Robotique, Patrimoine et Archéologie

Introduction

La journée Robotique, Patrimoine et Archéologie se tiendra le 6 février à Paris, Jussieu,salle 55-65 / 211 :

Cette journée rentre dans le cadre des GT2 et GT5 du GDR robotique.
Elle cherche à réunir les acteurs qui utilisent la robotique dans un contexte de sauvegarde du patrimoine historique ou de fouilles archéologiques.
Les robots peuvent être utilisés dans un des objectifs suivants :
- Cartographier un site existant afin d'en faire une copie numérique aussi fidèle que possible.
- Explorer une large zone et localiser un site archéologique dont on soupçonne la présence (une épave par exemple) ;
- Fouiller un site archéologique dont l'accès est difficile ou dangereux pour l'homme ;
- Garder un site sensible, en effectuant une ronde régulière ;
- Intervenir lors des opérations de conservation ou de restauration dans des endroits difficilement accessibles.
- Aider lors des interventions d'urgence à risque (éteindre un incendie, consolider une structure qui risque de s'effondrer) ;
- Muséographie et interaction avec le public.

L'inscription à cette journée est gratuite mais obligatoire.
Pour vous inscrire, envoyez un email à : mouaddib@u-picardie.fr, lucjaulin@gmail.com, vincent.creuze@lirmm.fr, plumet@isir.upmc.fr

Programme

10h00. Ouverture de la journée.

10h05. La robotique au service du patrimoine architectural. (El Mustapha Mouaddib)

10h30. Le projet ScanBot ou comment reconstruire des modèles 3D dense à très grande échelle par drones (Guillaume Hardouin)
Avec Guillaume Hardouin, Fabio Morbidi, Julien Moras, Julien Marzat, El Mustapha Mouaddib
Résumé. Les technologies numériques sont de plus en plus utilisées de nos jours en raison de leur efficacité pour préserver, valoriser et comprendre le patrimoine historique et architectural. En particulier, la numérisation 3D souvent réalisée avec des capteurs à balayage laser ou caméra, permet d'analyser la surface de structure complexes, comme par exemple la façade d'un bâtiment, pour recueillir des informations précises sur sa forme géométrique et son apparence. Malgré les récents progrès techniques, l'intégralité du processus de numérisation (de l'acquisition des données à la construction du modèle virtuel) requiert encore une forte intervention humaine, ce qui a une incidence importante sur les coûts et la durée des campagnes sur le terrain. De plus, il faut considérer les difficultés liées à la génération de modèles homogènes et complets, à la présence d'occultations, et l'exposition du personnel à des risques d'accident. Des méthodes récentes visent à automatiser la reconstruction 3D à large échelle via l'usage de robots mobiles ou drones autonomes pour des applications telle que l'exploration d'environnement inconnu. Cependant, la plupart de ces méthodes se concentrent sur l'acquisition d'un modèle grossier délaissant la qualité de reconstruction. Une nouvelle méthode sera présentée pour l'obtention d'une reconstruction 3D à grande échelle complète et fidèle à la réalité à l'aide d'un drone.

11h00. Exploration de réseaux souterrains à l’aide de micro-drones (Jean-Baptiste Mouret)
Avec Lucien Renaud, Vladislav Tempez, Pierre Laclau, Enrico Natalizio, Franck Ruffier
Résumé : Le sous-sol contient de nombreux réseaux souterrains d’intérêt archéologique, qu’ils soient naturels (grottes) ou artificiels (catacombes de Paris, réseaux d’évacuation des eaux, ...). Dans cet exposé, je présenterai nos efforts pour développer des micro-drones (moins de 50g / 10cm) capables de se déplacer dans des couloirs de petite tailles (50 cm à 1m de large) et de maintenir une chaîne de communication radio avec l’opérateur.

11h30. Localisation et reconstruction de structures électriques par fusion laser-inertielle (Pascal Morin)
Résumé. Cet exposé présentera des travaux effectués il y a quelques années, dans le cadre de la Chaire RTE-UPMC "Mini-drones autonomes", sur la problématique de localisation sans GPS autour de pylones électriques. Plus précisément, l'objectif de ce travail était de localiser le drone à partir des mesures d'une centrale inertielle et de deux capteurs laser: un capteur à balayage plan, et un altimètre. Une fois la localisation réalisée, il devient alors possible d'effectuer une reconstruction 3D de la géométrie du pylône. Ces travaux ont fait l'objet de la thèse de Carlos Vina.

12h00. Repas

14h00. Un préhenseur dédié à l'archéologie sous-marine développé dans le cadre du projet ANR Seahand (Camille Mizera)
Avec Jean-Pierre Gazeau.
Résumé. Le développement de la robotique sous-marine permet l'exploration et l'interaction avec des fonds marins jusqu'alors inaccessibles. Dans cet optique, nous avons conçu et réalisé dans le cadre du projet ANR SeaHand un préhenseur sensible en effort capable de se substituer aux mains d’un archéologue-plongeur afin de récupérer des objets sur des épaves en grande profondeur. Ce préhenseur sera fixé à un ROV par l’intermédiaire d’un bras articulé et piloté depuis la surface par un opérateur. Dans cet exposé, je présenterai les différentes étapes qui ont permis la conception puis la réalisation de ce préhenseur, ainsi que les premiers tests qui ont été réalisés sur un prototype de doigt.

