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Bâtir le parlement virtuel, un défi numérique

On voit deux hommes dans l'édifice du centre du parlement d'Ottawa, à côté d'eux se trouve un appareil de mesure sur trépied : autour d'eux, on voit les colonnes, les arches, les alcôves.
Les chercheurs de l'Université Carleton effectuent une numérisation en 3D dans l'édifice du Centre du parlement. Photo: Radio-Canada / Binh An Vu Van
Radio-Canada

Le parlement d'Ottawa sera bientôt rénové de fond en comble. Ces travaux de rénovation sont d'une ampleur sans précédent au Canada. Ce chantier sera le lieu d'expérimentation d'une nouvelle méthode de modélisation développée à l'Université Carleton qui pourrait changer la façon dont on restaure les édifices patrimoniaux ailleurs dans le monde.

Un texte de Binh An Vu Van, de Découverte

Dans un laboratoire de l’Université Carleton, une quarantaine de futurs ingénieurs et architectes sont à l’œuvre. Ils reconstruisent pièce par pièce l’édifice du Centre du parlement du Canada sur leur ordinateur, de manière numérique. L’un sculpte avec précision une volute, l’autre modélise une poutre, une arche ou un pan du toit.

On voit deux étudiants, de dos, devant un ordinateur montrant une modélisation 3D d'une élément architectural.Des étudiants de l’Université Carleton sont à l'œuvre dans le laboratoire du CISM (Carleton Immersive Media Studio). Photo : Radio-Canada / Binh An Vu Van

Selon Stephen Fai, directeur du laboratoire et professeur en architecture, ce modèle est si détaillé qu’il suffirait pour reconstruire le parlement dans son état actuel. « Chaque pierre ici a été déposée par main d’homme », s’émerveille-t-il. « Ici, il n’y a pas un seul angle droit. »

Cette version numérique du parlement enregistre ses moindres déformations, l’usure du temps, la richesse des enluminures de ce bâtiment qui, on l’oublie, est aussi « une œuvre architecturale unique au Canada », souligne l’historienne Jacqueline Hucker, qui a consacré sa carrière à l’étude des édifices de la colline Parlementaire.

On voit un modèle numérique en 3D du parlement d'Ottawa montrant l'ensemble du bâtiment ainsi que ses différents niveaux architecturaux (fondations, charpente, murs, toit).Le modèle 3D développé par des chercheurs de l'Université Carleton permet de visualiser dans le détail les différentes couches du bâtiment centenaire. Photo : Carleton Immersive Media Studio

Ce type de maquette numérique est ce qu’on appelle dans le jargon de l’industrie un « modèle de données du bâtiment » et est à présent fréquemment employé pour concevoir de nouveaux édifices, mais rarement pour restituer des bâtiments existants, dont les formes irrégulières se soumettent difficilement aux contraintes géométriques qu’imposent ces logiciels de conception.

« Nous étions une des premières équipes dans le monde à utiliser ce type de technologie dans un contexte de restauration patrimoniale », affirme Stephen Fai. « Quand nous avons débuté, mes pairs ne nous prenaient pas au sérieux! » Bien plus qu’un projet de recherche audacieux, cet outil sera au cœur des rénovations à venir. « Si autrefois les plans étaient les outils de prédilection, aujourd’hui, cette maquette sera l’instrument de la réfection du parlement », croit le chercheur.

Elle sera testée sur ce chantier colossal, le projet de restauration le plus vaste jamais entrepris au pays, selon Jennifer Garrett, l’urbaniste à la tête du projet et directrice générale de Services publics et Approvisionnement Canada.

C’est l’un des plus importants projets de restauration du patrimoine, voire le plus important en cours dans le monde.

Jennifer Garrett, directrice générale de Services publics et Approvisionnement Canada

Ce sera la première rénovation du bâtiment depuis sa construction il y a un siècle, et les travaux pourraient bien durer une décennie. La plomberie, l’électricité, tout jusqu’à la charpente d’acier et ses fondations doit être revu et potentiellement modernisé. Une cure de jouvence périlleuse, qui demande une planification précise, car il s’agit de réaliser ces changements en profondeur sans endommager les nombreuses enluminures centenaires.

