Repérage spatio-temporel des claveaux des nervures des voûtes effondrées de la cathédrale Notre-Dame de Paris

En parallèle du chantier de restauration de Notre-Dame de Paris, un vaste chantier scientifique a été lancé pour rassembler des informations utiles à la restauration tout en renouvelant en profondeur les connaissances sur le monument. La restitution des formes disparues est l’une des problématiques abordées.

Lors de l’incendie de la cathédrale Notre-Dame de Paris le 15 avril 2019, la flèche et les éléments de charpente font tomber dans leur chute l’un des arcs doubleaux qui épaule deux voûtes de la nef. Cet arc doubleau (F29-30) est composé de 121 claveaux. 79 claveaux sont tombés ; 77, dont la clef d’arc, ont été retrouvés après l’incendie. Pendant le chantier, les débris ont été traités et documentés de manière archéologique par une couverture photographique de plus de 50 000 clichés. Le traitement massif de ces données photographiques est primordial pour faire avancer la connaissance sur l’arc effondré et les claveaux eux-mêmes.

Ces données sont au cœur du projet REPÉRAGE, qui propose une méthode pour : 1/ permettre un repérage spatio-temporel des claveaux des voûtes effondrées à partir du corpus de photographies prises lors du déblaiement des débris et effectuer des relevés en nuage de points correspondant aux différents états temporels ; 2/ relier ces photographies aux données sémantiques hétérogènes produites par les équipes pluridisciplinaires des chantiers scientifique et de restauration.

L’histoire de la restauration de Notre-Dame de Paris est généralement racontée du point de vue des acteurs humains qui y prennent part, comme les tailleurs de pierre, les conservateurs ou les architectes. Inversant la perspective, ce projet adopte le point de vue des claveaux. Le récit biographique des claveaux est présenté dans toute la singularité de leur trajectoire : en élévation, en chute, enfouis sous les déblais, nettoyés, dépollués, numérisés, abstraits dans un inventaire, étudiés et observés, annotés et identifiés sur des images, restitués, retaillés, carottés, restaurés, etc. Les objets sont replacés au centre du récit. La capture de ces trajectoires est une tâche difficile, car elles sont fluctuantes par leur position dans l’espace ou dans le temps, et également intermittentes dans leurs représentations physiques et numériques. Les liens entre ces moments sont retracés pour reconstituer l’histoire des claveaux à partir des données.

L’étude des claveaux effondrés

Lors du déblaiement de l’amas de vestiges effondrés, les claveaux se distinguent par leur morphologie remarquable. Ils présentent tous des profils et des décors identiques : en intrados, deux tores flanquent un méplat central. L’analyse archéologique de ces artefacts révèle à différentes échelles des traits caractéristiques qui permettent de les distinguer, donc de les classer. Ces observations ont été synthétisées dans une documentation normalisée.

La pollution par le plomb de l’ensemble des vestiges limite les possibilités d’accès à ces derniers pour les étudier. Comme la cathédrale, la collection des claveaux a été numérisée en 3D en un ensemble de doubles numériques haute définition. Dans une visionneuse 3D dédiée, il est possible de prendre des mesures précises ou de faire des observations archéologiques fines : par exemple, un mode de visualisation permet de positionner une lumière rasante parallèle à la surface et ainsi de rendre visibles les traces d’outils. L’investigation archéologique se poursuit sur les données numériques selon les mêmes modalités qu’avec les claveaux physiques. 

Cathédrale physique et cathédrale numérisée

Tout au long du chantier, des campagnes successives de relevés numériques par lasergrammétrie et photogrammétrie enregistrent la géométrie de l’ouvrage et la disposition des vestiges. Cette documentation constitue un double numérique de la cathédrale, qui montre simultanément l’espace de la nef avec l’arc avant son effondrement et l’arc effondré.

L’enregistrement numérique ne se limite pas à la cathédrale et aux vestiges. Dans l’urgence du chantier, les méthodes de documentation sont adaptées de l’archéologie. Dès lors, l’utilisation de la photographie systématise l’enregistrement des différentes opérations du chantier.

