Artec Eva dévoile les secrets d’une épave de 829 ans postérieure aux Vikings

29/04/2019

Lors de l’extension du port de Wismar, dans le land allemand de Mecklembourg-Poméranie-Occidentale, des archéologues ont découvert plusieurs épaves. L’une d’entre elles, la dernière trouvée, reposait à seulement 3 mètres de profondeur.

L’eau de la mer Baltique et la vase du port avaient presque parfaitement conservé le bois de l’épave grâce à l’environnement marin anaérobie du port, à son alcalinité très faible, à la très faible quantité de bactéries ou de pourriture, et à l’absence de xylophages.

Mesurant approximativement 24 mètres de long et 4 mètres de large, ce bateau à pont découvert date de 1188 environ. Le scan 3D allait plus tard montrer qu’il avait été entièrement construit à l’aide de haches et d’herminettes, et la dendrochronologie a révélé que les planches en bois de chêne et de pin du navire provenaient de Suède occidentale. L’équipage du bâtiment comptait entre 8 et 12 hommes.

« C’est un descendant des navires vikings, explique le Dr Jens Auer, archéologue sous-marin et chef du projet. Il est resté enterré sous le sable et la vase pendant plusieurs siècles. C’était un navire de charge lourd, de conception nordique, résistant et construit avec beaucoup de soin... avec des planches en pin se chevauchant, à la façon des bordages à clin, et une belle construction courbée...  Il a été fabriqué à une époque relativement paisible et transportait très probablement du bois, des pierres, voire de lourdes cargaisons de bière. »

« Lorsque nous avons extrait l’épave de l’eau, nous avons été impressionnés par l’apparence fraîche des planches en pin, qui donnait l’impression que le bois avait été coupé la veille », commente Jens Auer.  

En ce qui concerne le style de construction original des trois épaves retrouvées, la première et la deuxième étaient respectivement un bateau à fond plat et un navire pointu de style viking, tandis que la troisième, baptisée « Big Ship », était un cargo extrêmement solide doté d’une voile carrée et conçu pour transporter de lourdes charges autour de la mer Baltique.

L’étape suivante a consisté, pour les archéologues, à étudier et à documenter complètement l’épave, à la fois pour conserver ce précieux patrimoine culturel et pour que les générations actuelles et futures de chercheurs et autres puissent en apprendre le plus possible sur ce trésor archéologique unique.

L’équipe allait toutefois s’engager dans une véritable course contre la montre. L’hiver s’installait, et le bois maintenant exposé reposant dans l’eau vaseuse allait devenir de plus en plus vulnérable. Les archéologues devaient agir rapidement, extraire l’épave du port et commencer à étudier et à documenter les planches survivantes avec la plus grande minutie.  

Quand Jens Auer a appris comment le scan 3D et la documentation avaient été réalisés par le passé et quelles technologies avaient été utilisées, il s’est rendu compte que même une année ne suffirait pas pour nettoyer, scanner, traiter, décrire, annoter et photographier les 228 planches de Big Ship.

Jens Auer a réuni les meilleurs spécialistes qu’il a pu trouver : il a invité Thomas Van Damme d’Ubi3D, archéologue sous-marin et spécialiste en scan 3D, qui a proposé un workflow unique pour scanner et annoter les maillages 3D dans Rhino (voir ci-dessous), ainsi que Massimiliano Ditta, archéologue sous-marin chargé du scan 3D, Marie Couwenberg, spécialiste belge en photogrammétrie et scan 3D, et Benjamin Halkier, archéologue sous-marin danois.

« Nous avons consacré une semaine à décider de la manière dont nous allions réaliser le scan, des méthodes que nous allions utiliser et dans quel ordre précisément », explique Jens Auer.

Ils avaient utilisé le scanner 3D avec contact FaroArm. Mis en contact direct avec l’objet scanné, l’appareil scanne des points individuels, convertis en solides puis en modèles 3D. Ce processus lent et long doit être effectué par des experts, qui veillent à son bon déroulement.

