Image de roche en niveaux de gris.
Les monuments historiques qui subissent l’action de leur environnement sont dégradés, voire fortement endommagés. Ces ouvrages sont des parties intégrantes de notre patrimoine qu’il convient de protéger, entretenir et réparer. C’est pourquoi architectes, restaurateurs et scientifiques mettent en commun leurs efforts pour préserver ce patrimoine. Le tuffeau est une pierre calcaire utilisée dans la construction de nombreux monuments historiques le long de la vallée de la Loire. Ce sont des pierres extrêmement poreuses (40 à 50% de vide) composées principalement de calcite (40 à 70%) et de silice (20 à 60%) sous forme de quartz (grains) et d’opale (sphérules).
Calque de la dynamique générale.
On a recours à la micro-tomographie X pour disposer d’images de carottes de tuffeau (de la taille d’une mine de crayon). Les mathématiques interviennent alors dans l’analyse de ces images pour étudier, à l’échelle du micromètre, les modifications minéralogiques et structurales dues aux phénomènes d’altération. Le problème est difficile car les images présentent des contours et des régions mal définis du fait de la porosité de la roche. De plus, les pores du tuffeau sont extrêmement petits et on ne distingue le vide de la matière que très difficilement : cela se traduit par des éléments de texture qu’il convient d’analyser et de restaurer. Le but de l’étude est d’identifier et de reconstruire en 3D le milieu donné. Le domaine ainsi reconstruit servira de fondation à une modélisation physico-chimique des transferts hydriques dans le matériau. Cela permettra de comprendre les mécanismes de dégradation du tuffeau provoqués, par exemple, par les intempéries et la pollution atmosphérique et de proposer des solutions pour protéger efficacement les monuments.
Calque des contours.
Calque du bruit ou des micro-textures.
Les images en niveaux de gris présentent plusieurs régions correspondant aux différentes phases de la pierre. L’analyse d’images de milieux aussi complexes nécessite des méthodes qui préservent au maximum l’information originale. Le modèle mathématique utilisé permet de décomposer les images en différents calques ciblant des caractéristiques différentes de l’image. Plus précisément, l’image est décomposée en un calque qui capte la dynamique générale (remédiant ainsi aux éventuels problèmes d’éclairage), une partie captant les contours (ou les macro-textures) et une composante isolant le bruit et/ou les micro-textures. Le modèle fournit ainsi une méthode de débruitage non destructive et des informations morphologiques sur la structure de la roche.
Ce modèle permet de régler les différentes échelles via des paramètres. Il est ainsi possible d’obtenir en 3D une description précise de la structure entourant le vide à l’intérieur de la pierre. L’objectif à long terme est de comprendre l’écoulement d’un fluide imprégnant le matériau pour mettre en place des moyens efficaces de protection de la pierre, ce qui n’est pas toujours le cas actuellement.
Brève rédigée par Maïtine Bergounioux (Univ. Orléans).
Pour en savoir plus :
- Pages web du groupe image et du groupe PASTIS du Laboratoire MAPMO.
- Un livre électronique sur les monuments en tuffeau : « Tendre comme la pierre ».
- Brèves connexes : « Modélisation de la dégradation des monuments », « La neige à l’échelle microscopique ».
Crédits Images : ISTO – Orléans et Maïtine Bergounioux.
Imprimer
