20 MAI 2019

La tâche monumentale de reconstruction et de restauration de Notre-Dame de Paris ne fait que commencer. Parmi les questions inhérentes à ce chantier complexe, se pose celle de la restauration de l’acoustique. Pour y répondre, le modèle numérique de l’acoustique de la cathédrale développé par Brian FG Katz, directeur de recherches CNRS à l’institut Jean Le Rond d’Alembert 1, pourrait être d’une aide précieuse.

Ghost Orchestra
Ghost Orchestra © CNRS

Depuis une trentaine d’années, l’équipe Lutherie Acoustique Musique (LAM) 2 de l’institut Jean Le Rond d’Alembert mène une série d’études à Notre-Dame afin de documenter l’acoustique unique de ce site. Une première série de mesures a été réalisée en 1987 sur demande du Ministère de la Culture, afin d’étudier la possibilité de construire un nouvel orgue. En 2015, Brian FG Katz, chercheur de l’équipe LAM, a développé un modèle numérique de l’acoustique de l’édifice dans le cadre du projet Ghost Orchestra.

Un modèle de l’acoustique en réalité virtuelle

En partenariat avec le Conservatoire de Paris (CNSMDP), l’équipe a d’abord réalisé en 2013 un enregistrement ultra précis du concert donné dans la cathédrale à l'occasion du 850e anniversaire de Notre-Dame de Paris : l’oratorio de La Vierge de Massenet.

« Nous avons voulu reconstituer les caractéristiques sonores de la cathédrale, au-delà de la seule géométrie des lieux », explique Brian FG Katz qui avait déjà travaillé sur la reconstruction historique de plusieurs théâtres parisiens.

Afin d’obtenir une interprétation spatialement exacte du son, les chercheurs ont utilisé des technologies acoustiques de pointe, comme des micros omnidirectionnels et des têtes artificielles qui captent le son de la même façon que l’oreille humaine. En croisant ces mesures recueillies à différents endroits de la cathédrale avec les données architecturales du lieu, ils ont réussi à construire un modèle numérique acoustique de l’espace grâce au logiciel de simulation numérique 3.

« Dans ce modèle, explique le spécialiste d’audio 3D, nous avons recréé l’architecture 3D de la cathédrale et attribué des valeurs acoustiques à chaque type de surface (pierre, bois, vitraux, peintures, etc.). C’est comme si l’on ajoutait dans une image 3D les couleurs et les textures de chaque surface. Ici il s’agit de textures acoustiques. » 

Résultat : les auditeurs peuvent aujourd’hui vivre le concert selon différentes perspectives et bénéficier d’une expérience immersive en naviguant virtuellement à l'intérieur de la cathédrale 3D.

Brian FG Katz s’est donné pour ambition de reproduire un son aussi fidèle que possible afin qu'un auditeur puisse profiter du concert virtuel comme s’il était réellement présent dans l'enceinte sacrée (à écouter sur casque).

A la croisée des disciplines

Pour créer ce modèle acoustique virtuel, les chercheurs ont travaillé en étroite collaboration avec des historiens et en particulier avec Andrew Tallon, historien de l’art et spécialiste en architecture gothique. Ils ont notamment utilisé les scans 3D de Notre-Dame réalisés par l’historien pour vérifier certains éléments architecturaux de leur modèle, comme la hauteur et courbure des voûtes.

« L’acoustique est une science du détail. La forme, la position et les matériaux de chaque élément, sculpture, boiserie, etc., peuvent modifier l’acoustique, affirme Brian FG Katz. Avant l’incendie, il y avait une quantité non négligeable de panneaux de bois et de peintures dans la cathédrale, souligne le chercheur. Ces petits éléments d'absorption et de diffusion acoustiques avaient des conséquences non négligeables sur la sonorité de l’espace. »

Un apport précieux pour la reconstruction de la cathédrale 

Grâce à ce modèle, les chercheurs possèdent désormais une description précise de l’acoustique de Notre-Dame de Paris qui va pouvoir être utile pour sa reconstruction.

« Avec notre modèle virtuel, nous sommes aujourd’hui en mesure de guider les architectes dans leur choix de restauration en simulant l’impact des différents matériaux sur l’acoustique de la cathédrale », souligne le chercheur.

L’importance des sciences de l’acoustique dans les travaux de restauration patrimoniale n’est plus à démontrer. Brian FG Katz évoque ainsi l’incendie de la Fenice à Venise. Les mesures acoustiques de l’opéra effectuées avant l’incendie ont permis à l’équipe de restauration italienne de retrouver et de restituer l’acoustique originelle de l’opéra.

Voyager à travers les époques et vivre de nouveaux concerts

Plus encore, le modèle virtuel offre aux chercheurs l’opportunité d’observer les évolutions de ce site historique et réentendre l’acoustique de Notre-Dame telle qu’elle était à différentes époques.

« L’acoustique de la cathédrale d’aujourd’hui n’est pas la même qu’il y a 100 ans ou 700 ans, souligne le chercheur. Dans le passé, il y avait certainement moins de réverbération. La fonctionnalité de la salle était complètement différente. La peinture des murs, les tapis, les draps en laine ou en soie, les décors, les tableaux devaient absorbaient davantage le son. »

Le modèle acoustique pourra également être utilisé pour recréer de nouveaux concerts virtuels diffusés en direct dans la cathédrale numérique. « Le Conservatoire de Paris possède plus d'une douzaine d'enregistrements de concerts à Notre-Dame que nous pouvons retravailler avec ce modèle acoustique numérique », précise Brian FG Katz. Cela permettra de retrouver, le temps d’un concert, l’acoustique « perdue » de Notre-Dame. 

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1 Sorbonne Université – CNRS. L’institut Jean Le Rond d’Alembert est membre du Collegium Musicæ de Sorbonne Université.

2 Sorbonne Université – CNRS – Ministère de la culture

3 CATT-Acoustic with TUCT