L’expérience passée a montré à l’équipe que, même en travaillant toute la journée, elle ne pourrait scanner et annoter que 1,5 planche par jour. Un total de 228 planches devant être scanné, le projet prendrait plus d’un an. C’était trop long. Elle devait donc trouver une autre solution.

Lors d’un précédent projet sur l’évaluation de l’impact environnemental et la conservation d’épaves, Jens Auer avait découvert le scanner 3D professionnel Artec Eva grâce aux spécialistes compétents de KLIB, revendeur certifié Or d’Artec. Eva est un scanner 3D couleur léger utilisé dans une série de secteurs, y compris en archéologie et en rétro-ingénierie. Jens Auer a été très impressionné par ce qu’il a vu. En guise de test final, il a essayé Eva sur des planches humides. Lorsqu’il s’est rendu compte de la rapidité et de la précision avec lesquelles le scanner portable à lumière structurée numérisait tout le spectre des détails du bois, il a immédiatement pris sa décision et choisi Eva.   

C’est ainsi que, sur les vives recommandations de Jens Auer, l’équipe a poursuivi son travail sur Big Ship avec Eva.  

« Nous aurions normalement eu besoin d’une année pour scanner et annoter toutes ces planches mais, grâce à Eva, un mois à peine a suffi ! », s’exclame Jens Auer.

Le processus de scan des planches avec Eva s’est déroulé de la façon suivante :

Le scan a eu lieu dans un entrepôt de Schwerin, non loin du célèbre château de Schwerin.

« Sept planches par jour, y compris le nettoyage, le scan, les annotations, les descriptions, les photographies... 228 planches en 33 jours par une équipe de quatre personnes », résume Massimiliano Ditta.

Chaque jour, sept planches étaient préparées pour le scan, deux d’entre elles étaient séchées délicatement et scannées l’une après l’autre, pendant que les cinq autres attendaient sous du linge humide. Ceci s’explique par le fait qu’après plus de 20-30 minutes d’exposition à l’air sec, le bois aurait commencé à se déformer et à se fissurer.

« Scanner les quatre côtés de chaque planche de 8 mètres de long et de 2-3 cm d’épaisseur n’a pris que 5-10 minutes », commente Massimiliano Ditta.

« Même si je ne m’étais jamais servi d’Eva et qu’il m’a fallu un peu de temps pour m’y habituer, je l’aime beaucoup... Il nous a fait gagner un temps énorme et était très agréable à utiliser, surtout comparé au scanner avec contact Faro », explique l’archéologue.

« Nous avons scanné certaines planches sur le côté, mais nous avons dû en accrocher d’autres au plafond avec des cordes pour les scanner suspendues parce qu’elles étaient trop courbées quand nous les posions à plat », poursuit Massimiliano Ditta.

Thomas Van Damme a présenté lors d’une conférence ISBA le processus entier qu’il a créé puis amélioré avec Jens Auer, Massimiliano Ditta et les autres experts lors du projet :

« Chaque planche a d’abord été scannée, sur ses quatre côtés, puis les scans ont été traités et transformés en beaux maillages texturés en couleur dans Artec Studio. Les planches n’auraient pas pu avoir de meilleures répliques numériques. Celles-ci ont ensuite été exportées au format OBJ dans Rhino 5 pour les annotations. »

« Dans Rhino, chaque caractéristique de la planche a été décrite, via l’outil PolylineOnMesh, et enregistrée sur des couches séparées, à l’endroit précis où elle avait été trouvée sur le bois. Ces notes incluaient des détails sur chaque marque de coupe, tous les trous des clous, la moindre éraflure, le grain du bois, le type de clous utilisés, s’il s’agissait de clous en fer ou de clous en bois, les outils ayant servi à la construction, la présence de signes de réparations, le genre de bois utilisé, et même de quelle(s) partie(s) de l’arbre – le tronc ou une branche – provenait le bois, etc. »     

