Numériser des spécimens d'histoire naturelle avec Artec Space Spider pour les mettre en ligne

La nature a toujours été une source intarissable d’inspiration pour les hommes. Des ventouses d’escalade imitant la biomécanique des pattes du gecko, un revêtement antibactérien reproduisant la forme et la fonction de la peau de requin, ou encore le profil aérodynamique des célèbres trains à grande vitesse japonais inspiré par la forme du bec d'un oiseau : voici quelques exemples seulement de la façon dont des modèles, systèmes et éléments naturels servent à résoudre des problèmes humains complexes ainsi que des difficultés de conception.

Comme le dit Janine Benyus, biologiste, auteure et cofondatrice du Biomimicry Institute (Institut du biomimétisme), dans sa conférence TED : « Nous sommes entourés par le génie. Nous n’avons jamais été les premiers à construire quoi que ce soit. »

En raison de l’urbanisation mondiale, de l’exode rural et des nouvelles règles en matière de voyages, nous, les humains, nous retrouvons avec une sélection limitée de moyens de connaître toutes les facettes, recettes et modèles que cette grande machine à inventions a à offrir. Il existe néanmoins des endroits dans le monde où l’on peut trouver des milliers de spécimens authentiques d'histoire naturelle sans devoir pénétrer dans un milieu sauvage, voler jusqu’à une île reculée ou se frayer un chemin à travers des jungles touffues, supporter une chaleur accablante ou le froid le plus extrême. Un de ces endroits est l’Edna W. Lawrence Nature Lab.

L’Edna W. Lawrence Nature Lab (photo gracieusement fournie par le Nature Lab)

Une collection unique

Américaine diplômée de la Rhode Island School of Design, professeur chevronnée, chercheuse et peintre accomplie, Edna Lawrence a fondé ce laboratoire en 1937 pour, d’après elle, « ouvrir les yeux des étudiants aux beautés merveilleuses que la nature offre... dans ses formes, ses espaces, ses couleurs, ses textures, ses motifs et ses structures ».

Le Nature Lab n’est pas un laboratoire traditionnel. Ce qui avait commencé comme une modeste collection de spécimens naturels collectés par Edna lors de virées estivales en voiture pour son cours de dessin de la nature dans les années 1920, comptait 1 286 espèces (notamment des coquillages, papillons, minéraux, squelettes, gousses et animaux empaillés) en 1937 et dépassait les 25 000 pièces au moment de sa retraite, 38 ans plus tard.

Aujourd'hui, la collection compte quelque 80 000 spécimens, auxquels les étudiants et les enseignants de la Rhode Island School of Design bénéficient d’un accès illimité, qu'ils travaillent sur un projet scientifique, artistique ou de conception.

« Il n’existe aucun autre département dans l’université ou ailleurs semblable au Nature Lab et à sa collection d'histoire naturelle, affirme Benedict Gagliardi, biologiste au laboratoire. Les étudiants peuvent y vivre une expérience totalement immersive : ils peuvent ouvrir une armoire et en sortir des coquillages, des os, des morceaux de bois et des animaux empaillés et réellement interagir avec eux en les dessinant, les sentant, les déplaçant. »

« C’est un environnement très accueillant, souligne Jennifer Bissonnette, directrice par intérim du Nature Lab. L’idée est de permettre aux étudiants et aux enseignants de pousser leurs recherches le plus loin possible sans rien leur imposer. Si vous avez des questions, trois biologistes peuvent vous aider à creuser davantage et vous apprendre tout ce que vous voulez savoir. »

Outre la collection principale, le Nature Lab abrite également des collections d’insectes, de lichens, de coraux et autres spécimens de petite taille, des collections de matières organiques et inorganiques, de plantes vivantes, de livres d’histoire naturelle rares, mais propose aussi des équipements d'imagerie dernier cri pour explorer toute cette diversité d’artefacts naturels à une multitude d’échelles et dans de nombreuses dimensions. Un de ces instruments d’imagerie estArtec Spider, que l’équipe du Nature Lab a ajouté à son arsenal en 2015.

