Numérisation 3D de la volumétrie de la grotte des Fraux : clôture du chapitre !

Dès le début de l’étude de la grotte des Fraux en 2008, nous nous étions fixé pour objectif  la numérisation 3D par balayage laser de l’ensemble des parties du réseau occupées à l’âge du Bronze, soit près d’un kilomètre linéaire de galeries… La 3D devant constituer le support commun à l’ensemble des études menées sur le site.

Depuis lors, chaque année, un minimum d’une semaine de travail sur le terrain a été dédié à l’acquisition de données 3D, et plusieurs mois au post-traitement des nuages de points 3D. Ce travail a été conduit sous la responsabilité de Pierre Grussenmeyer et a bénéficié des compétences (et de la bonne humeur) de Samuel Guillemin de l’INSA de Strasbourg (UMR ICube).

Pierre Grussenmeyer à la topo...

Pierre Grussenmeyer à la topo…

 

Samuel Guillemin dans le secteur 46...

Samuel Guillemin dans le secteur 46…

Alors que l’année 2014 marque la fin de cette longue (et parfois douloureuse) étape d’acquisition de la volumétrie globale du réseau, il nous est agréable de rappeler que plusieurs stagiaires – élèves ingénieurs de l’INSA – nous ont aidé dans cette entreprise, notamment :

 

Benoit Cazalet, Vincent Léglise et Emmanuel Moisan

Benoit Cazalet, Vincent Léglise et Emmanuel Moisan

 

En février dernier, nous avons donc finalisé la numérisation des derniers secteurs du réseau : 9, 16, 17, 18, 19, 27, 45, 46…

 

Numérisation 3D du secteur 16 de la grotte des Fraux

Numérisation 3D du secteur 16 de la grotte des Fraux

Lorsque le traitement de ces donnés sera achevé, nous disposerons alors du modèle numérique global du réseau, qui constituera le support privilégié aux reconstitutions et modélisations 3D issues de l’étude interdisciplinaire du réseau : géomorphologie, géophysique, climatologie, mécanique des fluides, art, archéologie…

Tout l’enjeu de l’étude du site résidera alors dans la modélisation des différents scenarii dans ce système de représentation 3D commun, et dans sa capacité à intégrer des données hétérogènes issues de multiples disciplines. L’enjeu est de taille car il constitue un verrou méthodologique auquel de nombreuses équipes internationales se trouvent confrontées, faute d’outils et d’équipements susceptibles de traiter des masses de données aussi volumineuses…

Relevé systématique des restes fauniques de la grotte des Fraux

par Jean-Denis Vigne et Juliette Knockaert

Lors de la mission qui s’est déroulée du 19 au 25 avril dernier, Juliette Knockaert et Jean-Denis Vigne ont parcouru l’ensemble des galeries de la grotte des Fraux et relevé tous les restes d’animaux qui apparaissaient au sol, sur les corniches, dans les éboulis ou, parfois, fichés dans les parois.

Chacun des 367 vestiges ou groupes de vestiges a fait l’objet d’une couverture photographique, d’une identification anatomique et taxonomique et d’une description. Ce travail a été réalisé à vue, ou à partir des clichés grossis à l’écran, car il n’était évidemment pas question de toucher les objets.

Couverture photographique de restes fauniques du secteur 28 de la grotte des Fraux

Couverture photographique de restes fauniques du secteur 28 de la grotte des Fraux

Les premiers résultats permettent de distinguer quatre grandes catégories de vestiges fauniques :

–       les restes d’ours des cavernes, souvent recouverts de calcite et enfouis sous les grands éboulis tardiglaciaires ; une quarantaine de restes ont été repérés, mais il est probable que des centaines d’ossements sont enfouis au plus profond des sédiments de la grotte ; ils sont à rapprocher des très nombreuses griffades qui balafrent les parois de la grotte, y compris dans les galeries les plus reculées, ainsi que des bauges à ours ;

–       la grande faune de l’Âge du Bronze, dominante (123 restes), déchets de consommation relégués contre les parois, autour des zones d’occupation humaine ou, plus rarement, déposés dans des lieux particuliers (corniches, fentes de la paroi), parfois regroupés avec de grandes portions de céramiques. Le porc (ou sanglier) est dominant, mais les restes de veaux et de moutons sont également présents ;

–       la microfaune qui parsème le sol dans de nombreuses parties du réseau (72 accumulations répertoriées), composée principalement de rongeurs inféodés aux forêts du milieu de l’Holocène (mulot, campagnols) ; l’analyse des refus de tamis réalisée en 2013 suggère que ces vestiges viennent de pelotes de réjection de rapaces nocturnes ayant fréquenté les entrées du réseau à l’époque où il était ouvert, c’est-à-dire à l’Âge du Bronze ;

–       des restes de repas de renard accumulés dans les galeries : une soixantaine d’ossements de lièvre, une dizaine de restes de très jeunes porcelets, une trentaine de coquilles d’œufs de poules volés dans les fermes environnantes ; quelques rares os du petit canidé ainsi qu’un ou deux coprolithes récents confirment que des renards ont circulé dans les galeries à une date très récente ; c’est peut-être aussi de cette dernière étape d’ouverture très partielle du réseau que datent les quelques restes de chauves-souris (principalement du grand murin) trouvés ici et là.

