La modélisation 3D appliquée à l’archéologie : objectifs, enjeux et contexte d’utilisation ; du terrain à la réalité virtuelle. Etudes de cas en archéologie programmée et préventive.

1. La 3D en archéologie : genèse, évolutions et applications

Cette thèse avait pour objectif de faire l’état de l’art sur l’application des méthodes de modélisation 3D en archéologie, en interrogeant à la fois leur inscription dans une histoire longue, leurs applications actuelles, leur impact sur les pratiques professionnelles et leurs perspectives futures. Elle s’appuie sur une démarche articulée autour de trois approches complémentaires : une étude historique depuis l’apparition des représentations tridimensionnelles, une enquête auprès des professionnels de l’archéologie, et enfin l’analyse de plusieurs études de cas issues d’opérations d’archéologie programmée et préventive. À travers ces différents axes, l’objectif est de comprendre si la 3D constitue une véritable rupture dans la discipline ou si elle s’inscrit dans la continuité des pratiques déjà établies, tout en apportant de nouveaux moyens d’enregistrement, d’analyse et de diffusion.

La première partie de l’étude revient sur la genèse de la troisième dimension appliquée à l’archéologie, montrant que la volonté de représenter des objets, des structures ou des monuments dans leur volume n’est pas récente. Dès la Renaissance, les artistes, savants et architectes cherchent à restituer le passé et à figurer l’espace en profondeur. La perspective géométrique devient ainsi un outil fondamental permettant d’introduire la notion de volume sur une surface plane. À mesure que les techniques se perfectionnent, l’usage de la mesure, de l’échelle et du relevé précis se répand dans les milieux savants. La création des académies d’architecture au XVII^e siècle institutionnalise ces méthodes et encourage une documentation plus rigoureuse des monuments. Les travaux d’auteurs tels qu’Alberti, Desgodetz ou Palladio témoignent de l’importance grandissante accordée aux relevés métriques et aux représentations géométralement cohérentes.

Au XVIII^e siècle, ce mouvement se renforce avec les relevés obligatoires de l’Académie de France à Rome et les grandes entreprises scientifiques comme la Description de l’Égypte. La documentation des vestiges devient systématique, fondée sur des mesures exactes, des analyses détaillées et des représentations graphiques précises. Le siècle suivant voit naître l’archéologie comme discipline plus scientifique. Les relevés se codifient, la stratigraphie se structure et les musées utilisent le moulage pour conserver et diffuser les objets. L’invention de la photographie constitue alors un tournant majeur. D’abord perçue comme un outil objectif permettant de reproduire fidèlement la réalité, elle est progressivement intégrée à la pratique archéologique, même si, dès la fin du XIX^e siècle, certains soulignent déjà sa part de subjectivité.

En parallèle, la photogrammétrie inventée par Aimé Laussedat, puis largement utilisée par Albrecht Meydenbauer, permet d’exploiter des photographies pour produire des mesures fiables. Cette technique se développe au début du XX^e siècle, avec l’utilisation de la stéréoscopie, qui permet de restituer des surfaces et des volumes à partir de couples de photographies prises sous différents angles. Dans le même temps, la photographie aérienne révolutionne les pratiques de prospection, notamment dans la seconde moitié du XX^e siècle. Toutefois, un autre tournant majeur intervient avec l’arrivée de l’informatique, à partir des années 1970. Les outils numériques se diffusent progressivement : bases de données, systèmes d’information géographique, traitement d’image, puis modélisation 3D. Par conséquent, la nouvelle discipline des humanités numériques émergent dans les années 1990 pour s’interroger sur les transformations induites par ces outils numériques dans les sciences humaines, dont l’archéologie.

Au début du XXI^e siècle, la démocratisation des appareils photo numériques, des scanners 3D, du LiDAR et des logiciels d’analyse fait entrer la 3D dans les pratiques courantes. Les années 2010 marquent une véritable explosion des usages : la photogrammétrie devient accessible à tous, les modèles 3D sont de plus en plus courants, et les projets numériques se multiplient. Cette diffusion rapide entraîne cependant de nouveaux enjeux : gestion de la masse de données produites, pérennité des formats, structuration des compétences, stockage, archivage et intégration institutionnelle. Les consortia 3D-SHS puis 3D HN illustrent ce besoin de réflexion collective et scientifique.