Un scanner 3D s’ajoute à la boîte à outils

« Une partie de ce que nous accomplissons ici, c’est de créer un espace où visualiser de nouvelles approches, explique Jennifer Bissonnette. Nous réfléchissions à de nouvelles façons d’apprécier ces organismes, surfaces et textures dont nous disposons ici. Artec Spider était l'outil rêvé grâce à sa capacité exceptionnelle à scanner la résolution extrêmement fine de différentes structures. »

Conçu pour scanner de petits objets aux détails complexes avec une précision élevée, Spider est la solution idéale pour la conservation numérique d’artefacts naturels et historiques avec leurs formes et leurs couleurs d'origine. Puissant et précis tout en étant léger et facile d’emploi, Spider a complété à merveille la palette d’outils d'imagerie du laboratoire, qui contient microscopes professionnels, caméras d’action, traceurs GPS et autres instruments destinés à la recherche et à la documentation de matières, spécimens, systèmes et procédés naturels.

Le Nature Lab utilise Artec Spider pour numériser ses quelque 80 000 spécimens d’histoire naturelle (photo gracieusement fournie par le Nature Lab)

Depuis que les professeurs et les étudiants du Nature Lab peuvent utiliser le scanner 3D, celui-ci est rapidement devenu un des outils les plus populaires. « C’est encourageant de se voir confier un instrument aussi moderne et d’être capable de l’utiliser, reconnaît Benedict Gagliardi. Cela nous implique davantage dans notre projet que de simplement demander à quelqu’un de scanner un objet pour nous. »

En avant vers le numérique

Les scans 3D de spécimens empaillés, d'objets et de matières réalisés par les étudiants à l’aide de Spider ont d’abord été stockés sur des disques durs externes par Benedict et son équipe. Ils étaient uniquement accessibles à leurs créateurs, qui devaient demander à pouvoir les consulter. Cette situation a changé avec l’arrivée de la pandémie. Étant donné que les étudiants et les professeurs ne pouvaient plus se rendre au laboratoire pour y interagir avec ses collections, il était nécessaire qu'ils aient accès à ces spécimens – ou du moins à une partie d’entre eux – virtuellement. C’est à ce moment-là que le biologiste a eu l’idée de téléverser tous les scans 3D dont ils disposaient déjà sur Sketchfab, une plateforme en ligne de partage de modèles 3D, et de créer unebibliothèque numérique de spécimens 3D.

« Lorsque la pandémie a frappé, cela a été très difficile de remplacer l’apprentissage tactile par une représentation numérique, se souvient Benedict. Mais la collection numérique a été un énorme soulagement pour les enseignants qui avaient des difficultés à numériser leur programme de cours. Le scan 3D avec Artec Spider a été crucial pour permettre cette compréhension en trois dimensions. »

L’équipe du laboratoire a décidé d’autoriser le téléchargement gratuit de tous les modèles de la bibliothèque de façon à ce que les étudiants et les professeurs puissent utiliser les fichiers, les modifier et se les approprier comme bon leur semblait.

Modèle 3D d’une coquille de nautile réalisé avec Artec Spider

Posséder les copies 3D exactes de divers spécimens et matières a également permis à l’équipe d’apporter une nouvelle perspective aux cours de biomimétisme.

« Un des sujets sur lesquels nous travaillons au labo est le biomimétisme, autrement dit le fait de puiser son inspiration dans la nature pour créer des solutions, explique Jennifer Bissonnette. En disposant d'une collection numérique de différentes formes et matières naturelles, nous pouvons analyser celles-ci et les importer dans d’autres logiciels où nous pouvons construire et modifier des structures en fonction de ce que nous voulons créer. »

Grâce à cette nouvelle approche, le prêt d’objets auparavant exclusivement réservés à un usage interne a également pu être organisé.

« En temps normal, nous prêtons une multitude de spécimens comme le fait une bibliothèque ordinaire : une boîte en verre fait main contenant un papillon, par exemple, ou certains types de coquillages et toutes sortes de petits spécimens, commente Benedict. Des pastilles rouges sont apposées aux objets qui ne peuvent pas sortir du labo. Le scan 3D nous a permis de prêter en quelque sorte ces derniers pour que les étudiants et les enseignants puissent interagir avec eux après les heures de cours ou à distance. Cela a vraiment révolutionné la procédure de prêt. »

Le catalogue numérique de modèles 3D a offert un autre avantage : la possibilité d’être en contact avec une communauté internationale de créateurs et de chercheurs.

