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La chevelure enfin modélisée

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Par publié le à 15h00

Une équipe pluridisciplinaire de l'Oréal, du CNRS et de l'Inria-Inpg crée le premier modèle comportemental de la chevelure. Objectif comprendre tous les paramètres qui en modifient l'aspect, afin de développer plus rapidement les produits procurant l'effe


Une chevelure est un ensemble de 120 000 à 150 000 cheveux raides, bouclés, frisés, crépus... courts ou longs, qui, au moindre mouvement se comportent chacun avec une certaine autonomie malgré les frottements et les interactions. Peut-on prévoir ces mouvements en fonction de la nature du cheveu ? La complexité d'une chevelure peut-elle être mise en équation ? Une modélisation mathématique peut-elle rendre compte avec exactitude des mouvements observés ?

Jusqu'à présent cette complexité a résisté aux tentatives des physiciens aidés des meilleurs mathématiciens soutenus par les ordinateurs les plus puissants du monde. Pour la réduire, il faut identifier un ensemble de paramètres pertinents pour décrire un cheveu puis écrire les équations qui régissent les mouvements d'une chevelure. C'est ce défi que se sont lancé en 2000 les équipes de recherche avancée du groupe L'Oréal.

Rencontre de deux univers

Au fil de décennies d'expériences, L'Oréal disposait dans le département de Connaissances Physiques de Frédéric Leroy, d'une large base de connaissances détaillant tous les paramètres qui traduisaient les caractéristiques d'un cheveu. Ces paramètres physiques et mécaniques sont des descripteurs intrinsèques et précis de la nature d'un cheveu : longueur ; rayon ; ellipticité ; frisure spontanée ; torsion ; poids et raideur. Mais jusqu'à présent, aucune tentative pour relier la forme et la dynamique d'une chevelure à ces paramètres intrinsèques du cheveu, n'avait connu de succès.

Le développement des modèles a commencé quand Jean-Luc Léveque, directeur de la Prospective de la Recherche de L'Oréal, a rencontré Basile Audoly, physicien au laboratoire de modélisation en mécanique du CNRS. Il a alors entrepris de mettre au point un modèle statique paramétrable capable de décrire le comportement mécanique d'un seul cheveu quelle que soit son origine ethnique. A partir d'un nombre limité de paramètres connus, qui peuvent varier de manière indépendante ou corrélée, il a élaboré un modèle de cheveu unique qui rend compte de toute la variété comportementale des cheveux du monde.


Du cheveu à la chevelure

Etendre ce modèle d'un cheveu unique à celui d'une chevelure complète soulève d'autres difficultés : les interactions de cheveu à cheveu ; le contact des cheveux avec la tête et avec les épaules.... L'équipe fait alors appel aux compétences d'un laboratoire d'informatique graphique de l'INRIA-INPG à Grenoble spécialisé dans la représentation des scènes complexes (champs de blé, forêts, par exemple) pour mettre au point un modèle de chevelure statique. A cette époque, dans les animations 3D, si visuellement les chevelures étaient correctement rendues, leur mouvement était, lui, encore très irréaliste, en particulier pour les mèches bouclées. Avec Florence Bertails, chercheur à l'INRIA-INPG, les équipes se mettent d'accord pour simplifier le problème en animant de manière mécanique 100 à 200 cheveux guides, selon le type de chevelure, et d'utiliser ensuite une combinaison des méthodes d'interpolation et d'extrapolation pour passer à l'échelle d'une chevelure complète comprenant des centaines de milliers de cheveux. La méthode porte ses fruits dès l'hiver 2004. Florence Bertails parvient, de manière virtuelle, à faire pousser une chevelure, à la couper, à la mouiller, à la coiffer somme toute, en jouant sur les paramètres physiques du modèle.


Le modèle de chevelure statique se confronte parfaitement à la réalité... mais le passage à une version dynamique entraîne des problèmes d'instabilité. Basile Audoly reprend alors entièrement son premier modèle de cheveu unique pour l'adapter aux contraintes de la dynamique en utilisant, pour décrire le cheveu, des arcs de cercle, baptisés "superhélices", au lieu d'éléments rectilignes. Techniquement, la mise en Å“uvre est plus difficile, mais cette solution est avantageuse, puisqu'il suffit de peu d'éléments pour reproduire un mouvement complexe - 5 à 7 éléments maximums - alors qu'avec les méthodes antérieures fondées sur les éléments rectilignes, il en fallait une centaine. Au printemps 2006, le modèle dynamique et paramétrable d'une chevelure complète voit enfin le jour.

Ce modèle ouvre un formidable champ d'expérimentation aux équipes de recherche pour le développement de nouveaux produits, car il permet de comprendre comment en jouant sur un paramètre, on peut modifier l'apparence d'une chevelure. Autant de nouvelles pistes pour trouver le moyen d'agir sur le paramètre et concevoir le produit qui permet d'atteindre l'effet attendu et inédit.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.loreal.fr

 

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