L’ARCHÆOTRON : une station expérimentale et numérique transdisciplinaire pour mieux comprendre et faire connaître les patrimoines bâtis dans leur contexte environnemental, de l’échelle des matériaux à celle de l’ouvrage

Quels outils et méthodes peut-on mobiliser pour analyser les bâtis du patrimoine et suivre leur évolution en lien avec leur environnement ? L’ARCHÆOTRON montre l’intérêt de croiser les disciplines et les techniques à différentes échelles.

L’ARCHÆOTRON* combine quatre outils-laboratoires développés par le groupe de recherche STRUCTURA**.

• Le N-LAB : un site naturel instrumenté incluant un patrimoine bâti classé monument historique.

Il s’agit du site pilote des Vaux-de-la-Celle où un sanctuaire gallo-romain est situé au creux d’un vallon en amont d’une zone humide sur la commune de Genainville (Vexin français). Les vestiges de l’aire sacrée sont directement exposés à leur environnement et en particulier à l’eau de l’aquifère de sub-surface ou aux précipitations. L’eau étant un agent ou vecteur majeur d’endommagement des matériaux de construction, il est essentiel d’être capable de tracer et de modéliser les transferts de fluides et leur impact aux interfaces des bâtis et en leur sein. Des variables environnementales du site comme la température, la pression atmosphérique et les variations de hauteur d’eau de l’aquifère affleurant sont mesurées en continu depuis 2017.

• Le X-LAB : un bâti antique analogue construit à l’échelle 1:1 dans une cellule environnementale permettant de tester et de valider de multiples méthodes de mesures et de modélisations multiphysiques.

Afin de mieux cerner les processus en jeu et de développer des méthodes d’auscultation adaptées, le projet PREVENT a porté la construction d’un dispositif expérimental inédit reproduisant, à l’échelle 1:1, les structures et les matériaux du site patrimonial pilote dans un environnement analogue semi-contrôlé intégrant un aquifère artificiel. Le X-Lab est situé dans les jardins du Musée archéologique départemental du Val d’Oise (MADVO, Guiry-en-Vexin). Sa construction a duré deux ans. Elle s’est appuyée sur des observations semi-quantitatives des vestiges du temple gallo-romain des Vaux-de-la-Celle et des caractérisations quantitatives pétrophysiques et physico-chimiques des matériaux de construction à différentes échelles. Hormis les mortiers, tous les matériaux (tuiles et moellons calcaires) proviennent du site des Vaux-de-la-Celle et sont pour la plupart issus des fouilles. L’instrumentation est en constante évolution depuis, pour permettre des mesures ponctuelles comme des suivis continus multi-paramètres.

• Le M-LAB propose des modélisations numériques pleine échelle, du matériau à l’ouvrage, ainsi que des phénomènes physiques et chimiques impliqués.

Le processus de développement des applications numériques s’est fait en lien avec la construction du X-Lab. Les applications numériques se veulent polyvalentes, modulaires et entièrement interactives intégrant des modèles archéologiques reconstruits en 3D à grande échelle (de l’apparence brute à l’apparence photoréaliste), disponibles en haute résolution pour la projection sur écran 2D classique de moyenne à grande taille, la projection holographique et/ou la réalité virtuelle de l’expérience. Le développement de l’outil numérique est basé sur des logiciels et des méthodes spécialisés et spécifiques (modélisation procédurale basée sur des scripts dans Autodesk Maya, développement de logiciels 3D dans Unreal Engine, environnement de programmation). Le milieu bâti modélisé est utilisé dans des modélisations multiphysiques de milieux poreux multiphasiques permettant l’interprétation des mesures réalisées dans le X-Lab et la compréhension des phénomènes d’altération à différentes échelles (des pores aux bâtis).

• Le E-LAB permet de former par la pratique, de transmettre. Il se développe à travers des ateliers éducatifs de science participative ou d’expositions mis en place avec les partenaires institutionnels, et grâce à des organes numériques de médiation et d’interaction avec le grand public.

Un exercice d’ateliers de science participative a été mené lors des journées Pays d’Art et d’Histoire du PNR du Vexin français les 10 et 11 juillet 2021 sur le site archéologique des Vaux-de-la-Celle. Les jeunes apprentis maçons gallo-romains ont pu manipuler des matériaux antiques comme des moellons et des mortiers analogues afin de construire par eux-mêmes un pilier en petit appareil. Les activités pratiques d’archéologie expérimentale ont été combinées à une première approche d’un modèle numérique 3D interactif présenté sous forme de projection holographique de grandes dimensions. D’autres ateliers ont eu lieu lors des Journées Européennes d’Archéologie (JEA) et des Journées Européennes du Patrimoine (JEP) en 2018-2020.

Jérôme Wassermann, Vivien Barrière, Lilian Cristofol

Partenaires :

Le groupe STRUCTURA explore depuis 2019 un nouveau champ de recherche et d’enseignement transdisciplinaire rassemblant des laboratoires de CY Tech, de CY Art & Humanités et CY Education et avec le concours des partenaires du département du Val d’Oise (MADVO) et du Vexin français (PNR). STRUCTURA est coordonné par Jérôme WASSERMANN et Vivien BARRIÈRE, respectivement Ingénieur de recherche (L2MGC, CYU) et Maître de conférences (UMR Héritages, CYU), en collaboration avec les partenaires régionaux, nationaux et internationaux.

L’équipe de STRUCTURA remercie particulièrement ses partenaires et collaborateurs pour les actions passées ou en cours : Léa PETARD (PNR), Céline BLONDEAU (MADVO), Philippe BROMBLET (CICRP), Ronan HEBERT & Béatrice LEDESERT (GEC, CYU), Clément MATHIEU & Abdeslam BENAMARA (doctorants L2MGC), Didier VERMEERSCH & Dominique PELLERIN, l’APSAGE, les étudiants de l’AEVA et les jeunes apprentis maçons gallo-romains.

La caractérisation des matériaux en jeu a été réalisée au cours des stages de Master recherche de Samira AKKOUCHE et de Clément MATHIEU. Elle s’est notamment appuyée sur l’expertise et les instruments de la plateforme d’imagerie CY Microscopies et Analyses associée à la fédération I-Mat.

Le développement des modélisations numériques interactives est mené par Lilian CRISTOFOL (IE L2MGC, CYU). Les modélisations des phénomènes multi-physiques en milieux poreux multi-phasiques sont réalisées par Pierre M. ADLER (DR Cnrs UMR METIS, Sorbonne Université).

Le suivi et la compréhension des transferts de fluides aux échelles du N-Lab et du X-Lab se poursuivent, notamment via des méthodes électriques actives et passives dans le cadre de la thèse de doctorat d’Elijah NKITNAM débutée en 2020 en collaboration avec Alexis MAINEULT (CR Cnrs UMR METIS).

Publications associées au projet :

Les premières publications dans des revues à comité de lecture sont attendues dans le courant de l’année 2022.