Documenter en 3D des traces de pas sur des scènes de crime en quelques minutes et sans contact nécessaire

Outre l’ADN, les deux types de preuves courantes qui peuvent relier un individu à une scène de crime sont les empreintes digitales et les traces de pas. Compte tenu de la popularité des séries télé criminelles et des documentaires consacrés à la police scientifique, nombre de criminels font preuve de davantage de vigilance, portent des masques pour dissimuler leur visage et utilisent des gants pour éviter de laisser des empreintes digitales.

Il est toutefois extrêmement rare qu’un criminel couvre, voire tente de modifier ses traces de pas. Voilà pourquoi quasiment toutes les scènes de crime contiennent une multitude de traces de pas qui peuvent directement associer un suspect au crime.

À condition d’être documentées et recueillies correctement, ces preuves peuvent révéler une abondance de détails dépassant l’identification du suspect et permettant même de reconstituer une partie du crime : le type, la marque, la pointure et le modèle des chaussures, le nombre de suspects présents sur la scène, leur parcours pour s’approcher de la zone, la traverser et s’en éloigner, voire la séquence des événements ayant eu lieu.

Du relevé à la comparaison

Après avoir été relevée, entièrement ou partiellement, une trace de pas peut être comparée avec des milliers de chaussures de référence grâce à des bases de données telles que SICAR, la Collection nationale de références de chaussures (NFRC), EverASM et SoleMate FPX.

En trouvant une correspondance, les enquêteurs découvrent toutes les caractéristiques de la chaussure, celles qui apparaissent lors la production comme les logos, les dessins, les motifs de la semelle, etc.

À l'inverse, ce qu’on appelle les caractéristiques « individuelles » ou « acquises aléatoirement » de la chaussure ne peuvent être trouvées dans aucune des bases de données susmentionnées étant donné qu’elles sont purement le résultat de l’usure et de changements accidentels. Ces caractéristiques rendent chaque chaussure unique.

Il peut s’agir d’éraflures, d’entailles, de coupures, de trous, d’abrasions, de petits cailloux ou d’autres objets coincés entre les motifs de la semelle. Ce qui rend ces combinaisons de caractéristiques si cruciales pour associer une chaussure à une trace retrouvée sur une scène de crime, c’est la probabilité infiniment faible qu'une autre chaussure possède au même endroit une ou plusieurs de ces caractéristiques acquises aléatoirement.

Un spécialiste compare une photo de trace de pas avec une  chaussure

D’après le FBI, la superficie d'une semelle de chaussure de pointure 42 est d’environ 16 000 millimètres carrés. Ainsi, si même une seule caractéristique aléatoire de 1 mm est présente, qu'il s’agisse d’une coupure, d'un caillou ou d'une éraflure, la probabilité qu’elle se trouve sur une autre chaussure au même endroit est d’à peine 1 sur 16 000.

Et c’est sans tenir compte de la pointure de la chaussure et du motif de la semelle, ni de l'orientation, de la forme ou de la taille de la caractéristique.

Si on augmente ce chiffre à deux ou trois caractéristiques accidentelles se trouvant aux mêmes endroits respectifs sur deux chaussures distinctes, les probabilités dégringolent : elles sont de 1 sur 127 992 000 pour deux, et d’à peine 1 sur 683 milliards pour trois.

Relier une trace de pas à une chaussure, puis à un suspect

Pour comprendre comment ces traces sont utilisées lors d'une enquête, imaginons que la personne qui les examine découvre grâce à une base de données que le suspect d'un meurtre portait une paire de Nike Air Jordan XXXVIs de pointure 49,5.

Le spécialiste peut affiner sa recherche du propriétaire de la paire de chaussures mais une identification ne sera possible que lorsqu’il pourra relier les traces de pas sur la scène de crime aux véritables chaussures grâce aux caractéristiques individuelles correspondantes, les « empreintes » des chaussures.

