté $s$ : la densité vaut $\dfrac{1}{s^2}$ points par mètre carré. Elle se compte par surface, jamais par volume, car laser et photos ne voient que des surfaces.
Du nuage de points au jumeau numérique
On assemble d'abord les stations ou les photos dans un même repère (le recalage), on relie les points par des triangles pour obtenir une surface continue (le maillage), puis on y plaque les photos (la texture). Note les réglages et les écarts à chaque étape : sans cet historique, le modèle ne se vérifie plus.
Définition : un jumeau numérique est un modèle relié à l'objet réel et mis à jour par des données qui en viennent (nouveaux relevés, capteurs). Une maquette 3D figée n'en est pas un.
Pour suivre une fissure d'une campagne à l'autre, encore faut-il connaître la précision des relevés : un écart de 2 mm entre deux nuages précis à 5 mm près ne prouve aucun mouvement.
Réalité virtuelle et augmentée : montrer sans tromper
La réalité virtuelle plonge le visiteur, casque sur la tête, dans un espace entièrement calculé, comme l'état disparu d'un édifice. La réalité augmentée superpose une restitution à la vue réelle, sur une tablette ou dans des lunettes.
Le risque : que le public prenne une hypothèse pour un fait. La Charte de Londres sur la visualisation informatique du patrimoine (version 2.1, février 2009) demande de dire clairement ce que montre l'image (l'état existant, une restauration fondée sur des preuves ou une reconstruction hypothétique) et quelle part reste incertaine.
Règle : distingue à l'écran le mesuré, le restitué sur preuves et l'hypothèse, par la couleur ou une légende. Joins-y les paradata : la documentation de ton raisonnement, des sources jusqu'aux choix.
Archiver : un fichier n'est pas une archive
Un fichier peut survivre et devenir illisible : le logiciel qui l'ouvrait disparaît, ou un bit change sans que personne ne le voie. Le cadre de référence de l'archivage à long terme est le modèle OAIS (Open Archival Information System), commun au CCSDS (un comité d'agences spatiales) et à l'ISO (norme ISO 14721). Sa version 3 date de décembre 2024.
OAIS distingue trois paquets d'information : le SIP, que le producteur verse à l'archive ; l'AIP, que l'archive conserve ; le DIP, qu'elle remet à qui le demande. L'AIP contient les données, l'information de représentation qui permet de les comprendre (la description du format, par exemple) et l'information de pérennisation : provenance, contexte, identifiant, contrôle d'intégrité et droits d'accès.
L'intégrité se contrôle par une empreinte, une courte suite de caractères calculée sur le fichier, qui change si un seul bit change.
Pour un relevé 3D, archive les données brutes (photos d'origine, nuages), pas seulement le modèle final allégé, dans des formats ouverts et documentés : TIFF pour les images, E57 pour les nuages, PLY ou OBJ pour les maillages. Ajoute le rapport d'acquisition, avec les réglages et la précision obtenue.
Conseil : OAIS veut une information compréhensible par sa communauté d'utilisateurs sans ressources rares, personnes nommées comprises. Avant de verser un relevé, demande-toi si un inconnu pourrait le rouvrir et le vérifier sans toi.
Les droits sur une copie 3D
La règle tient dans l'article 14 de la directive (UE) 2019/790 : quand la durée de protection d'une œuvre d'art visuel a expiré, ce qui est issu de sa reproduction ne peut être soumis ni au droit d'auteur ni aux droits voisins (ceux des interprètes ou des producteurs, notamment), sauf s'il est original, c'est-à-dire « la création intellectuelle propre à son auteur ». Les États membres devaient transposer la directive au plus tard le 7 juin 2021.
Un scan fidèle d'une statue du domaine public ne crée donc aucun droit nouveau, alors qu'une restitution qui comble des lacunes par des choix personnels peut être originale. Pour une œuvre encore protégée, l'article 6 permet à une institution du patrimoine culturel (un musée, par exemple) de copier les œuvres présentes à titre permanent dans ses collections pour les conserver, pas pour les diffuser.
