Blog ESACH | L'application de techniques avancées d'enquête au Palazzo Ducale à Mantoue, Italie

L'objectif principal de arpentage dans le domaine architectural, c'est conduire à la connaissance de l'objet à travers la définition d'un modèle interprétatif de l'artefact. Ces dernières années, l'application de techniques avancées d'enquête a considérablement élargi les possibilités de comprendre, d'étudier et de rendre l'architecture historique et, à cet égard, les travaux menés au Palazzo Ducale à Mantoue au cours de la Techniques avancées d'enquête cours à Politecnico di Milano fournit une contribution exemplaire aux discussions sur les technologies de pointe appliquées à la prospection du patrimoine bâti.

Écrit par: Laura Cerliani et Annachiara Colombo.

L'objet de la campagne de collecte de données, le Palazzo Ducale, est un vaste complexe architectural qui se dresse dans la partie supérieure de Mantoue, et qui correspond à la noyau d'origine de la ville antique. Le palais étant composé de nombreux bâtiments, couloirs, galeries, cours et jardins, l'ensemble s'est développé comme un microcosme qui occupe une zone urbaine étendue et il a été défini comme un palais en forme de ville.

En particulier, l'activité d'enquête menée avec le professeur Francesco Fassi visait à utiliser l'acquisition d'enquête 3D pour élaborer les données métriques 2D nécessaires pour définir, à un stade ultérieur, le projet final de préservation du Conception et histoire de l'architecture Master à Politecnico di Milano.

Scanner laser terrestre statique

Les scanners de distance sont des instruments sans contact qui émettent de la lumière laser pour effectuer des mesures: ils reçoivent et analysent le signal du rayonnement réfléchi pour échantillonner l'objet dans des points de coordonnées 3D. Une grande variété de ces scanners pour les acquisitions numériques d'objets 3D est disponible aujourd'hui et, en particulier, l'étude du Palazzo Ducale exigeait des scanners laser terrestres à la fois en modes statiques et dynamiques.

Figure 1: Palazzo Ducale, photo de Marco Introini. Source : Marco Introini, Luigi Spinelli, Architecture a Mantoue. Da Palazzo Ducale alla Cartiera Burgo, Silvana Editoriale, Cinisello Balsamo, 2018

L'objectif principal de l'application du scanner laser terrestre statique était l'acquisition 3D d'une petite partie de l'ensemble du complexe, correspondant à ce que l'on appelle le Palazzo del Capitano [Figure 1]. Cet instrument fournit des acquisitions lentes caractérisées par une précision et une résolution de mesure élevées. Avant de commencer le levé par scanner laser terrestre statique, il est important de définir les paramètres de résolution de l'acquisition en fonction de l'échelle de représentation des dessins prévus.

Une fois les données récupérées, le résultat est affiché à travers l'élaboration d'un nuage de points: il s'agit d'un ensemble de points définis en coordonnées xyz qui représente la surface extérieure de l'objet et qui peut être ouvert et visualisé dans AutoDesk ReCap (Reality Capture) . La densité du nuage de points exprime la résolution de l'acquisition et, dans ce cas, plus d'une centaine de balayages différents acquis à partir d'emplacements différents ont été nécessaires pour obtenir le nuage de points final. Pour rendre les informations en métrique 2D, il est par la suite possible d'importer le nuage de points dans Autocad, qui servira à définir la position des plans de coupe en fonction des dessins nécessaires.

Figure 2: Coupe longitudinale - Nuage de points du Palazzo del Capitano dans Autocad

Les images [Figure 2, Figure 3] montrent le nuage de points tel qu'importé dans le logiciel et la définition du plan de coupe. Cela a servi à obtenir la coupe longitudinale de l'Armeria, expliquant ainsi en détail ses caractéristiques et sa relation avec les structures inférieures de Corte Vecchia.

Figure 3: Coupe longitudinale - Résultat final après l'élaboration des données

Mode dynamique du scanner laser terrestre

Le mode dynamique du scanner laser terrestre est une toute nouvelle façon de collecter des données: il ouvre les techniques de levé à un panorama plus abordable, et ce notamment en termes d'utilisation des instruments. Ce mode permet de capturer la morphologie d'un bâtiment et de définir son nuage de points en parcourant simplement l'espace associé à l'aide d'un sac à dos sur lequel se trouve l'outil de topographie.

