Acquisition du Modèle Numérique de Terrain autour de la grotte des Fraux

La nécessité de comprendre le fonctionnement du réseau souterrain des Fraux durant l’âge du Bronze (et d’en déterminer l’entrée originelle) nous a d’abord conduit à numériser la volumétrie de l’ensemble de la grotte puis à produire un modèle numérique de terrain (MNT) en surface. Ce « MNT », en cours de réalisation, est obtenu par photogrammétrie (instrument de mesure géométrique), sur la base du traitement de 3 images aériennes numériques de l’IGN, réalisées en 2009.

Ce travail nécessite la recherche de points homologues entre les clichés et implique un géoréférencement des images, nécessaire préalable à toute prise de mesure à partir desdites images. Pour affiner la précision du modèle, l’équipe de l’INSA (UMR 7005) a procédé, sur le terrain, sous la direction de Pierre Grussenmeyer, au géoréférencement de plusieurs points caractéristiques aux alentours de la grotte, facilement identifiables sur les clichés de l’IGN. Ce travail  a été effectué à l’aide d’un GPS différentiel. Le raccordement au cheminement polygonal réalisé dans le réseau a été établi via une station totale.

géoréférencement de points autour des Fraux à l'aide d'un GPS différentiel

raccordement au cheminement polygonal de la grotte via une station totale par Sam et Emmanuel

Étude du paléo-karst de la grotte des Fraux

Étude du paléo-karst de la grotte des Fraux

L’étude du paléo-karst de la grotte des Fraux constitue une priorité pour les 3 années à venir. Cette étude, conduite sous la responsabilité de Stéphane Jaillet (EDYTEM) et de Yves Billaud (DRASSM) permettra de comprendre la genèse, l’évolution et le fonctionnement de ce vaste ensemble souterrain. Quel processus a bien pu conduire à l’obturation du réseau à la fin de l’âge du Bronze, induisant ainsi la « fossilisation » de la grotte après plus de 2,5 siècles d’occupations intermittentes ?

Où se situait l’entrée de la cavité au moment de sa fréquentation au cours du Bronze moyen et du Bronze final ? Quelle en était la morphologie ?

Certaines phases d’effondrement de grandes dalles détachées du plafond et des parois de la cavité peuvent-elles être contemporaines ou postérieures à l’occupation protohistorique de la grotte ?

Les enjeux de cette étude sont essentiels à la compréhension des modalités d’occupation de la grotte. En mars dernier, Stéphane Jaillet a procédé au relevé cartographique des formations proches de la zone d’entrée de la grotte. La réalisation en cours d’un modèle numérique de terrain lui permettra notamment de restituer la paléo-topographie de la zone supposée former l’entrée originelle de la cavité.

Exploration du réseau par Stéphane Jaillet (EDYTEM)

Exploration du réseau par Stéphane Jaillet (EDYTEM)

 

 

Préparation d’une nouvelle campagne de numérisation de la volumétrie de la grotte des Fraux

Avec la nouvelle programmation triannuelle 2012-2014, l’équipe s’est fixée pour objectif de finaliser le relevé topographique 3D de l’ensemble des parties accessibles de la grotte des Fraux. Sur le terrain, le travail de numérisation par lasergrammétrie de la volumétrie du réseau est encore considérable. Il nécessitera la mise en œuvre de plusieurs campagnes de numérisation chaque année, notamment à l’aide du nouveau scanner 3D Focus. Si la partie gauche du réseau est traitée dans sa grande majorité, seules 5 galeries de la partie droite ont été numérisées, préalablement à la pose des passerelles de circulation (soit 150 mètres linéaires).

C’est dans le but de préparer une mission de numérisation sur le terrain, qui se tiendra  en juin prochain, que nous avons réalisé un important travail de topographie, permettant de géoréférencer, à l’aide d’une station totale, les nombreux points de calages implantés  dans 12 secteurs du réseau gauche. Le cheminement polygonal réalisé dans le réseau souterrain depuis le début des travaux a été raccordé à la surface via un GPS différentiel.

L’implantation des points de calage n’a pas été sans difficultés : la configuration de nombreux diverticules et boyaux ne permet pas de stations aisées et l’équipe a dû faire montre d’une grande adaptabilité…

Implantation d’un point de calage par Pierre Grussenmeyer (LSIIT-TRIO UMR7005)

Mise en station « extrême » par Emmanuel Moisan – élève ingénieur à l’INSA de Strasbourg

Mise en station à proximité de l’entrée de la cavité par Samuel Guillemin (UMR 7005, INSA) et Emmanuel Moisan

Suivi climatique de la grotte des Fraux

Dans le cadre de la programmation scientifique 2012-2014, le suivi climatique complet de la grotte des Fraux sera progressivement mis en place, sous la responsabilité de Delphine Lacanette. Lors de la mission de mars 2012, une première série de capteurs autonomes mesurant la température a été disposée dans la grotte. D’une précision de 0,02°C, ces capteurs ont été placés dans 4 secteurs de la grotte, qui ont a priori des comportements très différents les uns des autres.

Capteur autonome enregistrant toutes les 30 minutes la température dans la grotte des Fraux

L’autonomie de la batterie de ces capteurs est de 6 mois, ce qui nous permettra de nous faire une idée assez précise du comportement climatique de la grotte à cette échelle de temps (sans avoir besoin d’y retourner pour relever les valeurs ce qui perturberait la mesure).

Cette première installation constitue un préalable nécessaire à la mise en place d’un suivi climatique plus complet de la cavité. Nous avons en effet besoin de savoir dans quel régime se situe la grotte avant de choisir du matériel plus performant dans les gammes concernées.

À terme l’installation couvrira mieux les différents secteurs de la grotte, au moyen de sondes déportées reliées à des centrales. D’autres paramètres tels que l’humidité, le CO2 et la vitesse de l’air seront également enregistrés par Delphine, en plus de la température, de manière ponctuelle ou continue.

