la réalité augmentée aux forges de paimpont · la réalité augmentée aux forges de paimpont...
TRANSCRIPT
La réalité augmentée aux Forges de Paimpont
Comment mettre en valeur le patrimoine historique et industriel des Forges ?
Cédric Rajaofera-Renard
Septembre 2013
IPSI 1, École Centrale de Nantes, [email protected]
Je tiens à remercier M. de la Paumelière,propriétaire des Forges pour son accueil et sonaide précieuse ainsi que M. Laroche pour sonaccompagnement durant tout ce projet. Mesremerciements vont aussi à M. Cotte pourson expertise et ses corrections sur mon tra-vail, ainsi qu'à M. Castagnet, maquettiste,pour toutes les explications qu'il nous a don-nées. L'aide des guides du site, Mmes Cher-ruault et Müller, m'a aussi permis d'avan-cer dans ce projet.
Durant l'année scolaire passée, nousavons travaillé à la conception d'une ma-quette numériques des Forges de Paim-pont avec CamilleMarchand et YrvannEmzivat. J'ai par la suite continué ceprojet seul sous la direction de FlorentLaroche. L'objectif n'était pas seule-ment de produire de belles images dusite, mais de développer un modèle in-teractif. Aujourd'hui, il ne subsiste pasde matériel industriel sur place, et il estrelativement di�cile pour un visiteur de
1. Ingénierie des Produits et Systèmes Industriels
1
comprendre comment les Forges s'orga-nisaient. Nous avons utilisé un logicielde CAO 2 ainsi que des outils issus dumonde du jeu vidéo. Il y a des maquettessur place que nous avons numérisées etqui nous ont beaucoup aidées pour lasuite de la modélisation. À terme, les vi-siteurs pourront interagir avec une dalletactile pour visiter les Forges ou mêmetester la réalité augmentée avec des ta-blettes. Tout ce processus se nomme Ar-chéologie Industrielle Avancée car il né-cessite l'usage des nouvelles technologiespour comprendre les anciens procédésindustriels.
Archéologie Industrielle Avancée, Réalité
augmentée, Modélisation 3D, Scan 3D, Ingé-
nierie à rebours, Patrimoine Industriel, His-
toire et Techniques, Forges, Paimpont
Table des matières
1 Contexte 2
2 Les Forges de Paimpont 22.1 Histoire résumée . . . . . . . . 22.2 Objectifs . . . . . . . . . . . . . 32.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . 3
2.3.1 Le Bocard . . . . . . . . 32.3.2 Les Hauts-Fourneaux . . 32.3.3 L'A�nerie . . . . . . . . 42.3.4 Le Laminoir . . . . . . . 42.3.5 La Fonderie . . . . . . . 42.3.6 Vue d'ensemble . . . . . 4
3 L'Application : Forges V3 83.1 Le module Visite virtuelle des
Forges . . . . . . . . . . . . . . 83.2 Réalité Augmentée . . . . . . . 83.3 Explorer les Forges . . . . . . . 8
1 Contexte
L'idée est d'utiliser les nouvelles technolo-gies pour comprendre et faire comprendre com-ment les Forges fonctionnaient. Il est en e�etpossible de recréer virtuellement les Forges sur
ordinateur à l'aide des logiciels courammentutilisés dans l'industrie.
Une fois que le modèle ou maquette nu-mérique est construit, il est possible de l'uti-liser à des �ns pédagogiques : on peut analy-ser comment le site s'organisait, l'observer soustoutes ses coutures ou encore l'animer. Il fautque la maquette soit fonctionnelle, c'est-à-direqu'elle permette de comprendre, et ainsi, debeaux graphiques ne sont absolument pas l'ob-jectif. Une fois que la modélisation est termi-née, il reste encore tout le travail qui consisteà exploiter, mettre en valeur le résultat ob-tenu. Comme une image �xe ne su�t pas, nousavons créé des animations ainsi qu'une applica-tion qui permet de visiter les Forges sur Smart-phone, Tablette 3 ou PC.
Il y a aussi un substantiel travail de re-cherche avant de commencer à modéliser pourcomprendre comment le site fontionne, et cea�n de produire un modèle cohérent et qui re-�ète les procédés industriels utilisés.
2 Les Forges de Paim-
pont
2.1 Histoire résumée
Les Forges de Paimpont ont été fondées en1645 dans la forêt de Brocéliande. Si la produc-tion initiale était de petite échelle, les Forgesont grandi au cours des années jusqu'à leurapogée en 1850. À cette époque, les Forges ap-provisionnaient les arsenaux de Brest et Lo-rient. Elles ont également été sollicitées pourla reconstruction de Rennes après l'incendiede 1720 et la guerre d'indépendance des États-Unis d'Amérique. Elles étaient le principal em-ployeur de la région et l'essentiel des ventes sefaisant dans un rayon de 50 km. Malheureuse-ment, la concurrence de la machine à vapeuralliée au relatif isolement des Forges conduisità leur fermeture en 1880.