Exercices corrigés
Exercice 1 : Ton appareil a des pixels de 4 µm et un objectif de 35 mm. Quelle taille de pixel au sol obtiens-tu sur un chapiteau situé à 7 m ? À quelle distance au plus dois-tu te placer pour descendre à 0,5 mm ?
Correction :
Tout en mètres : $p = 4 \times 10^{-6}$ m et $f = 0{,}035$ m.
$\text{GSD} = \dfrac{4 \times 10^{-6} \times 7}{0{,}035} = 8 \times 10^{-4}$ m, soit 0,8 mm.
On isole $D$ : $D = \dfrac{\text{GSD} \times f}{p} = \dfrac{5 \times 10^{-4} \times 0{,}035}{4 \times 10^{-6}} = 4{,}375$ m. Plus loin, chaque pixel couvre plus de 0,5 mm : place-toi à 4,37 m au plus.
Exercice 2 : Ton scanner, réglé sur un espacement de 3 mm à 10 m, est posé à 25 m face à une façade plane de 20 m de large sur 12 m de haut. Quel espacement obtiens-tu, et combien de points environ couvriront la façade depuis cette station ?
Correction :
À pas angulaire fixe, $s = D\,\theta$ est proportionnel à la distance : $s = 3 \times \dfrac{25}{10} = 7{,}5$ mm.
Densité : $\dfrac{1}{0{,}0075^2} \approx 17\,778$ points par m². Surface : $20 \times 12 = 240$ m². Nombre de points : $240 \times 17\,778 \approx 4{,}3$ millions.
C'est un peu surestimé : les bords, plus loin et vus de biais, reçoivent des points plus espacés.
Exercice 3 : Un prestataire annonce 60 millions de points pour l'intérieur d'une église de 12 000 m³, soit « 5 000 points par m³ ». Murs, voûtes et sol totalisent 3 000 m². Quelle densité faut-il retenir, et quel espacement moyen en déduire ?
Correction :
Le chiffre par m³ est le piège : les points sont posés sur les surfaces, pas répartis dans l'air de la nef.
Densité surfacique : $\dfrac{60 \times 10^6}{3\,000} = 20\,000$ points par m².
Avec $\dfrac{1}{s^2} = 20\,000$, on trouve $s = \dfrac{1}{\sqrt{20\,000}} \approx 0{,}0071$ m, soit environ 7 mm. C'est une moyenne : les points sont plus serrés près des stations.
Exercice 4 : Un musée numérise fidèlement, par photogrammétrie, la statue en marbre d'un sculpteur mort en 1850, puis diffuse le modèle. Un studio s'en sert pour restituer la main droite, perdue, en inventant sa pose faute de sources. Qu'est-ce qui peut être protégé par le droit d'auteur ? Que devrait montrer la visite virtuelle ?
Correction :
Le modèle du musée est une reproduction fidèle, sans création propre, d'une œuvre dont la protection a expiré depuis longtemps : d'après l'article 14 de la directive (UE) 2019/790, il ne peut pas être protégé.
La main restituée résulte de choix libres du studio : elle peut être originale, donc protégée.
Pour le public, c'est une reconstruction hypothétique au sens de la Charte de Londres : la visite devrait la distinguer du marbre mesuré et justifier ses choix dans les paradata.
À retenir
À retenir :
- Résolution (écart entre points) et précision (erreur sur chaque point) sont deux exigences distinctes.
- $\text{GSD} = \dfrac{p \times D}{f}$ en photo, $s = D\,\theta$ au scanner ; une densité se compte par mètre carré.
- À l'écran, sépare le mesuré, le restitué et l'hypothèse, et documente tes choix (paradata).
- Archiver selon OAIS : données brutes, formats documentés, empreintes.
- Copie fidèle d'une œuvre d'art visuel du domaine public : pas de droit nouveau.
Sources
- Directive (UE) 2019/790 du 17 avril 2019 sur le droit d'auteur dans le marché unique numérique, articles 6, 14 et 29 : texte sur EUR-Lex.
- CCSDS, Reference Model for an OAIS, CCSDS 650.0-M-3, décembre 2024 : texte sur ccsds.org.
- Charte de Londres (The London Charter), version 2.1, février 2009, principe 4 : texte sur londoncharter.org.