Ces données feront l’objet d’une analyse plus poussée dans les mois à venir, analyse qui viendra compléter celle des restes de microfaune issus des tamisages et des quelques ossements de grande faune issus des rares secteurs fouillés durant les années précédentes.

Identification anatomique et taxonomique des restes fauniques du secteur 29 par Juliette Knockaert et Jean-Denis Vigne

Identification anatomique et taxonomique des restes fauniques du secteur 29 par Juliette Knockaert et Jean-Denis Vigne

 

Derniers relevés des panneaux ornés de la grotte des Fraux…

La mission organisée aux Fraux la semaine passée a permis de mettre en œuvre la dernière phase de relevé des expressions pariétales de la grotte des Fraux. Raphaëlle Bourrillon, Stephane Petrognani et Carole Dudognon ont pu enregistrer l’ensemble des panneaux ornés des derniers secteurs du réseau (8 et 9 principalement). Ils ont réalisé la couverture photographique, les croquis  et les mesures des panneaux, dont le relevé sera réalisé en laboratoire avant vérification sur le site.

tracés digités du secteur 7

tracés digités du secteur 7

 

étude des parois ornées de la grotte

étude des parois ornées du secteur 8 de la grotte

La galerie 8 est caractérisée par un nombre relativement limité de panneaux, ornés de tracés digités. Elle a également livré un motif en forme de méandre. De façon surprenante, un panneau de tracés parallèles finement gravés, situés sur la voûte, est très proche de tracés déjà répertoriés sur les voûtes des secteurs 9 et 10.

Les parois et le plafond du secteur 09 sont particulièrement surchargés : ils sont couverts, de façon quasi continue, de méandres verticaux, de tracés parallèles larges (organisés en bandes verticales), de quadrillages irréguliers mais aussi de chevrons tracés au pigment noir, ce qui est exceptionnel aux Fraux.

secteur 9 : décor de chevrons tracés au charbon

secteur 9 : décor de chevrons tracés au charbon

Une prochaine mission permettra de vérifier la fidélité des relevés, mais aussi de géoréférencer les panneaux ornés à l’aide d’une station totale, dans le but de raccorder les relever au modèle géométrique 3D global de la grotte.

 

L’équipe remercie la famille Goineaud, propriétaire de la grotte des Fraux, pour l’autorisation de mise en ligne ces quelques photographies de la grotte.

Adaptation et changement de méthodes de relevés des parois ornées de la grotte des Fraux

 Par Raphaelle Bourrillon et Stephane Petrognani

 La campagne de juin 2013 avait pour objectif la réalisation de l’enregistrement numérique et graphique des panneaux ornés de 3 nouveaux secteurs de la cavité. À l’image de ce qui a été inventorié dans le reste de la grotte, ces galeries ont livré plusieurs panneaux ornés, composés de tracés digités parfois très denses.

Dans le secteur 4, l’enregistrement et le relevé d’un vaste panneau de plus de 2 mètres de long a été rendu particulièrement difficile par l’exiguïté des lieux (la galerie étant particulièrement étroite). Pour pallier à cette forte contrainte topographique, nous avons choisi de réaliser in situ un enregistrement photogrammétrique du panneau, dans le but d’obtenir non seulement une représentation intégrale de la surface ornée, mais aussi de produire un support orthonormé permettant le levé des entités graphiques (tracés digités).  Le traitement des données, actuellement en cours, permettra d’adapter cette technique à différents types de représentations pariétales.

Réalisation du croquis de lecture des panneaux ornés.

Réalisation du croquis de lecture des panneaux ornés.

Le secteur 6 est quant à lui plus original, car caractérisé par la présence de représentations graphiques réalisées selon différentes techniques : digitations, gravure et piquetage. De plus, dans certains cas, les panneaux ornés sont étroitement associés à des dépôts de mobilier céramique déposés (à l’âge du Bronze) aux pieds des parois de la grotte. L’enregistrement des panneaux par photogrammétrie permettra de tester, sur les motifs gravés, des techniques de relevé numérique, en mode vecteur, sur la base d’orthophotographies.

