ARCHÉOLOGIE - La photogrammétrie architecturale

ARCHÉOLOGIE - La photogrammétrie architecturale

Les premiers traités de perspective, et notamment celui de Piero della Francesca (De prospectiva pingendi , vers 1490), envisagent déjà d’utiliser des vues perspectives pour en déduire les formes et les dimensions d’un objet, et l’amiral Beautemps-Beaupré, en 1811, ne fait rien d’autre qu’appliquer cette idée ancienne dans sa Méthode pour la levée et la construction des cartes et plans hydrographiques . Ce n’est pourtant qu’avec l’invention de la photographie, qui résout la difficulté d’avoir à dessiner des perspectives, que le procédé prend son essor avec Aimé Laussedat qui pose vers 1850 les principes de la métrophotographie et exécute, sur l’église Santa Maria delle Grazie à Milan le premier relevé d’architecture réalisé à partir de photographies. L’architecte Meydenbauer lui donne le nom de photogrammétrie et commence en 1858 la première collection de photographies réunies pour faciliter les dessins d’architecture avant d’animer, dès 1885, à Berlin, le premier service de relevés de monuments historiques.

Si, pour des raisons pratiques, la photogrammétrie est au début terrestre et même architecturale, il est évident que son développement technique s’épanouit, vers 1930, avec les prises de vue aériennes et leur application cartographique. Sans véritable solution de continuité, la photogrammétrie d’architecture connaît une nouvelle impulsion grâce aux relevés menés par l’Institut géographique national français sur les temples égyptiens de Nubie dans le cadre de l’opération de sauvegarde organisée par l’U.N.E.S.C.O. de 1959 à 1965.

Jamais sans doute les grands chantiers de travaux publics, les opérations d’urbanisme, les aménagements de l’espace rural ne se sont-ils autant associés aux méfaits du temps, des cataclysmes naturels et de la guerre, pour détruire ou modifier un patrimoine culturel dont la définition s’élargit, dorénavant, au-delà des chefs-d’œuvre et jusqu’à un passé proche. L’étude, la protection et la conservation apparaissent, dans ce contexte, comme de redoutables gageures. L’archéologie, en détruisant l’objet de sa recherche, la restauration, en dénaturant l’authenticité du document historique, conduisent à proposer l’usage de techniques qui facilitent la sauvegarde matérielle ou intellectuelle de la globalité du patrimoine. La photogrammétrie s’inscrit, au premier chef, dans ces tentatives.

Définition de la photogrammétrie

La photographie transcrit le volume de l’objet sur le plan du négatif par l’intermédiaire d’une projection conique. L’opération fixe dans l’espace une gerbe de rayons qui, partant de chaque point de l’objet (en nombre infini), traverse en ligne droite l’objectif de l’appareil par son centre optique et s’inscrit sur le négatif au point-image. La prise de vue enregistre ainsi, dans l’espace, une série de droites définies chacune par le centre de l’optique et le point-image. D’un autre point de vue, l’appareil photographique enregistre, sur le même objet, une seconde gerbe. Chaque point de l’objet est alors situé à la rencontre de deux droites connues. Ce principe d’intersection réalisée à partir de deux gerbes homologues fixées photographiquement constitue le postulat de base de la photogrammétrie.

Quelle que soit la taille, ou la complexité, de l’objet photographié, la photogrammétrie peut rendre compte de ses dimensions, de ses formes et de leur situation dans l’espace. Géométriquement, la résolution de cette intersection va s’effectuer à partir de la connaissance de la position et de l’orientation des deux chambres, en tenant compte de la distance principale des objectifs et de la mesure, sur les négatifs, des coordonnées planes des deux points-images homologues. Cette résolution s’est faite au XIX^e siècle par des procédés graphiques mais elle est, depuis le début du XX^e siècle, facilitée par des appareils dits de restitution.

L’enregistrement des données: les opérations de terrain

L’opération de prise de vue photogrammétrique se heurte à des problèmes photographiques et topométriques qui sont parfois contradictoires.

La double couverture photographique doit être la plus complète possible; ainsi faut-il veiller à ce que les masques ne dérobent en aucune manière les éléments essentiels et significatifs de l’architecture et, pour que les photos soient lisibles en toutes leurs parties, il faut éliminer les contrastes lumineux et les ombres en recourant éventuellement à des éclairages artificiels.