La thèse propose ensuite un état de l’art des technologies de modélisation 3D aujourd’hui disponibles en archéologie. Les méthodes de numérisation occupent une place centrale. La photogrammétrie, économique et polyvalente, permet de capturer objets, stratigraphies ou architectures avec une grande précision. Le LiDAR terrestre apporte une densité de mesure et une capacité d’analyse particulièrement adaptées aux monuments complexes, tandis que le LiDAR aérien constitue un outil révolutionnaire pour la prospection sous couvert végétal. La lumière structurée, très précise, s’adresse plutôt aux petits objets, tandis que les méthodes tomographiques permettent d’explorer l’intérieur des artefacts sans les endommager. À côté de la numérisation directe, la modélisation géométrique permet de reconstruire des états passés, d’émettre des hypothèses architecturales ou d’intégrer les structures dans des environnements BIM patrimoniaux. La réalité virtuelle et la réalité augmentée ouvrent de nouvelles possibilités d’exploration, de médiation et de restitution. Enfin, l’impression 3D permet de matérialiser des objets, de faciliter la pédagogie ou de reproduire des pièces fragiles.

Ces technologies s’appliquent à des usages variés : enregistrement de données sur le terrain, analyse des structures, documentation des fouilles, restitution scientifique, médiation culturelle ou archivage. Des exemples marquants illustrent leur importance, comme la modélisation de la grotte Chauvet ou la reconstitution numérique de Notre-Dame après l’incendie. Dans le domaine de la valorisation, les musées utilisent désormais massivement la VR et l’AR pour proposer des visites immersives, des reconstitutions ou des parcours pédagogiques enrichis.

2. Les usages de la 3D en archéologie : enquête et résultats

L’enquête menée auprès des professionnels révèle la diversité mais aussi l’hétérogénéité des usages. C’est sous la forme d’un questionnaire en ligne que cette enquête a pu être menée. Diffusé largement auprès de structures variées : opérateurs d’archéologie préventive, laboratoires de recherches, universités, musées ou collectivités territoriales. La diversité des répondants : responsables d’opération, spécialistes du bâti, topographes, techniciens, chercheurs ou médiateurs, permet d’avoir un panorama représentatif de la discipline.

Les résultats montrent que la 3D est aujourd’hui très présente, mais de manière inégale. La photogrammétrie domine nettement, en raison de son faible coût et de sa facilité de mise en œuvre, tandis que le LiDAR, la lumière structurée ou les dispositifs immersifs restent réservés à des contextes mieux dotés. Les professionnels soulignent des apports majeurs : un gain de temps sur le terrain, une grande précision des données acquises, la possibilité d’enregistrer rapidement des volumes complexes, la possibilité de conserver un état des vestiges à un instant T, ou encore la facilitée de compréhension des structures grâce à la visualisation en 3D. La 3D est également perçue comme un outil efficace pour la médiation et la communication.

Cependant, l’enquête met également en lumière plusieurs freins. Le manque de formation constitue l’obstacle le plus récurrent, souvent associé à une acquisition autodidacte jugée insuffisante. Les limitations matérielles : caméras inadéquates, ordinateurs trop lents, logiciels non mis à jour, représentent un autre frein important, le temps de traitements importants à accorder. La gestion du temps, particulièrement en archéologie préventive, limite l’usage systématique de la 3D. Enfin, beaucoup regrettent l’absence de normes, de protocoles partagés et de solutions institutionnelles pour le stockage et la pérennisation des modèles.

Les attentes exprimées convergent vers une meilleure structuration des compétences en 3D : formation continue, création de postes dédiés, mutualisation des équipements, partage d’expériences et mise en place d’orientations nationales claires. De manière générale, les répondants perçoivent la 3D comme un outil efficient, complémentaire des méthodes traditionnelles, mais qui nécessite un cadre institutionnel plus solide pour exploiter pleinement son potentiel.

