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Levé des colonnes de la salle hypostyle du temple de Karnak (Egypte)

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Le temple de Karnak

- Stage terrain des élèves Géomètres 2ème année

- 26 avril au 25 mai 2008

Ces travaux ont fait l’objet d’une publication. [1]

Objectif

Exemple de déroulé réalisé par la société ATM3D

Les élèves géomètres effectuent au cours de leur scolarité deux stages terrain de quatre mois. Les techniques de topométrie, géodésie, photogrammétrie, télédétection et de mise à jour de base de données leurs sont enseignées. En 2008, le stage de photogrammétrie architecturale a revêtu un caractère particulier puisqu’il s’est déroulé à Karnak, en Egypte.

Le projet est né d’un partenariat entre l’ENSG, le CFEETK (Centre franco-égyptien d’étude des temples de Karnak) et la société ATM3D, spécialisée dans la numérisation 3D par laser terrestre.

Emmanuel Laroze, ancien responsable du CFEETK, est à l’origine de cette idée ambitieuse de relevé photogrammétrique des épigraphies et hiéroglyphes des 134 colonnes de la grande salle hypostyle du temple d’Amon Rê à Karnak. Une numérisation laser a été effectuée en novembre 2007 par ATM3D qui a par ailleurs contacté le Département d’Imagerie Aérienne et Spatiale pour la réalisation des photographies des colonnes et le levé topométrique du canevas de points d’appui permettant le calage de ces images dans le même système que les données laser.

L’objectif est de produire les images déroulées des colonnes et de disposer ainsi d’une documentation nouvelle et exhaustive.

Préparation de la mission : quelle stratégie adopter ?

Le faible recul entre les colonnes rend l'accès aux parties supérieures très délicat

Avant toute chose, les enseignants du DIAS ont défini la méthodologie à suivre pour mener à bien le relevé. Les élèves géomètres ont été impliqués dans cette phase de préparation. Ce travail était indispensable car de nombreuses questions étaient en suspens. Il faut dire que le sujet d’étude est particulièrement dense et complexe… La grande salle hypostyle est en effet quadrillée par 134 colonnes monumentales (13m de haut pour la plupart, 20m pour les 12 colonnes de l’allée centrale) qui sont espacées de seulement 2m en moyenne. Ce recul très faible complique sensiblement la tâche.

Plan du temple de Karnak (IGN 1967)

Comment réaliser la prise de vue en respectant les contraintes de la photogrammétrie, de résolution image (2-3mm) et le temps disponible (4 semaines de travail sur place) ? Une étude poussée a été entreprise afin de déterminer les paramètres à fixer avant la mission : configuration de la prise de vue (nombre de stations autour de la colonne, de photos sur une verticale) et localisation des points d’appui. Le but était d’obtenir une précision de l’ordre de 1 à 2 pixels.

A partir d’une configuration optimale définie « sur le papier » en fonction de la géométrie de la salle et des différents appareils photos envisageables, des simulations informatiques ont été réalisées : la salle a été dessinée sous Moray, logiciel de modélisation de données en 3D pour POV-Ray. POV-Ray, quant à lui, a permis de simuler des prises de vue photo par des techniques de « lancer de rayon ».

Simulation de la prise de vue avec Moray / POV-Ray

Une aérotriangulation de ces 32 images a ensuite été réalisée pour vérifier la robustesse de la configuration de prise de vue envisagée.

Test d'aérotriangulation sur images de synthèse : vue graphique de l'interface du logiciel Redresseur, utilisé pour la mesure des points d'appui et de liaison

Ces différents tests ont permis de valider le nombre et la position des photos et des points d’appui. Au final, 32 photos étaient nécessaires pour couvrir chaque colonne : 4 photos sur 8 positions « verticales ». Enfin, ATM3D a fait l’acquisition de quatre Canon G9 (focale de 35mm) synchronisables et télécommandables. L’idée était de réaliser simultanément les 4 photos verticales pour accélérer au maximum l’acquisition photographique. Il a été confirmé que quatre points d’appui sur les bases de chaque colonne sont suffisants pour effectuer le calage des images dans le système du laser.