Le mode dynamique est une combinaison de cartographie mobile et de levé par scanner laser basé sur la distance. D'une part, il donne la possibilité de cartographier le chemin du levé grâce à un système GPS auto-géoréférencé, tandis que, d'autre part, le scanner laser est capable de construire en temps réel le nuage de points.

Concrètement, un scanner laser et une caméra sont installés sur un sac à dos qui, dans notre cas, a été facilement porté aussi bien par les professeurs que par les étudiants. L'instrument était relié à un pavé d'écran à travers lequel nous pouvions visualiser en temps réel à la fois la construction du nuage de points et notre itinéraire de levé. Ce dernier mode d'arpentage a pris environ deux heures et, dans cette plage de temps, la plupart des espaces ouverts et des piazzas du Palazzo Ducale ont été inspectés ainsi que certaines des pièces intérieures qui sont généralement fermées au public.

Figure 4: Vue tridimensionnelle du nuage de points levé par le sac à dos, à partir d'Autodesk Recap

En ce qui concerne le scanner laser dynamique, un autre aspect qui doit être pris en compte pendant la phase de levé est la vitesse de marche du géomètre car cela affecte à la fois la résolution et la densité du nuage de points en cours de construction. Par conséquent, le meilleur expédient serait de répéter la collecte des informations plusieurs fois et avec une faible vitesse de marche, ceci afin de faciliter le rappel par balayage des reflets lumineux de toutes les surfaces qui ont été frappées. 

L'image [Figure 4] montre le nuage de points final une fois importé dans ReCap et, comme pour le scanner laser statique, il est possible d'utiliser le modèle pour reconstruire des plans, des coupes et d'autres dessins [Figure 5].

Figure 5: Coupe longitudinale de l'église de Santa Barbara et Giardino Pensile, par le nuage de points

L'un des éléments déterminants d'une enquête dynamique a permis à l'outil d'étudier l'interrelation des parties du Palazzo Ducale. En fait, nous n'étudions pas une seule pièce, mais l'ensemble du complexe et, de cette manière, nous avons pu analyser comment les pièces sont assemblées en un ensemble cohérent, se démêlant entre les besoins de la topographie et du paysage [Figure 6].

Figure 6: Coupe longitudinale de l'église de Santa Barbara et Giardino Pensile, résultat final

Avantages et inconvénients des deux techniques d'arpentage

Après l'analyse, nous pensons qu'il conviendrait de résumer les techniques à travers leur comparaison. Dans un premier temps, il faut reconnaître que les deux ne sont pour le moment abordables que pour un petit nombre d'experts, en raison du coût financier et aussi des compétences spécifiques requises. Par ailleurs, et en ce qui concerne le traitement des détails, le mode statique nécessite un temps d'élaboration des données entre l'acquisition de l'information et l'élaboration du dessin, ce n'est pas le cas du mode dynamique qui est en fait ce qui le rend plus gérable. Néanmoins, les deux techniques peuvent être considérées comme fondamentales dans le domaine architectural et urbain même si elles s'appliquent à des situations différentes car elles se concentrent sur des besoins différents: désormais la précision de la statique ne peut pas être obtenue par la dynamique, alors que cette dernière permet une enquête plus large et plus complète à réaliser.

L'une des tâches les plus importantes pour un architecte qui aborde l'intervention sur l'environnement bâti existant est l'analyse préliminaire du site. Comme il est très souvent impossible de visiter les lieux en personne, les praticiens sont invités à collecter des informations par des sources Internet, des bibliothèques et des livres. À cet égard, la construction d'un nuage de points urbains référencé à des repères historiques et distingués serait un premier pas vers la prochaine frontière de la cartographie informative. En fait, en partageant cette documentation, les gens auraient la possibilité de mieux comprendre les caractéristiques du lieu, d'approfondir la recherche.

À propos des auteurs

Laura Cerliani est étudiante à la maîtrise à Politecnico di Milano, où elle suit une maîtrise en conception architecturale et histoire. Le grand intérêt pour le patrimoine culturel et la préservation l'a amenée à rejoindre l'ESACH et à approfondir les techniques d'enquête et les pratiques d'entretien des sites historiques.

Annachiara Colombo est un étudiant diplômé de conception et d'histoire de l'architecture à Politecnico di Milano. Au cours de ses années d'études, elle a traversé différentes approches de conception et elle a développé un intérêt pour l'architecture en tant que pratique créative qui relie la ville aux habitants. Elle est passionnée par le patrimoine culturel et la relation entre l'ancien et le nouveau en architecture.

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