« Nous avons reçu beaucoup de commentaires enthousiastes de personnes qui avaient intégré nos scans 3D à leurs œuvres d’art, à des dessins pour des jeux vidéo ainsi qu’à d’autres disciplines, se réjouit le biologiste. Des confrères nous ont aussi aidés à identifier certains spécimens. Par exemple, ce que nous avions étiqueté sur Sketchfab comme un crâne de chinchilla s’est révélé être un crâne de rat musqué. »

Une méthode bien rodée

Le processus de scan a lui aussi dû être adapté à la pandémie. Étant donné que presque tout le monde travaillait ou étudiait en distanciel, c’est Benedict Gagliardi qui s’est mis à scanner divers spécimens à la demande de professeurs ou d’étudiants pour compléter la nouvelle bibliothèque.

« La bibliothèque virtuelle n’était soudain plus seulement intéressante pour les étudiants et le corps professoral mais essentielle pour qu'ils puissent continuer à avoir accès à la collection », souligne Jennifer Bissonnette.

Bien que chaque spécimen soit unique, la plupart des objets du laboratoire sont scannés selon une méthode identique.

L’équipe scanne d’abord le dessus et les côtés de l’objet, puis retourne celui-ci et scanne son dessous et ses côtés. Elle utilise une boîte à lumière pliable d’ORANGEMONKIE pour obtenir une texture de haute qualité éclairée de façon homogène ainsi qu’un plateau tournant électrique pour un scan fluide et stable.

« Dès la première fois que j’ai utilisé le scanner, j’ai été ébahi, surtout quand j’ai vu ce que le logiciel Artec Studio pouvait accomplir, commente Benedict. Vous obtenez un scan brut et vous vous dites que c’est cool qu'il ressemble à ce que vous scannez. Mais le produit final, le maillage travaillé, est si raffiné comparé au scan initial que je reste bouche bée à chaque fois que je le vois. »

Une fois le scan terminé, l’équipe traite les données en utilisant le mode Pilote automatique dansArtec Studio. Ensuite, le modèle final est exporté en l’état directement dans Sketchfab ou, dans certains cas, d’abord dans Blender pour un post-traitement complémentaire. « Les scans produits par Artec Studio sont d’une qualité si élevée que, souvent, nous exportons simplement le scan et cela suffit », ajoute le biologiste.

Actuellement, la collection numérique compte entre 500 et 600 scans, dont près de 400 sont déjà disponibles au téléchargement dans Sketchfab.

Futurs projets

En créant sa bibliothèque virtuelle de spécimens scannés en 3D, l’équipe du Nature Lab a donné accès à certains des plus beaux artefacts naturels de la célèbre collection d’Edna Lawrence – pas uniquement aux étudiants et professeurs de la Rhode Island School of Design mais aux écoles et institutions qui n’ont peut-être pas accès à ce genre de ressources. Cela leur permet également d’échanger et de collaborer avec des universités et musées qui utilisent desscanners Artec, la photogrammétrie ou d’autres méthodes de numérisation.

« Je continue de recevoir des commentaires, des messages de remerciement et des demandes aussi bien de professionnels que d’amateurs issus du monde de l’art et des sciences, se réjouit Benedict. Récemment, un gestionnaire de projets d'un des plus grands fournisseurs au monde de services techniques aux musées m’a contacté pour s’assurer qu’il pouvait utiliser notre modèle de tortue peinte pour un projet de moulage. Je suis impressionné par la multitude et la diversité de contacts auxquels cette plateforme, cette ressource unique, a donné lieu. »

Par ailleurs, la collection virtuelle continue d’être extrêmement importante pour les étudiants, professeurs et autres utilisateurs qui apprennent à créer leurs propresmodèles 3Dgrâce à Artec Spider. Dans le cadre de plusieurs cours à distance donnés par la Rhode Island School of Design, la collection numérique continue d’être utilisée comme outil d’apprentissage et est un atout précieux pour l’élargissement des programmes de formation continue proposés par l’école via ses plateformes numériques.

« Nous comptons assurément continuer à étoffer nos ressources numériques à distance, ajoute le biologiste. La pandémie nous a montré à quel point elles étaient précieuses. Sans Artec Spider, nous n’aurions pas pu gérer aussi bien cette année en distanciel. »