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Le visage de droite, pour lequel seul le squelette crânien était connu, a été reconstruit par modélisation mathématique à partir d’un crâne et d’un visage de référence (à gauche). Crédit : Chaire FaciLe.

Reconstruction faciale : de la sculpture au calcul scientifique

Les méthodes actuelles de reconstruction faciale en trois dimensions souffrent d’un certain nombre de limites. Ambitieuse, l’approche que teste la chaire FaciLe pour les dépasser mise sur la multidisciplinarité de Sorbonne Universités.

1. Le contexte

Reconstituer le visage d’un individu à partir du squelette de son crâne est souvent le dernier recours lorsque tous les autres procédés d’identification de restes humains ont échoué. Mais cette méthode est également utilisée en paléontologie et en archéologie – par exemple, pour mettre un visage sur les ancêtres d’Homo sapiens ou sur un personnage historique.

Pour cela, la technique traditionnelle consiste à modeler le visage à la main. Problème : elle laisse une large place à la subjectivité du sculpteur. Assez fréquemment, les visages reconstitués de cette manière ne permettent d’ailleurs pas d’identifier un individu. 

D’où l’idée d’informatiser le processus pour obtenir un résultat plus objectif et plus fiable, et pouvoir décliner rapidement plusieurs versions d’un visage de manière à faciliter l’identification. 

C’est l’objet de la chaire thématique FaciLe de Sorbonne Universités. Créée en juin 2014 pour une durée de deux ans, elle a pour mission d’explorer des pistes innovantes, afin d’ouvrir la voie à des outils numériques de reconstruction faciale en 3D efficaces et robustes.

2. Principaux axes de recherche

D’autres équipes dans le monde ont déjà travaillé sur le sujet. Les outils logiciels qu’elles ont conçus font principalement appel à des approches statistiques : par exemple, des tables anthropométriques indiquant l’épaisseur moyenne des tissus mous en différents points du visage selon le type ethnique, le sexe et l’âge des personnes. Mais, d’un individu à l’autre, l’épaisseur de ces tissus peut varier de plusieurs centimètres par rapport à la moyenne. Cette méthode ne permet donc pas forcément d’aboutir à un visage suffisamment précis pour identifier une personne. 

L’équipe FaciLe expérimente une autre alternative : la modélisation mathématique. Autrement dit, traduire en équations mathématiques les liens entre la morphologie du crâne et celle du visage, les lois qui font qu’un visage est ce qu’il est. 

Un véritable défi, car ces règles restent pour l’essentiel à établir. Mais Sorbonne Universités dispose là d’un atout : sa multidisciplinarité. Calcul scientifique et simulation, mathématiques appliquées, biologie, chirurgie maxillo-faciale, médecine légale, anthropologie, archéologie, et biomécanique : FaciLe croise un éventail d’expertises d’une ampleur inédite sur cette thématique de la reconstruction faciale. 

3. Les partenaires du projet

La chaire est portée par l’Institut des sciences du calcul et des données de Sorbonne Universités, dont le directeur, Pascal Frey, est aussi coordinateur du programme FaciLe (lire son interview). 

Outre cet institut, elle associe sept laboratoires représentant quatre établissements de Sorbonne Universités :

  • L’Université Pierre et Marie Curie :

    • Laboratoire Jacques Louis Lions (mathématiques appliquées),
    • Laboratoire de neuropathologie R. Escourolle,
    • Service de stomatologie et chirurgie maxillo-faciale,
    • Institut médico-légal de Paris.

  • Le Muséum national d’histoire naturelle : UMR Eco-anthropologie et ethnobiologie.
  • L’Université Paris-Sorbonne : UMR Orient et Méditerranée (archéologie, histoire)
  • L’Université de Technologie de Compiègne : Laboratoire de biomécanique et bio-ingénierie.

4. L’équipe projet

En raison de sa multidisciplinarité, FaciLe a, dès le départ, été conçue comme une chaire tournante.

  • La première année (2014-2015), son titulaire senior était un paléoanthropologue du Muséum national d’histoire naturelle, expert du crâne humain : Fabrice Demeter.
  • En 2015-2016, c’est un chercheur allemand, spécialiste de modélisation mathématique, qui occupe cette fonction : Peter Deuflhard.

La chaire compte également une titulaire junior, Maya de Buhan, chargée de recherche en mathématiques appliquées à l’Université Paris Descartes, et deux doctorantes :

  • Chiara Nardoni, mathématicienne,
  • Lydie Uro, mathématicienne et étudiante en médecine.