Les Forges avaient accès aux trois élémentsvitaux :
2. Conception Assistée par Ordinateur
3. Android seulement
2
� l'eau était nécessaire pour entraîner lapuissante machinerie qui équipait lesForges : la pompe à air des Hauts-Fourneaux, le Laminoir, le Bocard ou en-core les Martinets de l'A�nerie.
� le bois des alentours servait à produire ducharbon de bois qui alimentait ensuite lesfours à réverbère et les Hauts-Fourneaux.
� le minerai de fer était aussi un compo-sant essentiel, et le sol autour des Forgesen est assez riche.
Le fer produit aux Forges était assez re-nommé puisqu'on a retrouvé des textes assu-rant qu'il rivalisait avec les meilleurs fers deSuède et d'Espagne.
2.2 Objectifs
L'idée était de créer un modèle animé desForges a�n d'aider les visiteurs à comprendrel'ensemble des Forges.
Nous avons scanné la maquette des Hauts-Fourneaux et nous l'avons importée dans lelogiciel de CAO Catia V5 R21. Nous noussommes aussi aidés des plans qui datent de1820 et décrivent le projet d'extension desForges. Ils sont à présent stockés aux archivesnationales. En�n, nous avons visité le site etnous en avons pro�té pour prendre de nom-breuses photos et mesures.
2.3 Résultats
Tous les mécanismes ci-dessous peuventêtre animés.
2.3.1 Le Bocard
Le Bocard servait à réduire le minerai enpoudre avant de le placer dans les Hauts-Fourneaux. La roue est entraînée par la force
de l'eau, les sabots soulèvent alors les pilonsqui retombent ensuite sous l'e�et de la gravité.
2.3.2 Les Hauts-Fourneaux
Ils sont chargés par le haut en mineraiconcassé, castine et charbon de bois. Ils fonc-tionnaient en continu. La température qui yrégnait était telle qu'ils fonctionnaient en alter-nance a�n de permettre une maintenance sansfaille. Plusieurs fois par jour, un petit trou étaitfait dans le mur de brique pour laisser la fonteen fusion s'écouler dans une trace préalable-ment faite dans le sable. Elle se solidi�ait alorsen gueuse qui pouvait peser plusieurs centainesde kilogrammes.
Comme il n'y avait pas assez de place entreles Hauts-Fourneaux et la digue, une pompe àair a remplacé les sou�ets usuels.
2.3.3 L'A�nerie
3
L'A�nerie sert à transformer la fonte issuedes Hauts-Fourneaux en fer. Pour cela, la fonteest fondue dans des fours en présence d'un fort�ux d'air a�n de la décarburer. On obtient en-suite de la loupe de fer poreuse que l'on peutcompacter sous les marteaux nommés Marti-nets.
2.3.4 Le Laminoir
Le Laminoir est utilisé pour produire delongues pièces de métal tels des rails de che-min de fer. La fonte est tout d'abord trans-formée en fer dans des fours à Puddler : toutcomme un four à réverbère le feu n'est pas encontact avec le métal, mais le charbon de boisest remplacé par du coke 4 et des composantschimiques sont placés dans le laboratoire. Lefer est ensuite réchau�é dans des fours à ré-verbère et passe ensuite entre les rouleaux duLaminoir.
Tant dans les fours à Puddler que dans lesfours à réverbère, le feu est en en contrebas dumétal et c'est la réverbération qui chau�e lemétal.
2.3.5 La Fonderie
La Fonderie sert à refondre la fonte issuedes Hauts-Fourneaux dans des fours à réver-bère a�n d'obtenir de la fonte plus homogène.Celle-ci est ensuite moulée.
2.3.6 Vue d'ensemble
Voici un aperçu de l'ensemble des Forges.La Laminoir est le grand bâtiment au pre-mier plan avec sa charpente de bois. L'A�-nerie est le bâtiment sur la gauche aussi dé-pourvu de toit. Les deux Hauts-Fourneaux sontdans l'arrière-plan juste derrière l'A�nerie etprès de l'Étang des Forges. À droite des Hauts-Fourneaux se dresse le Bocard. Dans l'arrière-plan sur la droite se trouve la Fonderie. Lesdeux autres grands bâtiments étaient utiliséspour le stockage. Quant à la petite construc-tion à côté du Laminoir, il s'agit de l'atelier duTour.
Les pages suivantes détaillent l'ensemble ducomplexe industriel avec tous les �ux.
