Numériser les frontières de la recherche : le scan 3D sur un site de fouille d'hominidés au Kenya

Résumé : Louise Leakey et son équipe du TBI au lac Turkana (Kenya) voulaient non seulement scanner d’anciens fossiles en 3D couleur très détaillée mais également partager ces scans avec le reste du monde.

Objectif : Utiliser des scanners 3D portables légers, avec une batterie, dans des endroits reculés pour scanner d’anciens fossiles de différentes tailles dans toutes sortes de conditions météorologiques, rapidement et facilement. Puis simplement transformer ces scans en modèles 3D pouvant être partagés, visionnés et imprimés en 3D.

Outils utilisés : Artec Eva, Artec Spider

L'équipe Artec s'est rendue au Lac Turkana, au Kenya, pour travailler aux côtés de paléontologues de renommée mondiale à la numérisation 3D de restes fossilisés d'hominidés et d'animaux préhistoriques.

Le Turkana Basin Institute (TBI) conduit des recherches sur nos ancêtres hominidés et leur environnement près du Lac Turkana au Kenya. Les restes trouvés par les anthropologues sont une vaste source d'information sur la vie il y a des millions d'années. En les examinant, les scientifiques peuvent reconstruire l'histoire complexe de notre planète et démystifier la nature des formes de vie qui ont un jour peuplé la Terre.

Louise Leakey, membre du TBI, explique : « Évidemment, les hominidés ne représentent que 1% des différents fossiles que nous trouvons. Nous collectons plus souvent des cochons, chevaux, éléphants, rongeurs et toutes sortes d'autres choses qui ont coexisté avec nos ancêtres humains. »Pendant des années, le TBI a découvert, étudié, et préservé ces différents objets, ajoutant immensément à la collection du Musée National du Kenya.

A l'intérieur du centre de recherche du TBI.

Pendant ce temps, alors qu'il localise de plus en plus de fossiles, le TBI continue à faire face à des obstacles à leurs efforts pour préserver, enregistrer et rendre public leurs découvertes nouvelles et anciennes. La plupart des techniques de préservation ont tendance à ne pas atteindre ce dont les chercheurs et scientifiques ont besoin pour enregistrer correctement les données brutes. Par exemple, l'utilisation de la photographie pour mesurer des distances entre des objets pour créer des modèles tri-dimensionnels a tendance à produire des images floues de la morphologie des os. Les scanners 3D, d'un autre côté, peuvent capturer des images en résolutions plus hautes, générant des données visuelles de haute qualité.

En août 2014, le duo d'experts du scan d'Artec, Denis Baev et Francisco Correa, sont arrivés aux installations du TBI à Koobi Fora, au nord de Nairobi. Ils y ont eu un contact direct avec les fossiles de la région et ont pris connaissance des défis auxquels fait face le TBI  en tant que protecteur de la nature. Denis et Francisco avaient amené avec eux deux des joueurs vedettes d'Artec : Eva et Spider, des scanners 3D portables puissants, portatifs et de haute résolution.

Comme des membres du TBI, Denis et Francisco ont commencé leur journée à l'aube. La première partie de leur voyage les a amenés au Sibiloi National Park, une zone connue pour contenir une collection de fossiles de « géants préhistoriques ». Il y a presque deux millions d'années, des tortues géantes, des crocodiles et des éléphants parcouraient cette étendue de terre.

Le trajet jusqu'au premier site de fouille a duré plusieurs heures cahoteuses – pas de route, juste des pistes à suivre. Là, Denis et Francisco se sont retrouvés face à face avec un des prédateurs géants de la préhistoire – enfin, seulement une partie fossilisée de celui-ci.

Plus tôt, Louise avait appris à l'équipe Artec à trouver des fossiles grâce à leurs couleur, texture et motifs. Et après quelques ajustements à la manière dont Denis et Francisco avaient inspecté la zone, il est devenu évident que des fossiles se trouvaient ici, là et à peu près partout !