Pose d’un capteur autonome dans le secteur 19

Poursuite laser aux Fraux – nouveaux développements méthodologiques

François Lévêque et Viven Mathé, du laboratoire LIENSs de la Rochelle, ont profité de cette année blanche sur le terrain pour valider les derniers développements méthodologiques autour de la question du géo-positionnement dynamique (en 3D) des mesures magnétiques effectuées dans la grotte des Fraux et tester de nouveaux instruments de mesure de contact.Ces travaux exploratoires portent sur la localisation des structures de combustion de la grotte par imagerie magnétique, par la réalisation de la cartographie des anomalies locales du champ magnétique terrestre (telles qu’elles sont générées par des objets de nature archéologique).

Dans un premier temps, ces deux chercheurs rochelais avaient réalisé un travail expérimental dans les secteurs 3, 8, 13 et 18 du réseau. Ces premiers tests avaient conduit à la modification du protocole d’observation consistant en un géo-positionnement dynamique des mesures magnétiques pendant que le magnétomètre est déplacé pour couvrir l’espace étudié. L’acquisition d’une station totale plus performante ont permis d’accroître la cadence de mesures et de bénéficier d’une haute densité de points de mesure et d’une haute résolution spatiale (permettant de mieux cartographier les foyers). Une publication dédiée à ces développements méthodologiques est en cours de préparation.

Géo-positionnement dynamique des mesures magnétiques dans le secteur 29 de la grotte des Fraux

Numérisation 3D : programmation 2012-2014

La semaine de réunion organisée en juin dernier aux Fraux a été l’occasion de définir nos objectifs, en terme de numérisation 3D, pour le futur programme triennal (2012-2014). L’une de nos priorités reste bien évidemment la fin de l’acquisition de la volumétrie de la grotte dans la partie gauche, à une résolution de 1 point/mm, parallèlement à la numérisation à très haute résolution des panneaux ornés (40 microns).

Soucieux d’optimiser la phase d’acquisition des nuages de points et la qualité du rendu des modèles tridimensionnels, nous avons profité de notre séjour aux Fraux pour tester un tout nouveau modèle de laser scanner (particulièrement adapté aux milieux contraignants tel le milieu souterrain, en raison de sa petite taille et de son poids plume) : le Focus (Faro).

Suite à plusieurs tests, menés en 3 endroits différents de la cavité, l’équipe a choisi de finaliser l’acquisition volumétrique de la grotte avec cet équipement, qui permettra en outre une vitesse d’acquisition très réduite et une restitution des nuages de points en couleur.

Numérisation 3D du secteur 29 de la grotte par -Ch. Cesari avec le Focus

Numérisation 3D d’un dépôt archéologique (photographie publiée avec l’accord de E. et M. Goineaud, propriétaires de la grotte des Fraux)

…derniers tests avant publication

La semaine d’étude organisée aux Fraux en juin dernier a été, pour l’équipe, l’occasion de dresser le bilan de 4 années d’acquisition et de traitement de données 3D dans la grotte des Fraux : acquisition de la géométrie de la grotte et conduite de tests méthodologiques sur la numérisation haute résolution des panneaux ornés, sur le texturage des nuages de points…

Dans la perspective d’une prochaine publication des premiers travaux conduits sur le site, l’équipe a souhaité proposer un article plus spécifiquement dédié à la 3D, faisant le bilan des travaux et explicitant les difficultés et contraintes d’interfaçage entre la 3D et les autres disciplines (notamment la géophysique, l’art pariétal, l’archéologie…). L’article sera également l’occasion de faire part des nouvelles perspectives de travail pour les années à venir.

Dans cette perspective, l’équipe a profité de sa présence aux Fraux pour finaliser la numérisation 3D, en très haute définition, du « Grand panneau » du secteur 13 (salle du pilier) à l’aide du scanner à bras « ScanArm » (FARO). Ce scanner, testé pour la première fois en milieu souterrain (aux Fraux) en 2010, est caractérisé par une résolution inférieure à 40 microns.

Ce travail nous permettra notamment de mettre en perspective les relevés traditionnels (réalisés sur la base de mosaïques de photo et de relevés dans la grotte) avec le modèle 3D haute résolution et les modèles 3D texturés (alliant photogrammétrie et lasergrammétrie).

numérisation 3D du "grand panneau" orné du secteur 13 avec le ScanArm

Une pause sur le terrain

Le projet d’étude de la grotte des Fraux atteint un cap, après 4 années d’acquisition de données. Le programme de recherche s’est déroulé sous la contrainte du calendrier d’équipement de la cavité : l’équipe s’est en effet concentrée sur l’acquisition de la volumétrie globale du réseau par lasergrammétrie et la réalisation de prospections géophysiques. Aujourd’hui nous disposons d’une masse de données importante qu’il convient de traiter avant de poursuivre l’étude du site.

L’année 2011 est par en grande partie consacrée au traitement des données et à l’archivage des informations acquises dans le but de les mettre en forme et de les publier. L’objectif est d’aboutir en 2012 à la parution d’une première publication. Pour mener à bien cette publication, plusieurs tâches doivent être engagées ou achevées :

– confronter les données archéologiques (foyers) et géophysiques (susceptibilité magnétique), et intégrer les données microtopographiques ;

– traiter les prélèvements sédimentaire et engager des études paléo-écologiques (antracologie, carpologie…) ;

– réaliser l’étude archéolozoologique du lot issu de la fouille du secteur 13 – zone 1 ;

– préciser le cadre chronologique et culturel en réalisant 6 dates C14 sur les foyers fouillés ;

– finaliser l’approche tracéologique par l’étude du référentiel expérimental.

