Cadre méthodologique pour la rétroconception paramétrique assistée par intelligence artificielle. Cas des thermes impériaux romains en Afrique du Nord

SHS Web of Conferences 203, 02004 (2024) SCAN’24 https://doi.org/10.1051/shsconf/202420302004 Cadre méthodologique pour la rétroconception paramétrique assistée par intelligence artificielle. Cas des thermes impériaux romains en Afrique du Nord Methodological Framework for Parametric Reverse Engineering assisted by Artificial Intelligence. Case of the Imperial Roman Baths in North Africa Zaineb Naifer1,3,*, Damien Claeys1,2, Karim Bouaita3, et Louis Roobaert1,2 1TSA-LAB, LAB, UCLouvain, Rue Wafelaerts 47/51, 1060 Bruxelles, Belgique UCLouvain, Rue Wafelaerts 47/51, 1060 Bruxelles, Belgique 3GADEV, ENAU, UCAR, Rue El Qods Sidi Bou Said, 2026 Tunis, Tunisie 2LOCI, Résumé. Un cadre méthodologique de restitution de thermes romains en ruines est proposé et comprend deux phases reposant sur l’application de deux méthodes distinctes : (1) la rétroconception paramétrique du processus de conception des édifices pour identifier des méthodes et des règles permettant de les modéliser, aboutissant à la création d’un modèle paramétrique de jeu de données (PDSM) ; (2) l’intelligence artificielle pour développer un modèle de complétion artificiellement intelligent (AICM), capable de reconstituer des plans fragmentaires. Le cadre méthodologique comprend cinq étapes (analyse des données, prétraitement, choix de l’algorithme, complétion des plans, post-traitement). Deux étapes sont plus particulièrement développées ici : (1) l’analyse des données menant à la création du PDSM ; (2) la sélection de l’algorithme approprié au modèle AICM. Le corpus étudié comprend 29 thermes impériaux romains (23 situés en Afrique du Nord et 6 à Rome), qui présentent des variations quant à l’avancement des fouilles et à la disponibilité documentaire. Mots-clés. rétroconception architecturale, intelligence artificielle, conception paramétrique, thermes impériaux romains, Afrique du Nord Abstract. A methodological framework for the reconstruction of roman baths in ruins is proposed, consisting of two phases based on the application of two distinct methods: (1) the parametric reverse-engineering of the design process of the buildings to identify methods and rules for modeling them, leading to the creation of a parametric dataset model (PDSM); (2) artificial intelligence to develop an artificially intelligent completion model (AICM) capable of reconstructing fragmentary plans. The methodological * Corresponding author: © The Authors, published by EDP Sciences. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). SHS Web of Conferences 203, 02004 (2024) SCAN’24 https://doi.org/10.1051/shsconf/202420302004 framework includes five steps (data analysis, preprocessing, algorithm selection, plan completion, and post-processing). Two steps are particularly developed here: (1) data analysis leading to the creation of the PDSM; (2) the selection of the appropriate algorithm for the AICM model. The studied corpus consists of 29 roman imperial baths (23 located in North Africa and 6 in Rome), which show variations in the progress of excavations and the availability of documentation. Keywords. reverse engineering, artificial intelligence, parametric design, imperial roman baths, North Africa 1 Contexte, objectif et méthode de recherche La méthode de rétroconception architecturale présentée ici s’intègre dans la continuité de plusieurs recherches menées à l’École Nationale d’Architecture et d’Urbanisme de Tunis (ENAU) : (1) à partir des travaux d’Herbert A. Simon, d’Arthur Koestler et de Michel Serres, Mounir Dhouib [1] a élaboré un modèle topologique et cognitif permettant de comprendre une architecture donnée par sa décomposition en plein (les parois et la toiture) et en vide (les espaces intérieurs) ; (2) ce modèle a été testé par Karim Bouaita [2] en l’appliquant à l’analyse et à la décomposition d’un corpus de thermes impériaux romains (Rome et Tunisie), pour reconstituer, à rebours, le processus de conception architecturale et pour retrouver les règles régissant les plans de ces édifices ; (3) la recherche a été prolongée par Imen Soussi [3] en étudiant le vide, à l’aide d’un logiciel statistique (SPSS) et d’une modélisation paramétrique (Rhinoceros3D/Grasshopper), pour déduire la forme de la toiture d’un composant élémentaire à partir de la géométrie de sa trace au sol. Par transposition, le processus de rétroconception est analogue au concept informatique de la reverse engineering [ingénierie inverse], initialement utilisé dans le cadre de l’étude de cycles de vie de programmes informatiques [4]. Ce concept a été ensuite utilisé en ingénierie et plus particulièrement en mécanique. La rétro-ingénierie est « l’analyse de la structure d’un objet préexistant, pour redécouvrir les techniques d’élaboration et de fabrication ayant permis de le construire, ou dans le but d’en dévoiler les secrets, afin de l’exploiter » [5]. Sans être nommée comme telle, la rétro-ingénierie est une pratique ancienne. Ainsi, l’historien grec Polybe du IIe BCE explique dans ses Histoires [6] que les romains, après avoir capturé et analysé la composition d’une birème phénicienne, en ont copié et amélioré les techniques de fabrication. Ce concept a été ensuite transposé à l’étude des processus de conception architecturale sous le nom de rétroconception. En partant de l’idée que le mot processus indique le fait d’avancer, pas à pas, pour aboutir à quelque chose et que la conception dénote l’effort cognitif de prendre ensemble par la pensée, alors tout concepteur engagé dans un processus de conception opère sur une succession d’états du modèle mental qu’il lui associe [7]. De là, opérer une rétroconception est la tentative de décrire, à rebours, cette succession d’états pour élargir la connaissance du processus de projettation ayant présidé à l’instauration d’un édifice, accessible aujourd’hui de manière incomplète parce qu’il est en ruine. Le présent article décrit un plan détaillé d’une méthode originale de restitution de plans de thermes impériaux romains d’Afrique du Nord intégrant la rétroconception paramétrique et l’intelligence artificielle. L’objectif est double : (1) construire un Parametric DataSet Model (PDSM) par le biais de la rétroconception paramétrique, utilisant Rhinoceros3D/Grasshopper, sur une collection d’objets patrimoniaux (un corpus de thermes impériaux romains) ; (2) présenter la structuration de l’algorithme du Artificial Intelligence Completion Model (AICM), en cohérence avec les scripts paramétriques dérivés du PDSM, 2 SHS Web of Conferences 203, 02004 (2024) SCAN’24 https://doi.org/10.1051/shsconf/202420302004 afin de développer un modèle capable de compléter et de restituer les plans des thermes incomplets. 2 Apprentissage automatique en architecture La méthode de rétroconception présentée ici tire parti de l’intelligence artificielle (IA), en particulier de l’apprentissage automatique (ML). La confér (...truncated)