Fossiles au Sibiloi National Park.

Après trente minutes, ils ont réussi à localiser un énorme crâne de crocodile fossilisé reposant sur les roches. Datant d'il y a presque 2 millions d'années, cette espèce préhistorique se nourrissait probablement de mammifères peu méfiants. Ses énormes mâchoires suggèrent un régime de viande dure et fibreuse. 

Quand l'équipe est arrivée, le crâne ancien semblait changé. Sept ans avaient passé depuis que Louise avait visité le site pour la dernière fois. Contrairement à d'autres découvertes du TBI, le crâne n'était pas protégé des intempéries par des murs construits autour de lui. Mais aucune intempérie n'aurait pu faire tourner ou bouger ce fragment d’histoire de dix livres ; quelqu'un l'avait évidemment déplacé, et les dégâts étaient malheureusement irréversibles. Néanmoins, nous nous sommes mis à scanner ce qui restait du crâne avec Eva.

Utilisation de l'Artec Eva pour scanner les restes d'un crocodile préhistorique.

A une petite distance du crâne se trouvait un bâtiment où un squelette complet d'un autre crocodile était conservé. Denis a donc immédiatement décidé de capturer cette découverte unique en 3D. Il a utilisé Eva pour scanner le squelette dans son intégralité, puis notre Spider pour scanner les parties plus petites et détaillées du corps. Il a fallu en tout seulement une session de 20 courtes minutes pour numériser le crocodile préhistorique – une petite fraction du temps que nous avions passé à simplement parvenir jusqu'au site de fouilles !

Denis équipé et scannant avec l'Artec Eva.

Le résultat : une image 3D du crocodile fossilisé.

Après avoir scanné les crocodiles, Denis est allé capturer une image numérique d'une tortue terrestre géante. Il a réservé le jour suivant pour un énorme Elephas Recki, un éléphant géant similaire, mais significativement plus grand que l'Elephas Maximus contemporain (éléphant d'Asie).

Bien que la taille des fossiles peut les rendre difficiles à déplacer, ils sont facile à scanner sur site avec les solutions d'imagerie 3D Artec.

Les restes fossilisés sont une mine d'or pour les scientifiques. Mais contrairement au métal précieux, qui peut être extrait relativement facilement, ces structures squelettiques gigantesques sont simplement trop grandes et fragiles pour être déplacées. De plus, les fossiles laissés sur leur site de découverte révèlent bien plus aux scientifiques qui étudient à la fois les objets et ce qui les entoure. En effet, conserver les fossiles à l'endroit où ils ont été exhumés  génère des données contextuelles précieuses qui requièrent des experts de différentes disciplines pour être révélées et comprises. C'est pourquoi les chercheurs du TBI doivent collaborer de manière très proche avec des géologues et des généticiens, entre autre.

Mais pour qu'une collaboration interdisciplinaire puisse se faire, les données prélevées dans des sites reculés tels que le Lac Turkana doivent être accessibles. Grâce aux avancées de l'imagerie numérique 3D, partager et préserver des découvertes de recherche est devenu une pratique quotidienne pour des scientifiques de renom.

Par exemple, Louise et son équipe utilisent Eva et Spider d'Artec pratiquement tous les jours. Parfois ils font même des démonstrations des scanners Artec à des chercheurs en visite, qui décident ensuite qu'ils en ont besoin pour leur propre travail de terrain. En ce moment, ils utilisent les scanners Artec pour scanner en 3D des parties de fossiles qui étaient conservées dans la collection du musée.

Les efforts de préservation du TBI ressemblent à certains des Projet Artistiques de Google pour numériser des artefacts. Le Google Art Project a commencé en 2011 et agit comme un portail virtuel vers les galleries des musées participants. Il affiche des images en haute résolution de certaines des possessions les plus prisées du monde artistique, présentant Eva dans ses efforts pour le faire.

Restes découverts qui doivent encore être scannés en 3D.