La formation du modèle stéréoscopique dans les appareils de restitution implique le parallélisme des axes de prises de vue ainsi qu’une même échelle de représentation des objets; dans le cas normal, les axes de prises de vue sont perpendiculaires à la base définie par la droite qui joint les deux centres optiques des caméras. Impossible à exécuter lors des prises de vue aériennes, ce cas normal est réalisable en photogrammétrie terrestre de façon quasi parfaite, par mode opératoire, à l’aide du dispositif optique des chambres terrestres simples, ou automatiquement, grâce aux chambres stéréométriques (deux appareils fixés, par le constructeur, de part et d’autre d’un tube). Cette orientation relative des deux chambres, l’une par rapport à l’autre, précède les opérations d’orientation absolue et de mise à l’échelle.

En photogrammétrie aérienne, l’orientation absolue est un problème complexe; en effet, comme il s’agit de choisir les axes selon lesquels seront effectuées les mesures, il faut à la fois caler les appareils par rapport à un plan horizontal et sélectionner dans ce plan horizontal une direction de référence. En photogrammétrie terrestre, le calage est réalisé en grande partie à l’aide de nivelles de haute précision dont sont équipées les chambres de prise de vue; ces références d’horizontalité et de verticalité sont matérialisées sur les clichés eux-mêmes. De plus, l’objet architectural ou la structure archéologique présentent, à la différence de la surface terrestre, leur propre système de référence: les plans de projection des relevés se lisent clairement à partir du niveau archéologique ou des faces du polyèdre que constitue l’œuvre architecturale; en sélectionner d’autres serait source de malentendus immédiats et rendrait ultérieurement aléatoire la lecture des documents.

Cette matérialité des plans de projection, mais surtout leur multiplicité, n’est pas sans poser de nombreux problèmes puisque le volume architectural se révèle alors non strictement développable et qu’il faut accepter que sa projection soit ipso facto déformée. L’émiettement de l’objet, à travers les multiples polyèdres qui le composent et les nombreuses photos indispensables pour l’enregistrer, augmente le poids des travaux topographiques: il est souvent nécessaire de définir un certain nombre de points par leur position dans l’espace pour assurer l’orientation absolue des facettes de l’objet les unes par rapport aux autres en même temps que la mise à l’échelle qui, sans cela, pourrait s’effectuer par de simples mesures de distances. Pour les opérations de terrain, l’allégement, par rapport à la photogrammétrie aérienne, reste substantiel, mais il est considérable par rapport aux méthodes de relevés traditionnels. Les critères archéologiques ou architecturaux entrent également en jeu, car on ne relève pas de la même façon la cathédrale de Rouen ou une maison à pans de bois; la nature du matériau, la finesse de sa mise en œuvre, la subtilité de conception du projet introduisent des paramètres agissant dans ce «calage» topographique dont, sans sacrifier à la précision nécessaire, il faut s’assurer qu’il est le plus léger possible, c’est-à-dire le plus rapide.

L’introduction massive de l’informatique dans la conduite des opérations topographiques comme dans la restitution photogrammétrique doit amener, après une période d’adaptation logique, un allégement des opérations d’enregistrement par le recours à des processus de calculs itératifs qui s’inspirent des procédés d’aérotriangulation de la photogrammétrie aérienne. Il ne s’agit pas simplement, soulignons-le une nouvelle fois, de faciliter un processus technique mais de participer, par une mise en mémoire accélérée, à la sauvegarde d’un patrimoine menacée de disparition.

L’analyse du couple photogrammétrique: la restitution

Dans l’appareil de restitution, le couple de photographies est observé en stéréoscopie. Ce phénomène physiologique renvoie à la vision naturelle de l’homme qui enregistre, avec ses yeux, deux images que le cerveau fusionne pour lui communiquer l’impression de relief. Artificiellement, deux photographies prises de deux points de vue différents, et observées l’une par l’œil gauche et l’autre par l’œil droit, fusionnent en un modèle virtuel et spatial; les appareils de restitution disposent de ce système d’observation équipé de loupes de fort grossissement, à partir duquel l’opérateur va pouvoir parcourir l’objet et en détailler les éléments significatifs à travers le réticule gravé d’un repère.