L’un des enjeux de cette « année blanche » est de tirer le bilan des expériences conduites depuis 3 ans, notamment dans les domaines de l’archéométrie et de la modélisation 3D. Il s’agira également de « consolider » la documentation acquise. En effet, nous avons acquis une masse conséquente d’archives photographiques et de données numériques (3D) qu’il convient d’indexer et d’archiver. L’année 2011 doit également permettre de programmer la seconde phase d’étude de la grotte des Fraux. L’établissement de ce projet devra s’opérer en lien étroit avec le SRA et la CIRA de manière à préciser la part des enjeux de conservation et l’aspect nécessairement invasif de la recherche.

Une première session d’étude s’est déroulée du 19 au 25 juin à Saint-Martin-de-Fressengeas. Elle a réuni une dizaine de chercheurs qui ont pu échanger et confronter leurs données.

Réunion de travail préparatoire à la publication des premiers travaux

En marge, une journée de terrain a été organisée dans la grotte des Fraux de manière à compléter l’acquisition de données et d’effectuer des vérifications.

 

couverture du rapport de fouille 2010 (fin de programme triannuel)

Caractériser les argiles de la grotte des Fraux

Dans le cadre du programme de caractérisation des paléo-feux de la grotte des Fraux, l’analyse des matériaux (substrat mais également argiles mobilisées dans la construction de soles de cuisson) est rapidement apparue primordiale. C’est dans cette perspective que l’IRAMAT-CRP2A de Pessac a déterminé  l’intensité de signaux TL (thermoluminescence) de plusieurs échantillons d’argile de la cavité. Des différences d’intensité sont apparues entre un échantillon d’argile prélevé sur la sole F4 (secteur 13) et un échantillon d’argile non archéologique des Fraux, destiné à servir de référence. Ces différences d’intensité atteignent un facteur 10 ; elles s’expliquent par une différence de concentration des minéraux luminescents dans la sole et l’argile de référence.

Ces mesures montrent que l’argile de la sole du foyer F4 est distincte de l’argile utilisée comme référence, soulevant ainsi la question de la variabilité minérale des sources d’argile locale (argile au sens de sédiment fin riche en argile) et celle d’un éventuel traitement anthropique spécifique du matériau ayant servi à confectionner la sole.

La mission réalisée début mars 2011 à la grotte des Fraux avait pour objectif d’échantillonner, à l’intérieur comme à l’extérieur de la grotte, différentes argiles destinées à être analysées puis comparées au matériau prélevé sur les structures archéologiques. Nadia Cantin va ainsi procéder, pour chaque prélèvement, aux analyses suivantes : granulométrie ; XRD sur l’ensemble de chaque échantillon ;  mesure en radioéléments ; éventuelle analyse élémentaire ; et enfin l’exoscopie des grains de quartz (dans le but de différencier transport éolien et transport fluviatile). Aurélie Brodard (doctorante) et François Lévêque (du LIENSs) réaliseront quant à eux les mesures de susceptibilité magnétique.

Nadia Cantin échantillonnant l’argile du secteur 17 de la grotte des Fraux

Onze échantillons ont été prélevés dans la grotte : 2 à proximité des foyers analysés et 9 autres en différents points du réseau (sol, mur d’argile…). Deux échantillons ont été prélevés en extérieur, dans les formations superficielles : 1 dans une carrière d’argile locale (colluvions issues de formations fluviatile) ; 1 autre correspond à une argile bleue (provenant d’un étage jurassique).

Prélèvements effectués au fond du secteur 8 de la grotte des Fraux

Les analyses en cours permettront notamment de faire avancer le débat sur la nature et l’origine de l’argile utilisée pour la confection de la sole F4 et de son éventuel traitement anthropique, par apport de dégraissant provenant des niveaux d’altération des blocs de grès de la grotte.

Au(x) feu(x) !

L’étude des foyers de la grotte des Fraux, dont l’objectif est la détermination de la fonction de chacun de ces paléo-feux, est fondée sur des observations macroscopiques et sur la caractérisation des états de chauffe des structures par l’archéométrie. Ainsi, la taille, l’organisation, les températures atteintes devraient-elles permettre d’appréhender la fonction des foyers (éclairage, chauffage, séchage, cuisson…). Un des objectifs de notre travail est de déterminer l’impact des foyers sur leur environnement (le réseau souterrain des Fraux) et sur le cadre de vie des occupants de la grotte. Par ailleurs, nous avons entamé un travail de classification des paleo-feux en fonction de leur impact sur le substrat (couleur, épaisseur de la zone rubéfiée…). L’année 2010 a notamment été mise à profit pour déterminer les « paléotempératures » de plusieurs foyers de la grotte par thermoluminescence. Suite à cette étude, il nous est apparu important de comparer les intensités de chauffe trouvées sur les foyers archéologiques à celles de feux « réels », reproduits de façon expérimentale.

Mise en place du feu expérimental n°3 d'après la sole de cuisson F4 tretrouvée dans le secteur 13 de la grotte des Fraux

Aussi avons-nous conduit en extérieur, du 25 au 30 septembre 2010, une session de travail expérimental instrumentée. Elle a porté sur la reproduction de 3 modèles de foyers archéologiques de la grotte des Fraux. Cette session de travail a permis de mesurer les températures atteintes par les modèles expérimentaux et de suivre en temps réel les variations de températures au sein des matériaux via plusieurs dizaines de thermocouples. Les thermocouples nous permettent en effet de connaître l’histoire thermique précise en certains points du substrat. Nous avons également pu travailler sur la question de la propagation de la chaleur au sein d’un milieu homogène (ou non), observer les impacts du feu sur le substrat (rubéfaction, sécahge, craquèlement…)  et estimer les quantités de matériaux substrat nécessaire à la reproduction de chaque modèle archéologique. Enfin, nous avons quantifié les combustibles nécessaires à la conduite de feux permettant d’atteindre les températures enregistrées sur les modèles archéologiques.

Le premier modèle expérimental correspond a un foyer du secteur 13 de la grotte, installé sur un substrat principalement argileux. Il nous a permis d’étudier voir la propagation de la chaleur dans un milieu homogène.