« Lors du processus d’annotation, nous disposions non seulement des maillages numériques texturés, mais nous avions également la véritable planche sous les yeux, de sorte que nous pouvions l’examiner de très près. »

« Après ces deux étapes, nous avons produit des dessins techniques 2D pour toutes les planches, l’une après l’autre, de manière très détaillée. Ces dessins étaient des versions distillées des modèles 3D et ne comportaient que les informations interprétées qui étaient pertinentes pour les chercheurs, notamment le contour de la planche et des coupes transversales pour montrer sa forme, ainsi que des polylignes de différentes couleurs indiquant les caractéristiques que nous avions notées sur la planche dans Rhino. Grâce au dessin technique 2D de la planche, d’autres chercheurs peuvent ‘comprendre’ celle-ci d’un seul coup d’œil », explique Thomas Van Damme. 

« L’avantage majeur d’Artec Eva réside dans le fait qu’il est beaucoup plus convivial que la photogrammétrie. Autrement dit, même des personnes peu habituées à scanner en 3D pouvaient effectuer le travail de documentation. Qui plus est, il était beaucoup plus ‘amusant’ et ergonomique de scanner les planches de cette façon, plutôt que de prendre plus de 300 gros plans de chaque planche sous des angles maladroits », explique l’archéologue.    

Ces dessins techniques, ainsi que les vues 2D des maillages texturés des planches et les descriptions écrites de chacune, ont été ajoutés au « Catalogue des planches » à la fin du rapport publié, ce qui permet aux chercheurs d’examiner chaque planche en détail. Ce catalogue contient une légende expliquant la signification des différentes couleurs utilisées sur le dessin technique.

« Par le passé, tous les bords des planches devaient être tracés à l’aide d’un numériseur avec contact (tel FaroArm), ce qui prenait beaucoup de temps. L’avantage de notre approche, c’est que Rhino a des outils qui convertissent automatiquement le scan annoté (le maillage 3D texturé et les couches contenant les polylignes que nous avons tracées pour interpréter les planches) en dessin technique. Autrement dit, les dessins 2D sont générés automatiquement à partir des scans annotés, sans que nous ayons à tracer tous les contours des planches », explique Thomas Van Damme.

Lorsqu’il a fallu, plus tard, reconstruire numériquement le navire entier à partir des maillages haute résolution des planches survivantes, un problème s’est posé : certaines n’étaient pas aussi intactes que les autres. Jens Auer explique ce qu’ils ont alors choisi de faire : « Le côté bâbord étant presque entièrement préservé, nous avons simplement pris le côté scanné avec Eva et l’avons symétrisé, créant ainsi un bateau complet à partir du côté si joliment numérisé par Eva. »

Massimiliano Ditta a imprimé en 3D toutes les planches afin de créer une version miniature du bateau. « J’ai imprimé l’épave en 3D à l’échelle 1/20 dans de la poudre de gypse pour reconstruire l’épave à l’identique et pour aider à identifier la position de plusieurs éléments détachés. »

Le modèle réduit a servi pour différents types d’analyses scientifiques, par exemple en hydrostatique et mécanique des fluides numérique (MFN), ainsi que pour montrer aux visiteurs et, grâce à Internet, au monde entier à quoi ressemblait le bateau original.

Jens Auer et Massimiliano Ditta ont scanné le modèle de Big Ship avec leur nouvel Artec Space Spider, un scanner 3D couleur de très haute résolution excellent pour créer des répliques numériques parfaites d’objets extrêmement complexes.

D’après Jens Auer, le projet entier est une telle réussite que le Bureau de la culture et de la conservation de Mecklembourg-Poméranie-Occidentale a récemment fait l’acquisition d’Artec Leo, le tout nouveau scanner 3D portable professionnel d’Artec, dont il attend la livraison prochaine. Leo est un scanner 3D révolutionnaire primé doté d’un écran tactile intégré et offrant une expérience de scan totalement sans fil.