Il existe deux grandes familles d’appareils de restitution. Les appareils les plus anciens sont analogiques, car ils reproduisent mécaniquement, par des jeux complexes de tiges, d’engrenages et de cames, l’intersection des rayons homologues. Le déplacement du repère lors de l’observation du modèle est lié aux déplacements d’index le long de trois chariots perpendiculaires; ceux-ci matérialisent l’espace autour de l’objet, et la lecture de leurs positions donne les coordonnées trirectangulaires des points de l’objet; jusqu’au milieu des années soixante-dix, la lecture longue et complexe, effectuée à l’aide de verniers, n’était que peu utilisée, et le mesurage était adressé en continu, par l’intermédiaire d’engrenages de précision, à une table à dessin qui le traduisait en une projection géométrale, plan, coupe ou élévation, à une échelle donnée: cette évaporation d’une des trois dimensions mesurées constituait une réduction du potentiel du procédé et l’assimilait à une machine à dessiner. L’arrivée de l’informatique a permis, dans une première phase, d’effectuer une lecture digitale des coordonnées qui pouvaient être transmises à une table traçante comme précédemment mais qui pouvaient aussi être conservées dans une mémoire pour une exploitation non graphique.

Au début des années quatre-vingt, la conception est radicalement bouleversée, l’appareil devenant un restituteur analytique. L’observation des photographies reste stéréoscopique, mais le déplacement dans le modèle n’est plus traduit mécaniquement; le mesurage, réduit aux coordonnées bidimensionnelles des points-images homologues, est transmis à l’ordinateur qui calcule, en temps réel, les coordonnées spatiales du point-objet; celles-ci sont mémorisées et adressées à un écran de contrôle qui visualise l’analyse de l’objet. Cette analyse peut être complétée, modifiée, travaillée à l’aide de nombreux logiciels informatiques. La photogrammétrie retrouve ainsi la fonction de mesurage dans l’espace, et l’analyse de l’objet architectural livre alors une maquette numérique, qu’il est évidemment possible de traduire graphiquement mais qui peut aussi être soumise à des traitements sophistiqués.

En échappant à la rigidité de la mécanique, la photogrammétrie s’affranchit d’un certain nombre de limitations parmi lesquelles l’assimilation de la photographie à la perspective n’est pas la moindre. En effet, cette assimilation n’est vraie qu’avec des chambres très précisément usinées et appelées «métriques»; calibrées et corrigées des aberrations optiques, elles donnent d’un objet une image proche, à quelques micromètres près, de la théorie.

En 1991, des algorithmes et la puissance de calcul des ordinateurs rendent possible l’utilisation de chambres dites semi-métriques et même, avec des nuances qui devraient encore s’atténuer, d’appareils photographiques classiques.

La photogrammétrie au service du patrimoine

Dans les années soixante-dix, les applications de la photogrammétrie à l’architecture ont été développées, tout d’abord dans le cadre d’instituts ou de centres dont la vocation prioritaire était cartographique. Ils ont élaboré une méthodologie à partir notamment de relevés d’édifices prestigieux (la cathédrale de Strasbourg, par exemple). Actuellement, toute une série de laboratoires, soit dans le cadre universitaire (particulièrement en Allemagne et en Italie), soit dans le cadre d’institutions culturelles (en Autriche, en Espagne, en France, en Grande-Bretagne...), regroupent des équipes pluridisciplinaires composées de photogrammètres et de spécialistes de l’étude ou de la conservation du patrimoine (architectes, historiens de l’art, archéologues...); leur dialogue permanent permet de cerner plus efficacement les besoins et les zones d’intervention de la photogrammétrie.

De même, les publications sur la photogrammétrie dans les domaines de l’archéologie, de l’histoire de l’art ou de la conservation du patrimoine ne sont plus comme précédemment le fait des seuls techniciens. La spécificité des objets culturels, les besoins de mesurage et de représentation orientent les recherches; la qualité des résultats produits tient moins, aujourd’hui, dans la prouesse technologique que dans la satisfaction du besoin culturel.

L’usage de la photogrammétrie se circonscrit à trois secteurs principaux qui concernent la documentation patrimoniale, la description architecturale et archéologique avec l’analyse fine, monographique ou typologique, de l’édifice et le diagnostic sur l’état sanitaire du bâtiment.