Modèle expérimental n°1 : substrat argileux homogène

Le second modèle reprend la configuration d’un foyer du secteur 8 de la grotte : une sole d’argile aménagée sur le substrat argileux. L’argile ayant servi au façonnage de la sole expérimentale provient d’un secteur non archéologique de la cavité.

Modèle expérimental n° 2 construit d'après la sole découverte dans le secteur 8 de la grotte.

Enfin, le troisième modèle correspond à la sole foyère F4 du secteur 13 : une sole façonnée en argile a été aménagée sur un support gréseux.

Chaque foyer expérimental a fait l’objet de plusieurs chauffes, toutes instrumentées. Un point de blocage, autour de 100°C, a été observé dans l’enregistrement des températures : il correspond à l’étape d’évaporation de l’eau présente dans les matériaux. Une fois ce palier passé, les températures en surface varient entre 600 et 800°C. À 2 cm de profondeur elles sont autour de 500°C ; à 4 cm autour de 300°C. Au-delà, elles restent généralement inférieures à 250°C.

Suivi des variations de températures en temps réel par le terminal d'acquisition relié aux 60 thermocouples disposés dans les foyers expérimentaux

Les matériaux mis en œuvre dans la réalisation des modèles expérimentaux ont été prélevés en vue de l’étude de leur susceptibilité magnétique ainsi que de leur température par thermoluminescence. Ces analyses nous permettront notamment d’évaluer l’évolution de la susceptibilité magnétique ainsi que la marge d’erreur autour des paléotempératures mesurées pour les foyers archéologiques.

Ces premiers tests effectués, il nous reste  à traiter l’ensemble des données et des prélèvements acquis pendant ces 5 jours de travail expérimental. Un des objectifs pour l’année 2011 étant de reproduire ce travail dans un environnement confiné similaire à celui de la grotte des Fraux, dans le but d’évaluer l’impact d’un feu en termes d’énergie dégagée, de chaleur ressentie, de lumière émise, de fumée…

par Aurélie Brodard

Communiqué de presse du 15 septembre 2010

À l’occasion du conseil communautaire (Communauté de Communes des Pays Thibériens) qui s’est tenu le mercredi 15 septembre 2010, le Service Régional de l’Archéologie d’Aquitaine et l’équipe scientifique ont dressé un bilan de quatre années de recherche à la grotte des Fraux.

Après un point presse, une délégation d’élus du conseil communautaire a pu prendre connaissance in situ des recherches conduites par l’équipe.

Vers 18 h, un point d’information et la projection d’un documentaire consacré à la grotte des Fraux, réalisé par Marc Azema, ont été proposé aux élus de la Communauté de communes par l’équipe scientifique.

Présentation des travaux scientifiques à une délégation du conseil Communutaire

COMMUNIQUÉ DE PRESSE –

La grotte des Fraux à Saint-Martin-de-Fressengeas (Dordogne) : une grotte ornée de l’âge du Bronze (1450 -1200 BC)

La grotte des Fraux fait, depuis 2007, l’objet de recherches archéologiques placées sous l’égide du Ministère de la Culture (DRAC Aquitaine et du Service Régional de l’Archéologie). En ce mois de septembre 2010, la première partie du programme de recherche s’achève. Quatre années de recherches et plus de 10 sessions d’études ont été consacrées à l’exploration de la cavité, mais également aux travaux de surveillance, de consolidation et d’aménagements de la grotte. Très fragilisée, la grotte des Fraux a nécessité que l’on réalise, préalablement au lancement du programme d’étude, des travaux de consolidation. Par ailleurs, des aména­gements spécifiques ont été effectués, dans le but de faciliter le déplacement dans la grotte des agents de la DRAC Aquitaine et des membres de l’équipe scientifique sans altérer les vestiges archéologiques (platefor­mes de circulation). L’implication des Collectivités Locales (Région Aquitaine, Conseil Général, Commu­nauté de Communes des Pays Thybériens, Commune de Saint-Martin-de-Fressengeas) et de l’Etat permet aujourd’hui de protéger ce patrimoine exceptionnel et de permettre son étude.

Une découverte fortuite en novembre 1989

La grotte des Fraux a été découverte fortuitement par Monsieur Edmond Goineaud, agriculteur à Saint-Martin-de-Fressengeas. Alors qu’il avait creusé une retenue collinaire artificielle, l’agriculteur des Fraux a eu la surprise, un matin de novembre 1989, de constater que son petit lac s’était soudainement vidé. Une étroite fissure laissait alors apparaître ce qui allait devenir l’entrée vers la grotte des Fraux. Après de nombreux ef­forts et le dégagement des terres qui obstruaient la faille, une première équipe a pu pénétrer dans la cavité et reconnaître la présence d’oeuvres pariétales et de dépôts de céramiques. De toute évidence, personne n’avait pénétré dans la grotte depuis que son porche s’était effondré, il y a près de 3000 ans. La découverte fit sensation et les expertises opérées par Norbert Aujoulat du Centre National de Préhistoire de Périgueux et Christian Chevillot, archéologue périgourdin réputé, ne firent que confirmer les premières impressions des inventeurs. Mais l’ouverture de la brèche qui avait révélé l’existence de cette grotte exceptionnelle avait également provoqué la fragilisation de la cavité par l’affaiblissement d’une partie du plafond et des chutes de blocs de grès, rendant toute étude impossible. Depuis 1995, la grotte des Fraux est inscrite à l’inventaire du patrimoine au titre des Monuments Historiques.

En 2006, après plus de 15 ans de mise en sommeil de la grotte, les élus et les services de l’Etat décidaient de mettre en oeuvre des mesures de protection, d’étude et de valorisation de ce patrimoine archéologique. En coordination avec la sous-préfecture de Nontron, les élus de la communauté de communes choisissaient d’initier la protection, l’étude et la valorisation de la grotte des Fraux.

Aujourd’hui, grâce à la gentillesse de Monsieur Edmond Goineaud et de sa famille, un programme plurian­nuel d’étude de la grotte des Fraux a pu être engagé.