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Vue du dessus
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Vue en coupe (configuration verticale)
Schéma de la configuration de la prise de vue

Mission terrain

Restait à confronter la théorie à la pratique. Huit élèves et trois enseignants du DIAS se sont envolés pour l’Egypte le 26 avril 2008. Cette équipe a été renforcée par deux ingénieurs d’ATM3D et par des membres du CFEETK. Ensemble, il a fallu faire preuve d’ingéniosité et de sens pratique pour construire le mât de 8m de haut qui supporterait les quatre appareils photos reliés à un ordinateur portable. Ce mât devait être facilement déplaçable dans les allées de la salle hypostyle.

Le mât et l'équipe

Installation des appareils photos sur le haut du mât

Au total, pendant les 4 semaines de mission, environ 1000 stations photos ont été effectuées et complétées par des prises de vues spécifiques pour les cas particuliers (colonnes du bord de la salle, pour lesquelles il n’y a pas de recul suffisant et grandes colonnes de l’allée centrale). Les qualités d’organisation des élèves ont été mises à rude épreuve : entre les facéties des touristes et l’éclairement du soleil à gérer, il fallait être rigoureux ! Pour avoir des photos radiométriquement proches, il a en effet été décidé d’effectuer la totalité des prises de vue lorsque la zone d’intérêt de la colonne est à l’ombre.

Le nombre final d’images s’élève à environ 4400. Un important travail de vérification de ces photos a été réalisé sur place afin de s’assurer de leur bonne qualité radiométrique et de leur exhaustivité. Les élèves ont donc été sensibilisés aux notions de qualité géométrique et radiométrique des photos.

Parallèlement, pour permettre le géoréférencement des images, des cibles de 5cm de diamètre (visibles sur les photos), avaient été collées sur la base des colonnes. Ces points de calage ont été visés depuis plusieurs stations par des tachéomètres. Le logiciel de compensation Comp3D a été utilisé pour calculer leurs positions. Enfin, une base de données de ces points a été constituée afin de documenter et pérenniser ce travail de topométrie.

Cibles

Station topo

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Base de données des points de la topométrie

Les élèves ont donc mené à bien la tache qui leur avait été confiée. Mais, outre ces aspects techniques, cette mission aura été une expérience humaine forte. L’immersion dans le monde des architectes, archéologues, restaurateurs, tailleurs de pierre… a été riche en enseignements. Des visites culturelles ont été organisées pendant les jours de repos : plongée dans la mer Rouge, excursion au temple de Dendérah et ballade dans la vallée des Rois. Autant de découvertes qui font de ce voyage un moment unique dans une scolarité.

Vue sur la vallée des rois

Temple de Dendérah

Vue sur le Nil

Temple d'Hatchepsout

Traitement : 4400 photos à traiter !

Reste à exploiter cette montagne de pixels… Pour l’ENSG, cela signifie en premier lieu la détermination du géoréférencement des images dans le système du modèle 3D laser acquis par ATM3D.

Pendant la mission, les élèves ont entamé le calcul des aérotriangulations (il y en aura 134…). Réalisé manuellement, ce travail est long et fastidieux. Des développements ont donc été entrepris sur place pour automatiser au maximum ce processus. En utilisant des techniques modernes de traitement d’images (mise en correspondance d’images avec SIFT), ces opérations manuelles peuvent en effet être très significativement réduites : la géométrie de la prise de vue étant approximativement connue, on effectue une recherche d’appariement, un contrôle de vraisemblance et un calcul d’aérotriangulation complètement automatisé à partir des points d’intérêt et descripteurs fournis par cet algorithme SIFT.

Actuellement, les enseignants du DIAS finalisent la chaîne de traitement qui sera transmise à ATM3D pour une exploitation complète des données.

Juillet 2008


Notes

[1Article paru dans la revue XYZ (Avec l’aimable autorisation de diffusion de l’AFT).
L. Chandelier, B. Chazaly, Y. Egels, E. Laroze, D. Schelstraete. Numérisation 3D et déroulé photographique des 134 colonnes de la Grande Salle Hypostyle de Karnak. XYZ, vol.120, pp.33-39., 2009.

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Extrait de la revue XYZ • N° 120 – 3e trimestre 2009
Numérisation 3D et déroulé
photographique des 134 colonnes de la Grande Salle Hypostyle de Karnak
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