Malheureusement, aussi essentielles peuvent-elles être à une enquête, les traces de pas comptent parmi les preuves les plus fragiles retrouvées sur une scène de crime ou à proximité. Elles doivent donc être documentées et relevées immédiatement, surtout si elles se trouvent à l’extérieur et sont vulnérables face aux éléments naturels, sans oublier le risque de contamination par les secouristes et les passants.

Photographie médico-légale & moulage : la documentation et les méthodes de collecte traditionnelles

Au fil des ans, la procédure de documentation des traces de pas au moyen de photographies couleur de qualité a évolué. L’appareil photo doit maintenant être soigneusement positionné sur un trépied et le plan de l’image doit être parallèle à l’empreinte de façon à ce que chaque photographie contienne une échelle rigide sur le même plan que le bas de l’empreinte.

Les traces de chaussures en 2D (latentes ou patentes) laissées sur des surfaces dures et planes sont relevées avec un film électrostatique, un support adhésif ou une pellicule de gélatine.

Traces de pas en 2D prêtes pour la documentation médico-légale

Compte tenu de leurs caractéristiques de profondeur, les traces en 3D laissées dans des substrats plus tendres et irréguliers comme le sable ou la terre nécessitent, elles, des solutions de moulage à base de silicone ou de plâtre telles que le plâtre dentaire, devenu un matériau de choix ces dernières décennies.

Les difficultés du moulage des traces de pas

Un inconvénient majeur de la méthode de moulage est qu’il s’agit d'un procédé destructif nécessitant beaucoup de contacts, ce qui signifie que l’empreinte d'origine ne peut être relevée qu’une seule fois avant d’être abîmée et de devenir inutilisable.

Dès que le matériau de moulage est mélangé et prêt, il doit être versé uniformément et à la bonne vitesse dans l’empreinte de pas. Dans le cas contraire, l'impact du matériau peut facilement ruiner le moulage avant même qu'il ait pu durcir. Ce processus dépend grandement de la compétence du technicien présent sur la scène de crime.

D’autres problèmes peuvent surgir lorsque les proportions du mélange sont incorrectes ou que des bulles existent dans le matériau de moulage, ce qui peut rendre le moule inutile du point de vue de l’enquête car le moulage final durci comportera sans doute des lacunes.

Autre défi posé par cette approche : le matériau de moulage récupère souvent des cailloux, de la terre, de l’herbe, des brindilles et autres morceaux de débris qui adhèrent au moulage. Or, avant que ces matériaux puissent être retirés du moulage, le matériau de moulage doit d’abord complètement durcir, autrement le moulage pourrait être fortement endommagé.

Moulage d'une trace de pas en 3D (plâtre dentaire) sur une scène de crime

Sur la scène de crime, entre 45 minutes et une heure sont nécessaires pour que le moulage prenne. Ce n’est qu’après qu’il peut être transporté et conservé en sécurité pendant les 24 à 48 heures nécessaires pour qu’il durcisse complètement. Les éventuels débris peuvent ensuite être enlevés.

Si des empreintes de pas en 3D doivent être relevées dans de la neige, une approche différente est nécessaire. Lorsqu’un moulage en plâtre sèche, il dégage en effet suffisamment de chaleur pour faire fondre la neige.

Afin d’éviter cela, un produit baptisé Snow Print Wax® peut être aspergé sur l’empreinte de pas dans la neige. Il faut toutefois veiller à ne pas l’asperger de trop près ou en trop grandes quantités car cela pourrait modifier les motifs de l’empreinte originale. Une fois que le produit a séché, le matériau de moulage peut être versé délicatement dans l’empreinte.

Trace de pas dans la neige

Il faut attendre que le moulage soit complètement sec avant de le manipuler et de l'utiliser aux fins de l’enquête. Dans la mesure où les moulages doivent être stockés comme preuves, avant le procès et peut-être pour une durée indéterminée, leurs dimensions et leur poids considérables doivent être pris en compte, surtout qu'ils risquent également de se briser si on les lâche ou les manipule avec peu de soin.

Le scan 3D pour une collecte de preuves non destructive, rapide et simple

Il y a plus d’un siècle, lorsque le père de la criminalistique, Edmond Locard, a annoncé au monde entier que « chaque contact laisse une trace », il faisait peut-être aussi référence aux méthodes de collecte des preuves et à la façon dont elles modifiaient systématiquement, voire détruisaient complètement les preuves.

