Fragment numérisé de la fresque du théâtre antique d'Orange, programme Convergence NumérO

Des sciences aux humanités, trois grands projets interdisciplinaires

L’Institut du calcul et de la simulation, ICS@SU, est porteur ou partenaire de trois grands projets interdisciplinaires, emblématiques du potentiel d’innovation offert par les outils numériques et des atouts de Sorbonne Universités sur ce front.

Calsimlab : un Laboratoire d’excellence axé sur la chimie et la biologie

Porté par ICS@SU, le Labex Calsimlab associe plusieurs disciplines de l’UPMC (chimie, biologie, mathématiques, informatique…) autour de deux thématiques à fort enjeu scientifique et industriel : la biologie et la chimie computationnelles. Objectif : concevoir des modèles et des algorithmes qui, à terme, devraient par exemple permettre de mieux comprendre les assemblages moléculaires, mais aussi de synthétiser virtuellement les molécules complexes des médicaments du futur et de simuler leurs propriétés, ou encore de développer de nouvelles techniques de diagnostic. Avantage : dans ces domaines, les chercheurs possèdent déjà une culture de la transdisciplinarité. « Les mathématiciens travaillent depuis longtemps avec les chimistes et les biologistes – en particulier en France, pays parmi les plus en pointe dans l’interaction entre chimie théorique et mathématiques appliquées, explique Pascal Frey, directeur d’ICS@SU. Paris concentre probablement la moitié de la force de frappe mondiale dans ce domaine et l’UPMC représente l’essentiel de ces 50%. Nous avions donc déjà de solides atouts sur les thématiques qui sont celles de Calsimlab, mais le label de Laboratoire d’excellence a servi d’accélérateur : il garantit des financements pour dix ans, ce qui permet de lancer des projets au gré des idées de collaboration, sans avoir à attendre un appel d’offres. En deux ans, nous avons par exemple financé plus d’une vingtaine de thèses et de contrats postdoctoraux sur des sujets interdisciplinaires, ce qui aurait été inenvisageable sans ce support. » 

Toujours dans le cadre des actions de Sorbonne Universités, ICS@SU et le Labex ont créé une école d’été consacrée à la chimie et à la biologie computationnelles ou à des sujets connexes, comme les techniques de visualisation des résultats du calcul scientifique. D’une durée de quatre semaines, elle se déroule à la station biologique de Roscoff (UPMC, CNRS), en Bretagne, et accueille des étudiants de niveau L3 à M2 de différentes disciplines (mathématiques, informatique, chimie, biologie, physique…), venus de Sorbonne Universités ou d’autres établissements français et étrangers. « Qu’ils s’orientent vers la recherche ou vers l’industrie, il est essentiel d’ouvrir les étudiants au dialogue interdisciplinaire que requièrent le calcul et la simulation le plus tôt possible dans leur cursus, souligne Pascal Frey. C’est le principe de cette formation : leur donner l’opportunité, dès la licence, d’acquérir un langage commun avec d’autres disciplines, une capacité à travailler aux interfaces. Et c’est un succès : l’école attire d’excellents étudiants, très motivés, qui, ensuite, peuvent éventuellement s’orienter vers une thèse interdisciplinaire financée par le Labex. » 

FaciLe : un vaste éventail d’expertises autour d’un sujet novateur

Autre grand projet transverse porté par ICS@SU : FaciLe, une des chaires thématiques de Sorbonne Universités. Elle associe quatre membres de la communauté (MNHN, Paris-Sorbonne, UMPC, UTC), mais aussi l’Université Paris Descartes, l’AP-HP et la Préfecture de police de Paris. Objectif : développer des méthodes, des modèles mathématiques et des algorithmes pour reconstituer virtuellement en 3D le visage d’une personne ou la tête d’un animal à partir d’un squelette crânien. A la clé, des applications en paléontologie, histoire et muséographie pour représenter des hommes ou animaux préhistoriques ou bien des personnages historiques de la manière la plus vraisemblable au regard des connaissances scientifiques. Pour l’instant, la seule solution est en effet de faire appel à des artistes sculpteurs dont l’interprétation peut être subjective. Mais, à plus long terme, il s’agit aussi de disposer d’outils pour l’identification judiciaire de cadavres. Autant d’objectifs ambitieux, car jusqu’à présent, aucune tentative de reconstruction faciale numérique n’a donné satisfaction. « Les approches sont essentiellement fondées sur l’épaisseur moyenne des tissus mous du visage selon les types humains, le sexe et l’âge, explique Pascal Frey. Mais, dans la réalité, l’épaisseur des tissus mous peut varier de plusieurs centimètres par rapport à la moyenne. Cette méthode n’est donc pas très fiable, surtout pour identifier une personne. L’idée est de la croiser avec d’autres données, comme la connaissance des muscles sous-jacents. Ensuite, l’objectif ultime serait de développer un algorithme permettant d’identifier automatiquement la personne en confrontant le visage reconstruit à une base de données de disparus. Ce qui suppose, entre autres, de comprendre les mécanismes qui font que nous reconnaissons quelqu’un. » Pour relever ces défis, FaciLe a misé sur la multidisciplinarité de Sorbonne Universités et mobilisé une palette d’expertises particulièrement vaste : anthropologie, biologie, biomécanique, informatique, ingénierie, mathématiques théoriques et appliquées, médecine légale, chirurgie maxillo-faciale, archéologie et histoire. 

NumérO : la simulation au service de l’archéologie gallo-romaine 

ICS@SU est également partenaire de NumérO : un projet porté par Paris-Sorbonne et soutenu par le programme Convergence de Sorbonne Universités, qui vise à reconstituer une frise dionysiaque du mur de scène du théâtre antique d’Orange brisée en une centaine de blocs de marbre. Pour cela, il s’agit de numériser les pièces en 3D à l’échelle 1 et de développer des outils graphiques et interactifs permettant d’assembler le puzzle sur l’écran géant de l’Institut du calcul et de la simulation. Grâce à cette technique, les archéologues pourront tester différents scénarios d’assemblage beaucoup plus aisément qu’en manipulant les blocs de marbre et aboutir à un résultat plus fiable que les reconstitutions réalisées jusqu’à présent. En outre, le projet pourra par la suite déboucher sur des applications en muséographie, pour présenter cette frise virtuelle ou d’autres pièces au public.