Dans un contexte de chantier de fouille archéologique, lorsqu’un objet est découvert, il est immédiatement identifié et la localisation de sa découverte est enregistrée. Dans le cas de Notre-Dame, en raison de la pollution active au plomb et du besoin de mettre en sécurité les structures, ces informations sont déduites à partir des scènes photogrammétriques du déblaiement (fig. 1). L’application de ce processus permet de suivre a posteriori la trajectoire des claveaux dans l’espace et le temps. C’est ainsi que la position de chute de la moitié des claveaux a été retrouvée. Cette information est importante pour la restitution car elle permet d’induire la position des claveaux dans l’arc restitué.

 

Fig. 1. Processus pour retrouver la position de chute des claveaux dans les jeux de données photogrammétriques du déblaiement. Quand un claveau devient visible, il est annoté avec un identifiant temporaire X001 dans les images (2D), les nuages de points (3D), et au cours du temps (4D). Le claveau est ensuite comparé aux photographies des claveaux sur les palettes. Cette étape d’identification visuelle permet de procéder au récolement des numéros d’inventaire : X001 correspond par exemple au claveau N028.

 

Restitution de l’arc dans son état précédant l’incendie

Restituer l’arc doubleau effondré revient, pour chaque claveau, à chercher son positionnement initial dans l’arc. Une méthodologie innovante a été développée pour cette restitution, combinant l’archéologie, les sciences de l’information et les mathématiques. L’objectif est de reconstruire de manière scientifique l’état antérieur de l’objet patrimonial en utilisant des données numériques.

Un premier essai de restitution à l’échelle 1:1, appelé « remontage à blanc », a été effectué, établissant les critères pour la restitution. Cependant, cette hypothèse était partielle en raison du nombre de possibilités de repositionnement et du temps imparti. La restitution a ensuite été abordée comme un problème mathématique, avec des critères archéologiques traduits en langage mathématique pour limiter les solutions possibles. Un algorithme a permis de calculer une solution optimale avec un degré de confiance de 73,5%. Le travail de restitution s’est donc constitué comme une succession d’hypothèses, chacune appuyée par des arguments, des faits ou des observations.

Les données des hypothèses de restitution forment un récit non-linéaire résultant de ces trajectoires, qui sont révélées grâce à des méthodes issues des sciences de l’information, notamment le mapping, la représentation conceptuelle et l’enrichissement des métadonnées. En retissant les liens entre des jeux de données hétérogènes et imperméables, la trame narrative prend alors la forme de visualisations 3D et de requêtes.

Conclusion

Le projet REPERAGE a permis de reconstituer le chaînage temporel et spatial des différents états et positions des claveaux des nervures de la voûte effondrée avant et après incendie. Il s’agissait de retrouver les liens entre les données sémantiques des claveaux (archéologiques, architecturales ou de conservation/restauration) et les données géométriques (modèles 3D) ainsi qu’avec le corpus photographique.

La question de la restitution de l’arc doubleau effondré dans la nef de la cathédrale s’est posée dans la même temporalité que le projet de reconstruction de la cathédrale elle-même. L’impulsion opérationnelle a rassemblé les chercheurs autour de cette question. L’hypothèse de restitution montre la réussite d’une collaboration interdisciplinaire au sein du chantier scientifique de Notre-Dame. Nous avons démontré la continuité méthodologique entre la recherche archéologique sur le chantier et le travail sur les données numériques. La documentation numérique est un vecteur pour la transmission, l’accessibilité et la pérennisation des données de restitution.

La restitution de l’arc ne se réduit pas à une belle image, même en trois dimensions. Elle correspond à la construction d’une hypothèse scientifique laissée ouverte, c’est-à-dire qu’elle peut être reprise avec l’ajout de données nouvelles ou de critères supplémentaires. Si la publication d’articles met à la disposition de la communauté scientifique et du public l’ensemble du raisonnement et de la documentation de la restitution, ce sont bien les données de la restitution qui constituent le véritable enjeu éthique de la recherche et de la science ouverte. La production collective de ces connaissances et leur partage pour les générations à venir mettent en évidence la portée de l’archéologie pour un patrimoine vivant.