Aujourd'hui, de plus en plus de services de police et d’enquêteurs utilisent des scanners 3D pour documenter et recueillir des preuves, y compris des empreintes de chaussures. Les scanners 3D sont, par nature, sans contact et non destructifs, ce qui en fait le choix idéal pour ce genre de travail étant donné que le scan peut être effectué facilement et en toute sécurité, sans risquer d’endommager les preuves.

Contrairement aux moulages de traces de pas qui doivent sécher pendant de nombreuses heures, les modèles 3D obtenus avec les scanners 3D peuvent être prêts quelques minutes après la numérisation, même directement sur la scène de crime. Ils peuvent être partagés avec d’autres enquêteurs, techniciens et services, dans la même ville, le même État ou à l’étranger.

Certains scanners 3D peuvent également servir à numériser des traces de pas dans la neige, comme le prouvent les deux captures d’écran suivantes prises en Angleterre après un scan d’une minute d’empreintes de bottes fait par Artec Leo, grâce à Patrick Thorn, partenaire certifié Or d’Artec.

Capture d’écran d’Artec Studio où l'on voit des scans de traces de pas dans la neige réalisés avec Leo. Photo : Patrick Thorn

Malgré l’existence de produits spéciaux permettant de protéger la neige lors du moulage, nombre d’équipes médico-légales soit n'ont pas accès à ces outils sur la scène de crime, soit n'ont tout simplement pas le temps ni les ressources nécessaires pour attendre entre 24 et 48 heures que le processus de moulage soit terminé.

Capture d’écran d’Artec Studio où l’on voit les scans faits par Leo (après suppression de la texture) de traces de pas dans la neige. Photo : Patrick Thorn

Preuves à l’appui : scan 3D vs. photogrammétrie et moulage

Récemment, une étude médico-légale a été menée afin de savoir si les solutions de scan 3D peuvent remplacer le moulage des empreintes de pas ainsi que pour les comparer à la photogrammétrie numérique moderne.

L’étude, intitulée Relevé de traces de pas à l’aide de technologies de scan 3D portables, a été réalisée par Julia Harvey, chercheuse et étudiante en criminalistique à l’Institut universitaire de technologie de l'Ontario, dans le cadre de sa thèse de recherche de bachelier en criminalistique accréditée par la FEPAC (Commission d’accréditation des programmes éducatifs en criminalistique).

La chercheuse a rempli les objectifs de son étude en collaboration avec Eugene Liscio, ingénieur professionnel chez ai2-3D Forensics, Theresa Stotesbury, titulaire d'un doctorat de l’Institut universitaire de technologie de l’Ontario, et de services de police locaux. L’étude s’est concentrée sur Artec Space Spider, un scanner 3D portable professionnel privilégié pour la criminalistique, la paléontologie, la médecine et d’autres domaines depuis plusieurs années, aux côtés du logiciel Artec Studio.

La chercheuse en criminalistique Julia Harvey utilise Artec Space Spider pour documenter une empreinte de chaussure en 3D. Photo : Eugene Liscio, ingénieur professionnel, ai2-3D Forensics

Space Spider acquiert jusqu’à un million de points de données par seconde, avec une précision de 0,05 mm (la largeur d'un poil humain), ce qui permet à ses utilisateurs de scanner les empreintes de pas les plus complexes en moins d'une minute, sans cibles ni marqueurs nécessaires.

Réalisation de l’étude, pas à pas

Julia Harvey a créé quatre empreintes de pas (en utilisant une botte et une chaussure de sport) dans deux substrats différents (de la terre et du sable) et a effectué des calculs de distance dans CloudCompare pour déterminer la précision des modèles 3D obtenus à partir des scans de Space Spider par rapport à ceux provenant de la photogrammétrie. Pour capturer les empreintes avec la photogrammétrie, un Nikon 24,1 MP D7100 DSLR a été utilisé.