Une grotte à l’histoire exceptionnelle

Les premiers travaux conduits par l’équipe scientifique montrent que la grotte des Fraux forme un réseau horizontal composé d’étroits couloirs et de petites salles. Les recherches ont permis d’établir que la grotte n’a été accessible aux hommes que durant un laps de temps très court, probablement inférieur à 200 ans.

Les datations Carbone 14 obtenues dans différents secteurs de la cavité indiquent que celle-ci aurait pu être fréquentée entre 1450 et 1200 ans avant notre ère. Mais ces datations devront être affinées pour mieux com­prendre les modalités d’occupation de la cavité.

Le brusque abandon du site archéologique est manifeste : les sols de la grotte livrent plusieurs dizaines de foyers, aménagés directement sur le sol vierge. Les niveaux de cendres et de charbons de bois n’ont pas été bouleversés. Des éléments de vaisselle en céramique, disposés à proximité des feux et des parois, ont été laissés en place depuis l’âge du Bronze. L’effondrement du porche de la cavité, événement qui s’est probable­ment produit durant le 12ème siècle avant notre ère, a ainsi totalement fossilisé la grotte, interdisant l’accès à tout individu jusqu’au jour de sa redécouverte, en 1989.

Une grotte aux parois ornées : témoignage exceptionnel d’art pariétal de l’âge duBronze en Europe

Mais le caractère tout à fait exceptionnel de la grotte des Fraux réside dans la présence, sur les parois du réseau souterrain, de manifestations pariétales (tracés et incisions) dont la préservation a été assurée par les conditions exceptionnelles de conservation du site. Les parois de la grotte sont recouvertes d’un mince film d’argile plastique qui a fourni aux artistes de l’âge du Bronze un support approprié. L’étude, actuellement conduite par deux jeunes chercheurs, Raphaëlle Bourrillon et Stephane Petrognani, montre que l’essentiel des figures est formé de tracés digités, séquentiels et répétitifs : traits verticaux ou sinueux. Ils sont le témoi­gnage d’un art schématique, non figuratif. À d’autres endroits de la grotte, les artistes de l’âge du Bronze ont eu recours à des outils en métal ou en bois pour inciser les parois. Ici encore, les motifs sont géométriques (zigzags notamment). L’utilisation de pigments est plus exceptionnelle et, à ce jour, seul un petit panneau porte des tracés réalisés au charbon de bois (motifs en chevrons). Les conditions de conservation du site sont si exceptionnelles que l’on peut retrouver, ponctuellement, l’emplacement des torches fichées dans la paroi à l’age du Bronze – torche ayant servi à l’éclairage des hommes devant la paroi vierge.

En Europe, les exemples de grottes ornées datées de l’âge du Bronze sont exceptionnels. Si des traces de peintures ont été mises au jour dans de rares cavités du sud de la France, la grotte des Fraux constitue, par la densité des expressions pariétales et leur association avec des structures archéologiques et des dépôts de mobilier céramique et métallique, un site unique en Europe.

Pourtant, l’âge du Bronze connaît un riche art rupestre et mobilier. Dans le monde atlantique (îles britan­niques, Cantabriques dans la péninsule ibérique…), les exemples de roches gravées sont nombreux. Mais les représentations, souvent à base de cercles concentriques, diffèrent totalement des motifs retrouvés à la grotte des Fraux. De la même manière, aucun analogue ne peut être établi avec l’art figuratif des Alpes occi­dentales (Mont Bego en France ; Val Camonica en Italie). Là, les populations du début des âges des Métaux ont représenté des parcellaires, des armes, des attelages, des signes solaires, des personnages énigmatiques.

Pour l’heure, les motifs reconnus aux Fraux ne trouvent pas d’équivalent en dehors du sud-ouest de la Fran­ce. Le long et méticuleux travail de relevé des parois ne fait que commencer. L’étude des nombreux tracés pariétaux permettra de mieux comprendre les significations de cet art schématique, et de le confronter avec ces analogues européens.

Une grotte à immortaliser

La numérisation en trois dimensions de la grotte des Fraux est en cours d’élaboration. Grâce à un parte­nariat scientifique avec la société Faro (concepteur de laser scanner 3D), l’équipe de l’INSA de Strasbourg, en charge de ce projet, a entrepris cette lourde tâche. En près de 16 jours d’acquisition de données sur le terrain, près de 300 mètres de galeries ont pu être numérisés en trois dimensions. Avec une résolution de 1 point par millimètre, l’équipe gère aujourd’hui une base de données de plus 7,5 milliards de coordonnées. Ces données permettent de créer une archive numérique virtuelle de la volumétrie de la grotte, archive qui pourrait permettre de reconstituer une copie.

Mais le travail de numérisation ne s’arrête pas là. En utilisant des scanners destinés à l’industrie aéronautique et spatiale, les chercheurs se sont engagés dans l’étude des oeuvres pariétales. En numérisant les parois ornées à l’aide d’un scanner à très haute résolution, des détails de l’ordre de 43 micromètres (0,043 millimètres) peuvent être enregistrés. Ces modèles permettront par exemple d’identifier la nature des outils utilisés ou de mesurer la profondeur des tracés digitaux, sans jamais altérer les parois. C’est à l’appui de cette technologique que spécialistes de l’art protohistorique et chercheurs en imagerie numérique coordonnent leurs efforts pour mieux connaître les techniques et la signification des oeuvres pariétales de la grotte des Fraux. Mais la mise en oeuvre de techniques novatrices, de haute technologie, ne se limite pas aux seules oeuvres pariétales.