Anaïs Guillem


Partenaires du projet : Thierry Zimmer, Lise Leroux, Olivier Malavergne (Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques), Livio De Luca, Antoine Gros (UMR 3495 / UPR 2002 MAP), Dorothée Chaoui-Derieux (DRAC-IDF).

Collaborateurs scientifiques : groupes de travail « Pierre » et « Données Numériques » du chantier scientifique de Notre-Dame de Paris, Livio De Luca, Antoine Gros, Violette Abergel du MAP-CNRS/MC, Olivier Malavergne, Lise Leroux, Thierry Zimmer, Véronique Vergès-Belmin du LRMH, Dorothée Chaoui-Derieux du Service Régional d’Archéologie de la DRAC d’Île-de-France, Cédric Moulis du HisCant-MA, Élise Baillieul de l’IRHiS, Bruno Phalip du CHEC-UCA, Benoît Duvocelle du SJTU Paris Elite Institute of Technology et Marco Callieri à VCL du CNR-ISTI.


Publications associées au projet

Gros, Antoine, Anaïs Guillem, Livio De Luca, Élise Baillieul, Benoit Duvocelle, Olivier Malavergne, Lise Leroux, and Thierry Zimmer. 2023. “Faceting the Post-Disaster Built Heritage Reconstruction Process within the Digital Twin Framework for Notre-Dame de Paris.” Scientific Reports 13(1), 5981. https://doi.org/10.1038/s41598-023-32504-9

Guillem, Anaïs, Antoine Gros, et Livio De Luca. 2023. « Faire parler les claveaux effondrés de la Cathédrale Notre-Dame de Paris  : un récit fondé sur le Web sémantique et les Linked Open Data », Humanistica Conférence, Association francophone des humanités numériques, Juin 2023, Genève, Suisse. hal-04106101

Guillem, Anaïs, Antoine Gros, Violette Abergel, and Livio De Luca. 2023. “Reconstruction Beyond Representation in Notre-Dame de Paris.” In 2023 IMEKO TC-4 International Conference on Metrology for Archaeology and Cultural Heritage, Oct 2023, Rome, Italy. hal-04275571v2

Guillem, Anaïs, Antoine Gros, Kevin Reby, Violette Abergel, and Livio De Luca. 2023. “RCC8 for CIDOC CRM: Semantic Modeling of Mereological and Topological Spatial Relations in Notre-Dame de Paris.” In Proceedings of the International Workshop on Semantic Web and Ontology Design for Cultural Heritage, edited by Antonis Bikakis, Roberta Ferrario, Stéphane Jean, Béatrice Markhoff, Alessandro Mosca, and Marianna Nicolosi Asmundo, vol. 3540, CEUR Workshop Proceedings. Athens, Greece: CEUR.

Guillem, Anaïs et Antoine Gros. 2023. « La restitution hybride de l’arc doubleau effondré dans la nef de la cathédrale Notre-Dame de Paris. » Monumental.

Guillem, Anaïs, John Samuel, Gilles Gesquière, Livio De Luca, and Violette Abergel. 2023. “Let the Fallen Voussoirs of Notre-Dame de Paris Speak: Scientific Narration and 3D Visualization of Virtual Reconstruction Hypotheses and Reasoning.” In Proceedings of the International Workshop on Semantic Methods for Events and Stories (SEMMES) 2024. CEUR Workshop Proceedings. Greece.


Crédit Photo à la Une : Exemple de l’itinéraire du claveau N1A au fil des différentes hypothèses de restitution (emplacements R16, R58, R17, R63) associé à ses informations archéologiques (fig. tirée de Guillem et al. 2024 / 3D viewer : © V. Abergel).



Citer ce billet
fsp (2024, 21 mai). Repérage spatio-temporel des claveaux des nervures des voûtes effondrées de la cathédrale Notre-Dame de Paris. Fondation des sciences du patrimoine. Consulté le 15 juin 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/11oya

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