Quand les preuves 3D prennent vie : la chercheuse en criminalistique Julia Harvey documente une empreinte de chaussure en 3D avec Artec Space Spider. Photo : Eugene Liscio, ingénieur professionnel, ai2-3D Forensics

D’après les résultats de l’étude, les calculs de distance entre les nuages de points d’Artec Space Spider et des modèles 3D de référence en haute résolution réalisés à l’aide d’un scanner 3D fixé à un trépied ont révélé que 97 % des points avaient une distance absolue de 0,492 mm ou moins. Les mêmes calculs effectués pour la photogrammétrie et les modèles 3D de référence ont montré que 97 % des points avaient une distance absolue de 0,512 mm ou moins.

Une comparaison par carte de chaleur révèle la précision supérieure de Space Spider (en haut) par rapport à la photogrammétrie (en bas) pour documenter les empreintes de chaussures en 3D. Photo : Eugene Liscio, ingénieur professionnel, ai2-3D Forensics

« Les résultats de notre étude montrent qu’un scanner 3D portable comme Artec Space Spider peut remplacer le moulage pour relever des traces de pas sur des scènes de crime, explique la chercheuse. Les résultats sont similaires à ceux de la photographie 2D avec l’avantage supplémentaire qu’ils permettent d’examiner de près tous les détails de l’empreinte, sous chaque angle possible. »

N’importe quel scanner 3D ne fait toutefois pas l’affaire. En général, les scanners 3D professionnels ont une précision bien supérieure et des niveaux de bruit inférieurs à ceux de solutions meilleur marché. L’étude de Julia Harvey indique que si une quantité excessive de bruit est présente dans un scan, l’empreinte doit être rescannée, ce qui peut allonger considérablement la durée nécessaire pour recueillir la preuve.

Capture d’écran d’Artec Studio montrant le scan d'une trace de botte effectué par Space Spider. Photo : Eugene Liscio, ingénieur professionnel, ai2-3D Forensics

Par ailleurs, les traces laissées dans divers substrats, comme de la terre humide, de la boue, etc., peuvent constituer un défi pour de nombreux scanners 3D en raison de divers facteurs tels qu’une réflexion excessive. Ce genre de scénarios doivent donc être testés avant de visiter la scène de crime afin de s’assurer que l’appareil choisi peut scanner l’empreinte complète, y compris toutes les petites caractéristiques individuelles essentielles.

Capture d’écran d’Artec Studio montrant un scan de Space Spider (après la suppression de la texture) d’une trace de botte. Photo : Eugene Liscio, ingénieur professionnel, ai2-3D Forensics

En plus de la précision du scan 3D par rapport à la photogrammétrie, les spécialistes et les services médico-légaux bénéficient de plusieurs autres de ses atouts, parmi lesquels :

• la vitesse d’acquisition (moins d'une minute par empreinte) ;
• la capacité d’effectuer des analyses en restant sur la scène de crime (calculs de distance entre les caractéristiques de la semelle et les caractéristiques individuelles) ;
• le stockage et le partage aisés des données 3D entre les départements et les services ;
• la capacité d’imprimer en 3D des copies réalistes nécessaires pour l’enquête ou qui seront présentées au tribunal.

Modèles réduits imprimés en 3D d’empreintes de pas à des fins de démonstration. Photo : Eugene Liscio, ingénieur professionnel, ai2-3D Forensics

Julia Harvey souhaiterait que de futures recherches examinent le relevé 3D d’empreintes de pas incomplètes ainsi que de traces laissées dans différents substrats ou dans différentes conditions météorologiques. Les comparaisons 3D de chaussures connues avec des empreintes inconnues pourraient également servir aux services de police.

« Les scanners 3D professionnels peuvent accomplir bien plus que la simple numérisation de traces de chaussures sur des scènes de crime, par exemple en documentant des taches de sang, des impacts de balles, des corps et des restes humains, des armes, des outils et d’autres objets mais aussi toute la scène environnante, souligne la chercheuse. Je suis convaincue que nous ne faisons encore qu’effleurer ce que le scan 3D est capable de faire pour la criminalistique et d’autres domaines. »