Deux traits contradictoires dominent la documentation patrimoniale établie au cours d’opérations d’inventaire et de recensement de l’architecture: l’exhaustivité, c’est-à-dire le souci de localiser, de repérer et de documenter scientifiquement la totalité d’un patrimoine dont le volume, dans nos sociétés contemporaines, est croissant, et la rapidité, car les modifications constantes du tissu urbain, la désertification des campagnes, la multiplication des structures de communications routières, ferroviaires et aériennes rendent ce patrimoine fragile; il s’agit donc de réunir une documentation de base qui permette de juger de l’importance du témoin culturel et de la nécessité éventuelle de le protéger, et, en cas de destruction, d’offrir une mémoire de substitution pour l’étude a posteriori ou la reconstruction à l’identique.

Les besoins des divers intervenants (aménageurs, architectes, historiens de l’art ou archéologues...) sont divers, mais l’urgence introduite par la crainte de la disparition conduit à privilégier surtout les opérations de stockage d’informations. À ce stade primaire de saisie des données, la photogrammétrie propose la célérité d’une mémorisation photographique qui dresse le constat daté du témoin culturel mais offre de surcroît, par l’intermédiaire du couple photogrammétrique, un microfichage spatial de l’édifice d’une fidélité incomparable, à partir duquel l’analyse est à chaque instant possible pour établir les documents indispensables à son étude comme à sa conservation. Cet archivage dépasse la vision et les certitudes scientifiques actuelles, et c’est pourquoi l’U.N.E.S.C.O. (Convention internationale de La Haye, 1954) recommande l’usage des clichés photogrammétriques pour servir de base essentielle à tout inventaire; les départements photogrammétriques du Bundesdenkmalamt, en Autriche, et de l’Inventaire général des monuments et richesses artistiques de la France travaillent en partie dans cet esprit. Il faut se rappeler que les archives réunies par le service de Meydenbauer en Allemagne ont constitué, après la Seconde Guerre mondiale, l’unique recours pour étudier ou réédifier des édifices disparus.

La description architecturale et archéologique passe obligatoirement par la photographie, mais celle-ci livre une image globale où le signifiant et l’insignifiant se mêlent dans une vision déformée par la perspective. Cette impossibilité de lire les formes réelles et d’obtenir les dimensions et les relations spatiales renvoie au dessin qui offre la garantie d’une image contrôlée mentalement. Le dessin rassemble une information «orientée», liée à une problématique de recherche; il fixe l’interprétation du dessinateur dans le cadre rigide d’une projection géométrique contrôlée et à partir d’un certain nombre de mesures relevées sur l’édifice. Dans le relevé d’architecture traditionnel, les mesures sont en nombre limité et bien souvent ne concernent que des longueurs; aussi, ce relevé repose-t-il sur une systématique d’idéalisation de l’objet. Les relevés d’architecture des XVIII^e et XIX^e siècles sont autant des témoignages sur les édifices que sur leurs auteurs et leurs hypothèses archéologiques.

Le recours à la photogrammétrie, avec sa possibilité de mesures innombrables et précises, introduit l’objectivité dans la sélection des informations retenues pour figurer l’objet. Le couple photogrammétrique, dans l’espace restitué à l’échelle, assure aussi bien des mesures ponctuelles que les déterminations possibles des lignes, des surfaces, de leurs relations par rapport à l’horizontale ou à la verticale. Ces données, organisées par l’opérateur, sont envoyées par l’intermédiaire de systèmes mécaniques ou informatiques à des tables à dessin, qui produiront des images sélectionnées mais objectives et surtout parfaitement évolutives avec la dialectique de la recherche.

Le dessin n’est plus le reflet d’une théorie mais une réponse sans ambiguïté à des comparaisons typologiques, à des analyses chronologiques, à des réflexions sur les proportions, les rythmes ou les tracés directeurs, en un mot à la description de l’objet architectural.