Une grotte laboratoire et un observatoire de la biodiversité

Le programme de recherche vient de bénéficier du label « Site d’Etude en Ecologie Globale » de l’Institut de l’Ecologie et de l’Environnement du CNRS (InEE). Avec la création de cet observatoire, la grotte devient un véritable laboratoire. Puisque les objets ne peuvent pas s’extraire de leur contexte, ce sont les scientifiques qui se déplacent avec toute leur instrumentation pour étudier les traces d’occupation de l’âge du Bronze in situ. Ainsi, Jean-Denis Vigne, Directeur de Recherche au CNRS, a réalisé l’étude des restes de faune présents dans certains secteurs de la cavité, sans jamais les toucher. Cette pratique est singulière puisque c’est le labo­ratoire qui se déplace sur le site et non l’inverse comme il est d’usage.

Le site archéologique est considéré comme un « conservatoire » de la biodiversité d’il y a 3400 ans. Les conditions exceptionnelles de conservation du site permettent la mise en oeuvre d’études habituellement très difficiles à conduire sur des sites archéologiques traditionnels. Ainsi, le travail en cours sur l’étude de l’impact des feux sur l’environnement souterrain est tout à fait inédit, puisqu’il permet de cartographier en 3 dimensions le champ magnétique. Cela permet d’évaluer l’impact dans la cavité d’un feu en terme de tem­pérature et de rayonnement. Une thèse, consacrée à ce seul aspect, est actuellement en cours à l’université de Bordeaux et de La Rochelle. Sur le long terme, l’objectif de cet observatoire est de pouvoir utiliser le modèle numérique 3D de la grotte des Fraux pour tester les hypothèses des archéologues. Il sera ainsi possible de modéliser l’écoulement des masses d’air à l’intérieur du réseau ou de simuler le déplacement d’un occupant de la grotte à l’âge du Bronze. Ces méthodes, mises au point à la grotte des Fraux, sont d’ores et déjà appli­quées à d’autres sites préhistoriques de renom comme la grotte Chauvet à Vallon Pont d’Arc (Ardèche) ou à la grotte Cussac en Dordogne.

Une pause avant de repartir

Aujourd’hui, l’équipe scientifique a acquis une masse de données si conséquente qu’il convient d’étudier et de publier. La dernière campagne de terrain du programme triannuel de recherche s’est tenue au mois de juin 2010. En 2011, l’équipe se consacrera uniquement à l’étude des données et à la publication des premiers résultats des recherches, avant d’engager, à compter de 2012, un nouveau programme triannuel d’acquisition de données sur le terrain.

Un blog scientifique pour communiquer vers le public

Depuis le démarrage du projet, l’équipe scientifique a mis en place un blog scientifique hébergé par le CNRS (CLEO / revues.org). L’objet de ce blog, conçu comme un carnet de terrain, est de consigner toutes les étapes d’élaboration du programme de recherche. Orienté vers le public, ce blog a pour ambition d’ouvrir une fenêtre vers l’intérieur de la grotte et de permettre ainsi de partager avec l’équipe les étapes d’évolution du projet.

L’équipe scientifique

Forte de près de 30 personnes, l’équipe scientifique regroupe des chercheurs et enseignants chercheurs issus d’horizons scientifiques et géographiques de différents (UMR 5602 Toulouse, INSA Strasbourg, CRP2A Bordeaux, Lienss La Rochelle, laboratoire Traces Toulouse, Museum National d’Histoire Naturelle de Pa­ris…). L’équipe accueille chaque année en stage un élève ingénieur de l’INSA. Une jeune doctorante consa­cre sa thèse, financée par l’Université de Bordeaux, à l’étude des foyers de la grotte des Fraux.

Première descente d’un scanner ScanArm (Faro) en milieu souterrain…

Dans le cadre du programme du Site d’Études en Écologie Globale (INEE-CNRS) dédié à grotte des Fraux, nous avons conduit, début juin, deux journées d’expérimentation consacrées à la numérisation 3D en très haute résolution d’une portion de panneau orné de tracés digités à l’aide d’un bras de mesure tridimensionnel : le laser Faro ScanArm V3.

Cette expérimentation fait suite à différents tests de numérisation des parois ornées de la grotte, tests réalisés avec notamment le Photon 80 ou le Photon 120.

Sur le terrain, le bras articulé du ScanArm s’est avéré très maniable et a permis un accès au plus près des parois. La numérisation a en effet pu être effectuée à quelques centimètres à peine des panneaux ornés, ce qui a encore amélioré la résolution d’acquisition. Autre point positif, la possibilité de réaliser une lecture immédiate du nuage de point sur écran. Cette « interactivité » nous a permis d’éviter toute « zone d’ombre » ou « manque » dans le modèle numérique en repassant sur ces zones avec la tête du laser positionnée selon différentes orientations.

Les nuages de points acquis début juin sont actuellement en cours de traitement.

Numérisation par Pascal Burgain d'une portion du grand panneau du secteur 13 par le laser FARO ScanArm

La grotte des Fraux sur le site web du Pôle International de la Préhistoire

Le Pôle international de la Préhistoire (PIP) travaille depuis 5 années sur le projet « Témoins de la Préhistoire », dont l’objectif est l’enregistrement audiovisuel des témoignages des acteurs de l’archéologie préhistorique en Aquitaine : propriétaires de sites archéologiques majeurs, scientifiques, conservateurs…

Ce travail – mené en collaboration étroite avec le Service Régional de l’Archéologie, la DRAC Aquitaine, le Service départemental de l’archéologie de la Dordogne et le Centre National de la Préhistoire – est aujourd’hui consultable par le grand public sur le site internet du Pôle international de la Préhistoire, à l’adresse suivante :

http://www.pole-prehistoire.com/index.php?IS=4&TC=B&I=13

Le site propose un accès à de courtes séquences vidéos par site archéologique, thématique ou nom de personnalités interviewées.

le site du PIP : sélection des séquences vidéo par nom des personnes interviewées

Quelques 40 séquences, titrées et indexées, sont disponibles pour la grotte des Fraux. Les interviews ont été menées en décembre 2008 par A. Burens et L. Carozza.