4. Aussi appelé coke
4
5
Matièrespremières
Usineàfer
Bois Fondant Minerai Eau
Taillis : charbon de boisCalcaire provenantde l'extérieur du
massif de Paimpont
Extraction, tri, la-vage, transport Étang, canalisations
Stockage dans leshalles à charbon
1© Concassage éven-tuel avec le Bocard
2©
Haut Fourneau
Transformation du mi-nerai en fonte liquide
3©
Déchets (laitier) Coulée en forme de gueuse
Roues hydrauliques action-nant les diverses machines :� sou�ets des hauts four-neaux ;
� bocard ;� martinet ;� laminoir.Coulée en moule (fonte
dite de 1ère fusionRefonte et couléedite de 2ème fusion
3©
A�nage
4©
Loupe de fer
Cinglage au martinet5©
Barreaux de fer
Mise en forme àchaud au laminoir
7©
Plates-bandes
Découpe à chauddans la fenderie
Objets en fontede 1ère fusion
Objets en fontede 2ème fusion
Objets en fer : plates-bandes, rails, poutres. . .
Baguettes defer : clouterie. . .
6©Puddlage
6
3 L'Application : Forges
V3
Nous avons réussi à importer le modèledans le moteur de jeu Unity 3D V4 a�n d'ap-porter plus d'interactivité.
3.1 Le module Visite virtuelle
des Forges
Il est à présent possible de naviguer entreles di�érents bâtiments avec de la fumée ani-mée, les outillage en fonctionnement et des ex-plications. Il est aussi possible de tourner lacaméra.
3.2 Réalité Augmentée
Nous avons réussi à implémenter la réalitéaugmentée à notre modèle qui peut être utiliséesur Smartphone et Tablette Android. Il su�tde viser une image cible, et les Forges animéesapparaissent sur l'écran.
Le Smartphone analyse l'image et place la ma-quette par dessus. Le motif complexe permetau logiciel de savoir très précisément où il se si-tue par rapport à l'image dans toutes les condi-tions d'éclairage. Le résultat est un mélange dela réalité et du monde virtuel qui fonctionneplutôt bien. Le son s'adapte aussi en fonction
de la position : si vous vous approchez des Mar-tinets, la volume de ces derniers augmente etvice-versa.
3.3 Explorer les Forges
Il permet de se déplacer librement dans lesForges en utilisant les �èches du clavier. Il apour but de donner de l'interactivité commedans un jeu vidéo. La visiteur peut ainsi voirles Forges sous toutes leurs coutures. Vous pou-vez ainsi déplacer un robot, le faire sauter oufaire un salut du bras. Le moteur physique secharge de détecter les collisions.
Conclusion
Ce projet m'a aussi permis de me familia-riser avec des aspects de l'industrie que j'avaispu mettre de côté par le passé : une instal-lation industrielle a un impact sur la sociétéqui l'entoure. Il s'agit de comprendre les inter-actions entre les di�érentes parties prenantespour voir dans quel contexte l'histoire s'est dé-roulée. Pour moi, il est essentiel d'aborder cesdi�érents sujets et ne pas se contenter de mo-déliser sans chercher à comprendre comment,
7
pourquoi, et dans quel contexte les Forges ontété construites.
Un autre aspect qui m'a attiré dans ce pro-jet et le fait d'utiliser des nouvelles techno-logies pour mettre en valeurs des savoir-fairedu passé. Répondre à cette problématique né-cessite un réel travail de synthèse entre lesdi�érentes facettes des Forges, il faut en ef-fet combiner plusieurs disciplines complémen-taires : histoire, technique, géographie, hydro-graphie. . .
Je suis resté en contact régulier à M. de laPaumelière a�n de m'assurer que le travailque je faisais était conforme à ses attentes. Ilest déterminé à faire la promotion du site his-torique des Forges, et j'espère sincèrement quece projet que j'ai mené sous la direction de M.Florent Laroche pourra y contribuer.
Pour plus d'information à propos de ce pro-jet, n'hésitez pas à contacter mon tuteur La-roche 5, ou moi-même.
Références :� La fédération Carrefour de Trécéliens,Les Forges de Paimpont : Une acti-
vité industrielle du XV IIème au XIXème
siècle.� S.I.V.U., Le Fer : Forges et Métallurgie
en Brocéliande, SIAM Productions.� Diderot & d'Alembert, L'Encyclo-
pédie : Forges, Bibliothèque des Arts,Sciences & Techniques, 2004.
� Site historique des Forges de Paimpont,disponible sur http://forgesdepaimpont.fr/,consulté en juillet 2013.
� Wikipedia, Puddlage, disponible surhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Puddlage,consulté en août 2013.
� Danny Doodayle, Making your �rst
Augmented Reality project with Unity,available on http://www.dannygoodayle.com/2013/03/01/making-your-�rst-project-with-unity-and-augmented-reality/, consulté en août 2013.
8