14h30. Cartographie magnétique sous-marine des fonds marins pour la recherche de la Cordelière (Luc Jaulin)
Avec Fabrice Le Bars, Simon Rohou, Benoît Zerr, Benoît Desrochers, Joris Tillet, Romain Schwab, Alain Berthelom.
Résumé. Depuis plusieurs années, nous cherchons des méthodes entièrement robotisées pour la recherche d'épaves et plus particulièrement la Cordelière, une épave ayant coulé à la sortie du goulet de Brest en 1511. L'épave est probablement enfouie sous le sable et donc invisible par sonar. La voie que nous retenons est la construction d'une carte des anomalies magnétiques des fonds marins à l'aide d'un magnétomètre devant effectuer un balayage proche du fond (<5m). Une lecture et une interprétation de cette carte devrait permettre de trouver des zones susceptibles de contenir l'épave convoitée. En effet, la Cordelière, du fait de ses canons et de ses ancres, pourrait être localisés à l'aide d'une telle carte. Or, la zone à explorer est très vaste, les courants marins sont forts et le trafic en surface est dense. La recherche pourrait prendre des mois voire des années. Dans cet exposé, nous allons étudier une solution bas coût, entièrement sous-marine, où les robots n'auraient pas à refaire surface pour faire des points GPS, et qui utiliseraient les courants comme moyen de déplacement.

15h00. Reconnaissance de motifs sur des nuages de points 3D applications aux pièces de monnaies celtes (Sofiane Horache)
Avec François Goulette, Jean-Emmanuel Deschaud, Katherine Gruel, Thierry Lejars
Résumé. Les pièces de monnaies celtes intéressent beaucoup les archéologues car elles permettent de mieux comprendre les liens socio-économiques entre les peuples de l’Antiquité. Les monnaies sont frappées entre deux coins monétaires qui y impriment les sceaux du pouvoir émetteur, garantissant sa valeur par cette marque. Dans le cas présent, il s’agit d’identifier ces empreintes et leurs variations. L’objectif est de savoir si deux pièces sont issues du même coin ou non, afin de savoir combien de monnaies sont frappées avec les mêmes coins et de pouvoir estimer le volume des émissions. Cela nécessite des centaines de milliers de comparaisons qui se font actuellement à l’œil. Notre objectif consiste donc à automatiser la reconnaissance de motifs sur les pièces en utilisant les outils de la perception afin de traiter des trésors de milliers, voire de dizaines de milliers de pièces. Afin de pouvoir traiter numériquement les pièces de monnaies, elles ont été scannées par un scanner 3D. Nous disposons donc de nuages de points 3D de chaque face des pièces.
Pour pouvoir savoir si deux monnaies ont exactement le même motif, sans être perturbé par les contours irréguliers spécifiques à chaque pièce, nous proposons la méthode suivante : - nous alignons les motifs en utilisant un algorithme de recalage,
- après avoir aligné les motifs, nous calculons un histogramme des distances points à points,
- avec cet histogramme, nous pouvons appliquer des méthodes de machine learning pour définir une probabilité de similarité ou non du motif. Il s’agit d’un problème de classification binaire.
Il est ensuite possible de regrouper les pièces issues du même coin, de reconstruire le motif à partir des empreintes partielles, d’en étudier l'évolution au cours du temps (usure, cassure, regravage), de décomposer les éléments constitutifs de l’image, d’identifier le style de chaque graveur.

15h30. Reconstruction par la technique de fabrication additive robotisée des formes funiculaires issues du patrimoine historique et culturel. (Rochdi Merzouki)
Avec O. Lakhal, M. Mansouri, G. Dherbomez, A. Mastrorilli
Résumé : La technologie de fabrication additive a été identifiée comme l’une des innovations numériques majeures qui a révolutionné non seulement le domaine de l’industrie, mais aussi celui de la construction. D’un point de vue de recherche, la fabrication additive reste un sujet à explorer. C’est un procédé́ automatisé de dépôt de matière de construction par couches pour la fabrication ou la reconstruction différentes structures de petites et de grandes tailles, sur site ou dans l’usine. Dans cette technique, le contrôle de dépôt de la matière est généralement suivi d’une étape de contrôle de la qualité d’impression. Cependant, le contrôle de qualité des objets imprimés ayant des surfaces funiculaires est parfois complexe à réaliser avec des robots non redondants, afin d’éviter les situations de singularité cinématique. Dans cette présentation, nous souhaitons partager notre expérience de reconstruction d’objets du patrimoine bâti par des techniques de la fabrication additive robotisée, ainsi que le contrôle de qualité des surfaces imprimables, réalisé à partir d’un manipulateur souple et hyper-redondant.

16h00. Cartographie 3D dense et temps-réel à partir d'un système de vision monoculaire pour l'archéologie sous-marine (Maxime Ferrera)
Avec Vincent Creuze, Julien Moras, Pauline Trouvé-Peloux.
Résumé. En archéologie sous-marine, l'étude des sites en grandes profondeurs se fait grâce à des ROV (Remotely Operated Vehicles) qui sont déployés et télé-opérés depuis un bateau stationnant au-dessus du site. Dans le contexte archéologique, la réalisation de relevés photogrammétriques fait partie des principales tâches attribuées aux ROV. Généralement, les relevés faits sur site sont traités à posteriori à l'aide de logiciels de photogrammétrie ou de Structure from Motion (Photoscan, MicMac, OpenMVG, Colmap, ...). Ces logiciels permettent de créer des modèles 3D de haute qualité mais requièrent pour cela des temps de calculs considérables. A l'inverse de ces méthodes, nous présenterons au cours de cet exposé nos travaux sur la modélisation 3D de sites archéologiques en temps-réel à partir d'un système de vision monoculaire.

16h30. Discussions

Organisation