Si cette maquette numérique apporte les avantages escomptés, il s'agira d'un cas d’école pour l’emploi de cette nouvelle façon de concevoir, de planifier et d'organiser les travaux de réhabilitation.

Les bureaux où vont siéger les élus.Une Chambre des communes intérimaire a été entièrement construite pour abriter les parlementaires pendant les travaux. Photo : Radio-Canada / Jérôme Bergeron

Aujourd’hui encore, alors que la maquette est presque terminée, Stephen Fai se dit intimidé par l’ampleur de la tâche. Surplombant la rivière des Outaouais, le parlement est un bâtiment hors du commun : « Une œuvre architecturale néogothique comprenant de splendides sculptures, des peintures, d’incroyables matériaux, des artisans exceptionnels de partout au Canada », affirme Jacqueline Hucker.

Retour aux sources

Comment donc, à partir de ce colosse, tracer un modèle 3D? Et surtout, comment capturer ses subtiles déformations et l’usure du temps? Pour cela, ils ont marché sur les traces des architectes et ingénieurs du passé. Héritage Canada, une division de Services publics et Approvisionnement Canada, a compilé tous les faits se rattachant à l’histoire architecturale du bâtiment. Des milliers de pages sur sa construction, les matériaux employés, les fournisseurs, les plans détaillés, etc.

« Nous avons procédé un peu comme si nous devions construire le bâtiment », explique la doctorante Lara Chow, une des chefs de projet. « On commence par la structure, ensuite on bâtit la coquille autour, puis tout l’intérieur, avec de plus en plus de détails. »

Pour reconstruire la charpente du bâtiment, les chercheurs se sont référés aux plans originaux de 1916. « Nous avons identifié chaque poutre, chaque colonne, et nous les avons modélisés un par un », explique Lara Chow.

Vue en plongée au-dessus de l'édifice du parlement en reconstruction, en 1917. On voit la charpente des murs et du toit. Photo d'archives montrant la reconstruction du parlement après l'incendie de 1916 Photo : Bibliothèque et Archives Canada

Ils sont même remontés jusqu’aux catalogues du siècle dernier (Nouvelle fenêtre) du manufacturier des pièces d’acier, Bethlehem Steel, pour retrouver les dimensions et les formes exactes de chaque pièce. « Cela représente 12 024 pièces », dit Lara Chow. « Je rêvais de poutres la nuit! ».

Il faut dire qu’elle a aussi croisé ces plans avec des photos du chantier d’époque, afin de s’assurer que le bâtiment a bien été construit conformément aux dessins : « En étudiant les plans, on comprend mieux comment une pièce s’insère dans une autre, on obtient la pente exacte des poutres, etc. ».

On voit en gros plan des plans architecturaux du parlement d'Ottawa datant de sa conception en 1916.Les plans d'origine du parlement d'Ottawa Photo : Radio-Canada / Binh An Vu Van

Pendant ce temps, pour habiller cette charpente d’acier, des équipes ont sillonné le site de fond en comble durant des mois, avec un instrument combinant laser et appareil photo, qui permet en quelques clics de capturer tous les détails de l’édifice, ses reliefs comme ses imperfections.

Les lasers mesurent la distance des millions de points par seconde et l’appareil photo leur attribue une couleur. Les chercheurs se retrouvent donc avec d’immenses nuages de points : « On obtient une photographie tridimensionnelle, en quelque sorte, dont nous pouvons ensuite nous servir pour modéliser. »

Ces équipes, bien sûr, ont exploré le Sénat, la Chambre des communes, mais aussi les coins reculés de l’édifice, le sommet de la tour de la Paix, les toits et les bureaux; elles ont même descendu la tour en rappel pour en capturer la façade. « Nous n’y avons pas trouvé de passage secret », répond Stephen Fai en riant. « Mais si nous scannons l’édifice en si petits détails, c’est pour trouver des cavités où de nouveaux systèmes – comme ceux du traitement de l’air – pourraient passer. »

Nous avons trouvé des recoins dont tous ignoraient l’existence.