Les chercheurs du TBI pensent que tout le monde devrait avoir un accès facile aux informations qu'ils ont accumulées durant des années de découverte et catalogage de fossiles près du Lac Turkana. Malheureusement, cataloguer sous forme numérique 3D – sans parler de choses aussi complexes que des crânes ou des fragments de dents – était technologiquement difficile et prohibitif jusqu'à récemment. Dans notre interview avec Leakey, elle a partagé son expérience de l'utilisation de différentes techniques pour la capture d'images numériques : « Je sais que les scanners que nous utilisions auparavant, et bien sûr avec la photogrammétrie, c'est... il y a une limite aux détails et à la précision que vous capturez grâce à cela. Vos scanners portables Artec sont en fait très rapides pour capturer, et ceci vous permet de faire bien plus que ce que vous auriez pu faire il n'y a même de cela que deux ans. »

Crâne d'H. Habilis vieux de 1.9 millions d'années qui a été scanné en 3D avec l'Artec Spider.

L'Artec Spider a capturé en 3D les détails et la texture de cette mâchoire de Paranthropus boisei.

Les scanners Artec 3D aident à mettre les spectateurs face à face avec la vie ancienne. Leur capacités de capture en haute résolution permettent d'obtenir des répliques numériques d'un réalisme époustouflant qui peuvent être stockées, présentées en ligne, ou imprimées en 3D. De plus, ils offrent à leurs utilisateurs vitesse, flexibilité, portabilité, et simplicité d'emploi. Leakey confirme : « Être capable d'avoir des copies de fossiles sur un ordinateur et d'être capable de les observer. Nous n'avons jamais pu faire ça. C'était une énorme avancée d'être capable de capturer autant de détails. Maintenant nous pouvons scanner au milieu de nulle part. Idéalement, si nous avions été capables de scanner, ce que nous faisons maintenant, alors que nous trouvons quelque chose à la surface ou que nous le mettons à jour, nous aurions pu conserver les détails jour par jour ou heure par heure. Nous pourrions documenter le processus dans son intégralité. » Et avec le pack de batterie Artec, sans égal et d'une grande autonomie, documenter sur site, loin de toute source d'énergie pour de longues périodes est devenu une vraie possibilité.

Seulement 30 minutes pour scanner et pour un post-traitement sans difficulté avec l'algorithme d'auto-alignement Artec.

Le territoire de recherche, à part le terrain lui-même, a traditionnellement été limité aux espaces de musées et à quelques laboratoires de par le mode. Ceci a gardé les objets fossilisés relativement isolés du public. La collection considérable du TBI n'était pas une exception jusqu'à récemment. Les pièces de musées ou de laboratoires voyagent rarement, mais une fois remodelés numériquement, ils peuvent être copiés à l'infini et distribués autour du monde en un clic. Dans cette veine, le scan 3D a ouvert la voie hors du cloître des musées et laboratoires, et a présenté les découvertes récentes de la recherche au monde des médias digitaux.

Carapace d'une tortue terrestre géante rendue en 3D avec mesures et annotations.

En fait, cela a inspiré Louise pour lancer African Fossils, un site web qui virtualise l'expérience de laboratoire au TBI. En utilisant une combinaison d'outils de capture 3D, incluant les scanners Artec 3D, elle rapproche maintenant les découvertes de recherches du TBI des laboratoires du monde entier.

Ce type de technologie ouvre de nouvelles voies pour converser sur l'histoire de l'Humanité. Lors d'une interview avec Artec, Louise affirme : « Et j'ai alors senti que nous avions une chance maintenant, si nous commencions à scanner les fossiles non seulement pour obtenir une trace numérique des collections qui sont conservées dans stations plus isolées, mais aussi pour permettre aux personnes n'importe où dans le monde d'explorer et de les regarder plus en détail. » Combinez la puissance d'imagerie des scanners Artec et la portée illimitée de l'Internet, et les distances géographiques qui entravent le dialogue scientifique disparaissent !

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