Il serait dangereux d’imaginer que l’outil rend inutile la réflexion sur l’architecture et que la photogrammétrie, plus qu’une machine à dessiner l’architecture, est une machine à la penser; en effet, l’opérateur qui assure la restitution est loin d’être innocent; ignorant de l’architecture, il ne livrera qu’une image indigente, parfois belle, souvent surchargée par la peur de ne pas en dire assez et dont la lecture difficile, l’oubli des éléments essentiels ne feront qu’insister sur le temps passé à l’établir. Le leurre de l’exhaustivité, qui croit pouvoir répondre à toutes les questions faute d’en poser une seule, conduit, en photogrammétrie, à augmenter la durée du traitement et à infliger des coûts prohibitifs. Le relevé photogrammétrique ne doit débuter qu’avec la formulation claire d’une question; il se poursuit par un dialogue entre le spécialiste de l’architecture et celui de la photogrammétrie, mais en sachant qu’une nouvelle exploitation des clichés photogrammétriques restera possible ultérieurement. L’examen préalable de l’objet, la définition claire de la demande, l’adoption d’une sémiologie rigoureuse font peu à peu, par les échanges pluridisciplinaires qu’ils supposent, du restituteur photogrammètre un archéologue en chambre, sensibilisé aux problèmes tant architecturaux qu’archéologiques et susceptible de faciliter l’élaboration de relevés efficaces, dignes de la prolixité du couple photogrammétrique.

Traductions photographiques, graphiques et numériques

La précision des informations et leur nombre, si l’on considère comme réglés les problèmes topographiques, dépendent strictement de la qualité photographique, de la définition et de l’échelle des clichés. Bien qu’en 1991 le parc d’équipement en usage soit encore majoritairement composé d’appareils analogiques pour lesquels il faut tenir compte des limitations de focales et de formats des chambres utilisées, de la rigidité des rotations possibles, etc., l’appareil analytique offre toujours un recours envisageable pour obtenir, sous des formes les plus diverses, l’information.

La traduction photographique consiste à traiter, plan par plan, dans le cadre strict du géométral, le cliché photogrammétrique. Elle devrait, d’ici à la fin des années quatre-vingt-dix, échapper aux handicaps de la filière chimique, qui obligent à recourir, pour l’architecture, aux techniques du redressement et de l’orthophotographie; en effet, l’association de la numérisation des photographies et des palettes graphiques ouvre une piste qu’il convient de poursuivre.

La rédaction graphique posera toujours la question d’une sémiologie souple, adaptée aux besoins culturels et excluant tout rendu ambigu, et celle de l’économie impérative du détail superflu. Les temps de restitution, en grande partie contingents de la quantité d’informations traitées, sont responsables pour une part non négligeable du coût de la photogrammétrie comme de ses délais; une réduction de ce coût repose clairement sur la précision des informations à traiter et sur la suppression, a priori, des détails superflus et encombrants. Cette finalisation résulte de la poursuite d’un dialogue continuel sur l’usage de la photogrammétrie. Cependant, la mémoire informatique, en assurant des sorties sélectives de l’information, a supprimé une grande partie des inconvénients des tracés mécaniques antérieurs: la multiplication de sorties immédiates sur les tables traçantes, comportant les changements d’échelle, les rotations de plans, etc., permet l’exploitation du détail invisible à petite échelle, le redressement de la zone oblique, la sélection tomographique dans la profondeur de l’objet, etc.

Des logiciels autorisent dorénavant des sorties dessinées dans des modes de projections complexes: perspectives, isométries et axonométries, mais le grand progrès tient dans le traitement de l’information modélisée mathématiquement, soumise à des comparaisons théoriques ou utilisée pour la fabrication d’images de synthèse. Des diagnostics sur l’équilibre de structures, des processus heuristiques de conceptions architecturales ou l’élaboration de systèmes de base d’informations localisées peuvent en résulter et ont fait l’objet de réalisations concrètes dans de nombreux laboratoires, notamment allemands, français et italiens.

Après s’être imposée en cartographie, la photogrammétrie se révèle peu à peu indispensable dans le domaine culturel dont elle constitue un outil de mémorisation formelle qui permet d’assurer des relevés exemplaires, débarrassés de toute hypothèse préalable. Moins coûteuse, à qualité et à précision égales, que tout autre procédé et presque instantanée comme la photographie dont elle découle, la photogrammétrie est rendue plus accessible par l’informatisation. La systématisation de son emploi passe dorénavant par son intégration dans la pratique courante du chercheur, seul qualifié pour en exploiter toutes les capacités.

Encyclopédie Universelle. 2012.