On retrouve sur le site du PIP les témoignages d’Edmond et Marcelle Goineaud (propriétaires de la grotte) mais également de leur fille et petit fils, ainsi que du Maire de la commune de Saint-Martin-de-Fressengeas. Ces témoignages reviennent sur les conditions de découverte de la grotte, les mesures de conservation et de consolidation, ou encore la mise en place de l’équipe scientifique.

séquence vidéo de l'interview de Marcelle et Edmond Goineaud

Caractérisation thermique et magnétique des foyers

Les prélèvements réalisés aujourd’hui dans le secteur 13 de la cavité ont pour objectif de poursuivre les travaux d’Aurélie Brodard (doctorante à l’université de Bordeaux 3) sur les températures de chauffe des foyers de la grotte des Fraux par le couplage des techniques de thermoluminescence (TL) et de magnétisme.

Cette semaine, Gwenaël Hervé (doctorant à Bordeaux 3) s’est joint à l’opération pour opérer des prélèvements sur l’un des foyers étudiés par Aurélie, dans le but de renseigner la période de l’âge du Bronze par datation archéomagnétique : la courbe d’étalonnage du champ magnétique terrestre est en effet, pour cette période, encore largement déficitaire.

15 prélèvements ont été réalisés selon une nouvelle technique établie par le laboratoire archéomagnétique de Rennes : des carottiers miniatures sont enfoncés verticalement dans le sédiment, sur plusieurs centimètres de hauteur, puis sont orientés dans l’espace à l’aide  d’une station totale (ici pilotée par Vincent Léglise de l’INSA Strasbourg).

Les premiers essais semblent prometteurs. De nombreux autres échantillons, qui ne nécessitent pas d’orientement,  ont été réalisés à proximité du foyer F8 pour la TL et la caractérisation des minéraux magnétiques.

Préparation de la stratégie d'échantillonnage du foyer F8 entre Aurélie Brodard, Gwenal Hervé, Pierre Guibert et Laurent Carozza

Mise en place par Gwenael du carottier pour le premier prélèvement

On a touché le fond !

Ce soir, le scan 3D du « réseau droit » de la grotte des Fraux est achevé…

… on a atteint le fond de la cavité ! Elle se termine dans ce secteur par un étrécissement du boyau s’ouvrant sur une petite salle d’un mètre de hauteur pour 2 m de diamètre. Au fond de la salle, la galerie se prolonge par une étroiture de 30 cm de large sur moins de 20 cm de hauteur, au ras du sol argileux.

Pour l’heure, l’orientation de ce minuscule boyau n’est pas connue. En cet endroit, le réseau droit de la galerie se rapproche significativement du réseau gauche (secteur 16).

Les dernières stations du scanner et du théo dans le secteur 6 ont été implantées le plus proche possible du sol.

mise en station du scanner au milieu du secteur 6

mise en station du théodolite quelques mètres avant la fin de la galerie

dernière mise en station du théo dans la petite salle du fond de la galerie

Reprise de la campagne de laser scanning à la grotte des Fraux

La campagne de laser scanning de mars 2010 était dédiée à la numérisation 3D du réseau droit de la grotte. Malgré des conditions de travail difficiles -liées à un degré d’hygrométrie très élevé dans la grotte et à l’ennoiement de certains secteurs rendus presque impraticables-, l’équipe de l’INSA de Strasbourg était parvenu à scanner plusieurs galeries (secteurs 3, 4, 8).  Des tests de combinaison entre données lasergrammétriques et photographies numériques avaient également été effectués avec le scanner laser Photon et le kit couleur Faro. Ce travail avait bénéficié de la précieuse assistance de Christophe Bénard (société Faro).

Mise en place du kit couleur sur le scanner laser Photon par Christophe Bénard (à droite) et Pierre Grussenmeyer (à gauche)

Ce début de semaine est consacré à la poursuite du travail (engagé en début d’année) de couverture en laser scanning du réseau droit (secteurs 5, 6 et 7). La matinée d’aujourd’hui a permis de numériser en 3D le secteur 7, dont l’accessibilité peu aisée et l’étroitesse ont rendu les différentes mises en station du scanner Faro complexe. Ce secteur est caractérisé par des parois ornées de tracés digités et de décors de fines incisions en croix. Il sera prochainement équipé de plateformes de circulations, rendant l’étude des parois plus aisée.

Samuel Guillemin (INSA Strasbourg) et Vincent Léglise (étudiants à l’INSA) positionnent les sphères de référence dans le secteur 7

Mise en station du scanner Photon dans la vaste galerie 8. Cette première station a permis la numérisation des premiers mètres du secteur 7 qui s’amorce en direction du photographe

Le Photon en station dans l’étroite galerie 7

Billet dédicacé à Pierre Grussenmeyer…

La grotte des Fraux dans le « CNRS international magazine »

Le Journal du CNRS, après avoir consacré en début d’année une de ses rubriques à la mission de numérisation 3D de la grotte des Fraux a décidé de rééditer cet article, en langue anglaise, dans la version international du magazine en avril 2010. Le papier relate la campagne de laserscanning effectuée en tout début d’année dans le contexte particulièrement difficile de  cet écosystème souterrain occupé au cours de l’âge du Bronze.

Extrait du "CNRS international magazine" d'avril 2010

Les recettes de Vincent – 1. la terrine de foie gras de canard

Terrine de Foie Gras de canard (testée par l’équipe)

Recette :

– Dénerver le foie gras et le plonger dans un saladier d’eau froide dans lequel vous aurez placé des glaçons et du gros sel afin d’enlever le sang restant ;

– Frotter les morceaux de foie avec le mélange suivant (pour 1kg de foie):

2 cuillères à café de sel

1 cuillère à café de poivre blanc

1 cuillère à café de mélange des épices suivantes : poivre noir, cannelle, muscade et curcuma ;

– Placer le foie dans un récipient ;

– Recouvrir le foie avec un mélange d’alcool (pour 1kg de foie):

2 cuillères à soupe de cognac

2 cuillères à soupe de vin moelleux (Monbazillac, Jurançon…) ;

– Laisser reposer 12 heures ;

– Sortir le foie du récipient et le recouvrir d’un film plastique résistant au four, l’arroser de ce qui reste de marinade. Fermer hermetiquement le film plastique avec les morceaux de foie à l’intérieur ;

– Préchauffer le four à 100° puis enfourner et mettre le four à 180° pendant 20 minutes ;

– Récupérer les morceaux de foie et les disposer dans une terrine. Recouvrir avec le gras
restant dans le film plastique, laisser refroidir en disposant un objet lourd sur le foie
afin de le compacter ;

– Attendre au moins 48h avant de déguster.

