Le projet Automata : des modèles 3D enrichis de données archéométriques

Les fouilles archéologiques produisent aujourd’hui des quantités considérables de vestiges. Parmi eux, les céramiques et les artefacts lithiques occupent une place centrale : tessons, éclats de silex, fragments d’objets s’accumulent par milliers, voire par tonnes. Ces éléments, souvent modestes pris isolément, constituent pourtant une source d’information essentielle pour comprendre les techniques, les échanges et les modes de vie des sociétés passées.

Mais cette abondance pose un problème très concret. Les réserves des musées et des centres de conservation sont de plus en plus encombrées par ces collections issues des fouilles. Dans le même temps, des spécialistes doivent examiner ces séries parfois gigantesques pour en tirer le maximum d’enseignements scientifiques. L’enjeu est donc double : conserver durablement ces masses de vestiges et réussir à les analyser de manière efficace. 

C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet européen Automata qui propose une nouvelle approche pour faciliter le travail des archéologues : acquérir rapidement un maximum d’informations grâce à des technologies avancées, puis regrouper toutes ces données dans des modèles numériques complets disponibles sur l’European Collaborative Cloud for Cultural Heritage, le « cloud européen ». 

Coordonné par l’Université de Pise, Automata rassemble une quarantaine de scientifiques issus de disciplines très variées : archéologie, archéométrie, imagerie scientifique, physique expérimentale, chimie analytique, robotique, vision par ordinateur, ainsi que des partenaires industriels des différents secteurs. Des institutions italiennes, françaises, britanniques, espagnoles et israéliennes collaborent étroitement, à l’image de l’Université Bordeaux Montaigne et d’INRIA, de l’Inrap en France, de l’Université de Jérusalem ou du King’s College de Londres par exemple.

Cette diversité de compétences est au cœur du projet : il s’agit de combiner des méthodes rarement intégrées dans une même chaîne d’analyse pour produire une représentation numérique enrichie de données analytiques pour chaque artefact. Automata ambitionne de créer rapidement de véritables jumeaux numériques d’objets archéologiques, capables de révéler à la fois leur forme et leur composition physico-chimique.

L’étude débute par la numérisation 3D des échantillons archéologiques, qu’il s’agisse de fragments lithiques ou de céramiques. Cette reconstruction fournit un modèle géométrique précis, qui sert de référence pour l’ensemble des mesures réalisées ensuite.

Une imagerie hyperspectrale est ensuite réalisée pour observer les objets au-delà du visible et repérer des variations de composition. Cela va permettre d’identifier les zones les plus pertinentes à étudier plus finement.

Des analyses ciblées, comme la spectroscopie Raman ou la spectrométrie de fluorescence X, sont alors menées sur ces points d’intérêt afin de déterminer les atomes présents et de caractériser la composition moléculaire des matériaux.

L’ensemble des données acquises est finalement intégré au modèle 3D. Chaque zone associe ainsi informations de forme et propriétés physico-chimiques, constituant une représentation numérique complète de l’artefact.

Dans ce projet, l’équipe-projet Manao collabore étroitement avec Archéosciences Bordeaux, une unité mixte de recherche entre l’Université Bordeaux Montaigne et le CNRS. Le but des scientifiques de cette équipe Inria est d’apporter une expertise, acquise avec le développement de la Coupole. Ce dispositif technologique d’imagerie 3D enregistre simultanément la géométrie d’un objet et sa réflectance — c’est-à-dire la façon dont ses matériaux réfléchissent la lumière — pour créer des modèles numériques extrêmement fidèles à la réalité. 

« Avec La Coupole, nous avons chez Manao une expertise sur un système combinant robotique et optique. Même si pour le projet Automata, nous ne recherchons pas la performance haute définition que nous avons avec la Coupole, cela reste un cadre expérimental quasi idéal. Nous pouvons tester différents paramètres pour obtenir des reconstructions précises et exploitables par les autres partenaires du projet » explique Clément Joubert, post-doctorant dans l’équipe-projet Manao. 

Pour valider ces méthodes, l’équipe-projet Manao a déjà commencé à travailler sur une vingtaine d’échantillons archéologiques, principalement des fragments de céramique de 1 à 12 centimètres, envoyés par l’Université de Pise. Chaque pièce est minutieusement photographiée par La Coupole puis reconstruite en 3D. « Il y a un véritable challenge scientifique et technologique pour nous dans ce projet, poursuit le scientifique. Pour l’instant, avec La Coupole, nous n’avons pas encore de méthode nous permettant d’acquérir l’artefact en une seule fois : il faut numériser séparément le dessus et le dessous, puis fusionner les données sans perdre en précision. Nos expérimentations permettent d’affiner progressivement les protocoles et d’identifier les meilleures stratégies pour automatiser l’acquisition tout en conservant la qualité des reconstructions. »

Pour la suite du projet, le relais sera pris par les partenaires italiens spécialisés en robotique. L’objectif est de concevoir un dispositif bien plus compact que La Coupole, plus simple et moins coûteux à déployer, tout en intégrant directement des instruments d’analyse comme des spectromètres au sein même du système robotique. Cette évolution permettra d’automatiser l’ensemble de la chaîne d’acquisition, depuis la numérisation 3D jusqu’à la caractérisation physico-chimique, dans un seul et même environnement technique.

« L’enjeu, désormais, est de miniaturiser et d’intégrer ces différentes briques technologiques dans une plateforme unique, souligne Rémy Chapoulie, chercheur au sein du laboratoire Archéosciences Bordeaux et responsable de la plateforme 3D Archeovision. Nous voulons passer d’un dispositif expérimental très performant, mais complexe, à un système plus léger, plus mobile et plus accessible, capable d’associer imagerie 3D et analyses archéométriques.  Cette intégration permettra ainsi de franchir un cap décisif dans la conservation et l’analyse de ces artefacts archéologiques, bénéficiant à toute la communauté des sciences de l’archéologie et plus généralement du patrimoine culturel via le cloud européen. »