3. Etudes de cas en archéologie programmée et préventive

La thèse se penche ensuite sur plusieurs études de cas issues de terrains variés. À Bernay, dans l’ancienne abbatiale, la 3D permet un travail collaboratif autour du relevé et de la restitution de l’architecture. À Saint-Jean d’Abbetot, la documentation 3D contribue à l’étude du bâti, à la compréhension des phases de construction et à l’identification des pathologies. Dans les micro-fouilles de dépôts métalliques de l’âge du Bronze, la 3D joue un rôle essentiel pour enregistrer la position des objets, documenter les étapes d’intervention et conserver des informations structurelles impossibles à restituer autrement. La villa gallo-romaine de la Millière constitue un exemple de projet complet, associant numérisation, modélisation et restitution architecturale, intégrant également les peintures murales. Les arborglyphes de la Seconde Guerre mondiale montrent l’intérêt de la 3D pour documenter des traces fragiles, souvent menacées de disparition. Enfin, les hypogées romains de la base aérienne 103 illustrent l’intégration de la 3D dans un contexte d’urgence propre à l’archéologie préventive.

L’analyse de ces cas met en évidence le rôle de la 3D dans la compréhension des structures et dans la documentation des opérations. Elle permet de dépasser les limites du relevé manuel, d’accéder à des informations complexes et d’offrir des supports de travail reproductibles et partageables. Toutefois, elle souligne également les contraintes logistiques, matérielles et humaines associées à ces méthodes.

4. La 3D appliquée à l’archéologie : enjeux, impacts épistémologiques et perspectives

La synthèse analytique de ces trois angles d’étude vise à mettre en lumière les objectifs et les enjeux que représente l’application des méthodes de modélisation 3D. Elle examine aussi leurs impacts sur les objectifs, les pratiques et les méthodes de la recherche archéologique puis sur les organisations et les politiques des institutions archéologiques. Elle montre que la modélisation 3D s’inscrit dans la continuité de la quête de vérité scientifique qui traverse l’histoire de l’archéologie : précision, exhaustivité, transparence. Les représentations tridimensionnelles, qu’elles soient dessinées, moulées ou numériques, ont toujours eu pour objectif de saisir le réel. Pourtant, les outils numériques introduisent également des ruptures. Ils modifient le rapport au temps en accélérant l’acquisition et le traitement des données. Ils proposent de nouveaux types d’objets numériques à conserver et à patrimonialiser. Ils offrent des possibilités de visualisation et d’analyse inédites, capables de transformer l’interprétation archéologique. Ils amènent également une nouvelle réflexivité, car les modèles 3D nécessitent une transparence méthodologique, la gestion des métadonnées et une documentation complète pour être reproductibles.

La 3D transforme également les métiers de l’archéologie. L’apparition de spécialistes de la 3D ou d’infographistes remet en question la place des compétences dans les équipes de terrain. La question se pose de savoir si la 3D doit devenir une nouvelle spécialité ou une compétence transversale intégrée à la formation générale des archéologues. Les institutions, quant à elles, adoptent la 3D à des degrés divers. Certaines sont bien équipées et structuré en services spécialisés, tandis que d’autres manquent de moyens ou restent prudentes face aux exigences techniques et aux coûts associés. Ces variations révèlent une absence de politique nationale unifiée en matière de données 3D, en particulier pour ce qui concerne la sauvegarde, le stockage et la pérennité des données.

Les perspectives ouvertes dans la conclusion soulignent la nécessité d’un usage raisonné de la 3D. La systématisation n’est pas souhaitable : chaque opération doit déterminer si la 3D apporte une réelle plus-value, en fonction des objectifs scientifiques. La question de la formation est centrale : la montée en compétence des professionnels conditionne la qualité des résultats. 

La question du devenir de la 3D en archéologie est également importante puisque ces outils connaissent une évolution rapide et constante. L’avenir pourrait voir l’émergence de systèmes d’information archéologiques entièrement basés sur la 3D, intégrant modèles, descriptions, analyses et métadonnées dans un même environnement. Les liens avec la cyber-archéologie, la neuro-archéologie ou l’intelligence artificielle ouvrent également de nouvelles perspectives, notamment dans l’automatisation de la segmentation, la classification ou la reconstitution.

Ainsi, cette thèse montre que la 3D constitue un outil d’intérêt pour les archéologues et l’archéologie, en pleine évolution, capable de transformer durablement les pratiques. Elle ne représente pas une rupture nette, mais plutôt une évolution inscrite dans une continuité historique, tout en introduisant des possibilités inédites. Son avenir dépendra de la capacité des institutions et des professionnels à structurer son usage, à former des spécialistes et à garantir la pérennisation et la diffusion des données produites.