Bon appétit

LA terrine !

LA terrine !

Localisation magnétique des structures de combustions

par Aurélie Brodard

Au cours de la campagne de mars 2010, le travail sur les structures de combustion a été poursuivi lors de deux chantiers.

Dans un premier temps, Aurélie Brodard aidée d’Albane Burens ont effectué la suite des mesures de susceptibilité magnétique avec un KT9 (capteur de contact de susceptibilité magnétique) sur plusieurs secteurs de la grotte.

Les mesures réalisées en 2008 sur la sole foyère (secteur 13) ont été complétées afin d’avoir une cartographie de susceptibilité magnétique complète de la zone choisie pour l’étude des paléotempératures par le couplage thermoluminescence / susceptibilité magnétique.

prise de mesures au KT9 autour de la sole foyère (secteur 13)

Prises de mesures au KT9 autour de la sole foyère

Dans le secteur 8, une zone charbonneuse avait été repérée. Les mesures de susceptibilité magnétique ont permis de confirmer la présence d’un foyer ainsi que de préciser sa délimitation.

Enfin, dans le secteur 13, la zone fouillée met en évidence plusieurs foyers. Cette zone a été choisie comme seconde zone « laboratoire » (la première étant la sole) pour la thèse d’Aurélie. Un des foyers repérés va être prélevé pour permettre l’évaluation des paléotempératures par couplage thermoluminescence / susceptibilité magnétique d’une part, et pour établir un nouveau point de référence de la variation séculaire du champ magnétique terrestre, courbe utilisée pour les datations en archéomagnétisme. Avant tout prélèvement de la structure, il était nécessaire d’avoir une cartographie de susceptibilité magnétique de toute cette zone.

Dans un second temps, François Lévêque et Vivien Mathé ont poursuivi la recherche de structures de combustion par imagerie magnétique dans les secteurs qui accueilleront les prochaines passerelles (secteurs 3 et 8). Le protocole opératoire a été modifié dans le but d’accroître la vitesse d’acquisition ainsi que d’optimiser la répartition spatiale des mesures. L’assistance de Vincent Léglise (INSA) a été nécessaire pour le géoréférencement des mesures dynamiques. L’analyse des données, qui nécessitera la fusion des données de géoréférencement et celles de mesure de champ magnétique devrait permettre de confirmer la présence et de préciser la localisation de structures de combustion suspectée sous la couche d’argile amenée par les écoulements d’eau.

La grotte laboratoire des Fraux labellisée « Site d’Étude en Écologie Globale » par le CNRS

L’Institut Écologie et Environnement du CNRS a crée, le 1er mars 2010, pour une durée de 4 ans, un site d’étude en Écologie Globale (SEEG) dédié à l’étude pluri et interdisciplinaire de la grotte des Fraux. Adossé au laboratoire GEODE, UMR 5602, le SEEG est dirigé par Albane Burens, membre de l’équipe scientifique des Fraux.

Le projet déposé auprès de l’INEE envisage Les Fraux comme une « grotte laboratoire », concue comme un lieu d’observations, d’expérimentations mais aussi de modélisation d’un paléo-écosystème souterrain anthropisé. La concentration d’activités humaines exercées dans ces espaces confinés, telle qu’elle procède de choix sociaux-culturels, constitue un atout pour étudier les interactions des sociétés avec leur environnement. Par l’alternance de phases où s’exercent des contraintes anthropiques fortes et d’étapes de retour vers des fonctionnements « naturels », déconnectés des agents anthropiques directs, le milieu souterrain constitue un excellent candidat aux approches multi-proxy.

Le projet ambitionne de développer une approche intégrée, à l’échelle d’un site archéologique exceptionnel (grotte ornée de l’âge du Bronze). Cette approche englobe l’ensemble des étapes de la recherche, depuis l’acquisition de données, la mise en œuvre de protocoles d’observations, l’expérimentation, jusqu’à la modélisation, en mettant également l’accent sur le volet formation. 

Le projet se construit autour de 6 chantiers thématiques d’observation et d’acquisition de données :

– Chantier 1 – Etude du paléo-karst, reconnaissance du réseau ;

– Chantier 2 – Micro-topographie, lasergrammétrie, modélisation 3D ;

– Chantier 3 : Étude des dispositifs anthropiques et des ensembles mobiliers ;

– Chantier 4 : Étude des œuvres pariétales  ;

– Chantier 5 : Caractérisation et datation des paléo-feux ;

– Chantier 6 : Paléo-écologie.

L’enjeu de la création de ce SEEG est de mettre en œuvre des thèmes transverses qui répondent aux objectifs d’expérimentation et de modélisation propres au projet. Dans cette perspective il s’agira d’une part de poursuivre l’acquisition de données et, d’autre part, de mettre en place des outils interdisciplinaires d’expérimentation et de modélisation.

Cet objectif nécessite de mettre en œuvre des moyens spécifiques pour :

  1. l’archivage et la mise en commun des données au sein d’une BDD en 3D ;
  2. l’acquisition de référentiels actuels (analogues expérimentaux) ;
  3. le développement d’outils de modélisation spécifiques au milieu souterrain.

 

prospections géophysiques  (F. Levêque - LIENSs)

prospections géophysiques (F. Levêque - LIENSs)