Stephen Fai, professeur d'architecture à l'Université Carleton et directeur du laboratoire CIMS

On voit un homme, de dos, qui manipule un appareil servant à scanner les éléments d'architecture. Devant lui se trouve les mécanismes de l'horloge du parlement.Les chercheurs scannent l'envers de l’horloge du parlement. Photo : Radio-Canada / Binh An Vu Van

Ces numérisations sont le point de départ des équipes de modélisation, qui doivent interpréter ces images. Elles doivent en quelque sorte les relier, pour façonner les polygones et les éléments architecturaux de l’édifice. « Avec ces données, les étudiants peuvent obtenir des plans de coupe », détaille Lara Chow. « On obtient alors l’épaisseur des murs ou la géométrie de certains éléments de l’édifice. »

Ils doivent ainsi reconstruire chaque composante du parlement. Par exemple, pour une fenêtre, il s’agit de modéliser chaque colonne, poutre, arche. L’édifice compte 1200 fenêtres, chacune légèrement différente, certaines érodées ou déformées; il faut donc les reconstruire une par une. Un travail de moine.

On voit la modélisation numérique en 3D de tous les éléments de la fenêtre de style néo-gothique qui s'imbriquent les uns dans les autres.Modélisation d'une fenêtre du parlement Photo : Carleton Immersive Media Studio

Le modèle final est bien plus qu’une maquette numérique, c’est aussi une importante base de données. Pour chaque composante pour laquelle l’information est disponible, le modèle documente l’origine, la marque, les matériaux. Chaque poutre d’acier est liée au plan original et au catalogue. Il devient alors possible de dresser des inventaires cruciaux pour gérer les rénovations.

Vous pouvez alors connaître la date exacte de l’installation d’un élément, compter le nombre de fenêtres, la quantité de matériaux pour refaire une section de toit, savoir quand des éléments doivent être réparés.

Stephen Fai, professeur d'architecture à l'Université Carleton et directeur du laboratoire CIMS

Un modèle qui fait école

Ce modèle servira de base à la réflexion pour l’équipe de Jennifer Garrett. Les architectes et ingénieurs y ajouteront les modifications à réaliser et s’en serviront pour planifier la restauration : « À la fin des travaux, le modèle reflétera l’état du bâtiment rénové. Il sera ensuite remis à mes collègues pour les aider à entretenir le bâtiment lors de sa prochaine vie. »

Tout ce travail de numérisation servira aussi au public, et le parlement numérique aura sa vie propre. C’est une archive historique précieuse de son état avant le début des travaux, que les touristes pourront visiter virtuellement. Le chercheur développe en ce moment des tours guidés sur le web, ainsi qu’en réalité virtuelle.

Déjà, plusieurs étudiants du laboratoire doivent appliquer ces nouvelles techniques développées ici sur d’autres chantiers. Ils collaborent aux rénovations du parlement irlandais, de même qu'à celles de l’observatoire d’Armagh, en Irlande du Nord, et même sur la modélisation du site archéologique de Pompéi.

Pendant ce temps, Stephen Fai poursuit la modélisation de la majestueuse bibliothèque du Parlement, ainsi que des autres édifices de la Colline. Cependant, il ne peut s’empêcher de continuer à penser à l’édifice du Centre. Il imagine un jour trouver un moyen d’enregistrer les fossiles contenus dans certains blocs de pierre, et des caméras pour capturer l’agitation quotidienne des parlementaires, des fonctionnaires et des journalistes qui se côtoient au cœur du parlement canadien. « Je ne crois pas encore avoir réussi à capturer l’essence de cet édifice », observe-t-il, comme perpétuellement insatisfait. « Nous allons persévérer et tenter d’y parvenir. »

Le reportage de Binh An Vu Van et de Jeannita Richard est diffusé à l'émission Découverte, dimanche, à 18 h 30, à ICI Radio-Canada Télé.

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