 

Panneau associant des motifs gravés à des tracés digités © RB/SP/CD.

Panneau associant des motifs gravés à queqlues tracés digités © RB/SP/CD.

La campagne de juin a vu l’équipe des « pariétalistes » s’élargir à un nouveau membre, Carole Dudognon, actuellement doctorante en archéologie sous la direction de C. Fritz (spécialité art préhistorique ; UTM, TRACES-UMR5608 ; http://www.creap.fr/participants-carole-dudognon.htm). Son sens du terrain et ses capacités dans le traitement graphique des informations ont été particulièrement appréciés par l’équipe.

Carole Dudognon déchiffrant une paroi ornée

Carole Dudognon déchiffrant une paroi ornée

 Photographies publiées avec l’aimable autorisation des  propriétaires de la grotte des Fraux.

Étude du réseau karstique des Fraux

La mission de terrain de mars dernier a permis à Yves Billaud (DRASSM  EDYTEM) et Stéphane Jaillet (EDYTEM) de poursuivre leur travail de topographie et de relevés karstologiques de la grotte des Fraux.

 Recherche de l’entrée originelle de la grotte

Stéphane a réalisé une cartographie détaillée des zones susceptibles de correspondre potentiellement à l’entrée de la grotte au cours de l’âge du Bronze. L’entrée actuelle ayant été ouverte en 1989, lors de l’effondrement d’une petite partie du plafond de la grotte.

Yves Billaud  observant une zone d'entrée potentielle de la grotte (cliché St. Jaillet - EDYTEM)

Yves Billaud observant une zone d’entrée potentielle de la grotte (cliché St. Jaillet – EDYTEM)

Il a effectué, sur 8 secteurs différents, la cartographie de la géométrie des conduits, des croquis de la nature et de l’organisation des dépôts sédimentaires et des observations sur l’emboîtement des formes et des formations souterraines.

 

Stéphane Jaillet réalisant la cartographie de la géométrie des conduits de la grotte

Stéphane Jaillet réalisant la cartographie de la géométrie des conduits de la grotte

Dans un proche avenir, l’objectif est d’essayer de contraindre la dynamique et la chronologie de ces dépôts en prélevant et datant des échantillons de calcite dans les secteurs 4, 8 et 9. L’idée est de réaliser une analyse de ces formes et de ces dépôts dans une géométrie 3D de l’intérieur et de l’extérieur de la grotte pour pouvoir, à terme, proposer un volume et une géométrie d’entrée de la cavité avant la fermeture des accès.

 

Vue du secteur 4 de la grotte des Fraux

Vue du secteur 4 de la grotte des Fraux (cliché St. Jaillet – EDYTEM)

 

Compléter la topographie du réseau

Le plan d’ensemble du réseau a été complété et affiné par Yves à l’aide d’un DistoX (dispositif d’arpentage électronique utilisé pour réaliser la topographie en spéléologie) dans 6 secteurs de la grotte. Il est composé d’un distancemètre laser agrémenté d’une boussole/clinomètre électronique 3 axes qui permet les mesures dans toutes les directions, quelle que soit l’orientation de l’appareil, sans dégradation de la précision. Le DistoX donne la pente et l’azimuth de chaque visée.

Yves a ainsi pu contrôler les quelques différences d’orientation observées entre la topo spéléo et le cheminement polygonal réalisé par l’INSA au tachéomètre, notamment dans la partie gauche du réseau. Ces nouvelles mesures ont également permis d’apporter des précisions sur le soutirage principal de la zone.

Poursuite de la numérisation 3D de la volumétrie du réseau souterrain

La campagne de mars dernier a permis de poursuivre l’acquisition de la volumétrie 3D de la grotte des Fraux, dans des zones où le cheminement polygonal avait été réalisé en 2012 avec l’aide d’Emmanuel Moisan (élève ingénieur à l’INSA de Strasbourg).

Dans un premier temps, nous avons choisi de finaliser la numérisation du réseau droit de la grotte afin de lancer les premières modélisations et simulations sur cette partie du réseau. Pour ce faire, nous avons scanné le secteur 9 qui abrite notamment, sur une de ses parois, des motifs de chevrons dessinés au pigment noir à l’âge du Bronze.

 

numérisation 3D du secteur 9 (à gauche) et levé topographique des sphères (à droite)

numérisation 3D du secteur 9 (à gauche) et levé topographique des sphères (à droite)

Dans une seconde étape, nous avons travaillé dans le vaste réseau gauche de la cavité, autour des secteurs 29 à 38. Le travail a été rendu ardu par la difficulté d’accessibilité de certaines galeries de la grotte, particulièrement étroites et basses sous plafond.  La taille réduite du laser scanner Focus (FARO) a néanmoins permis d’accéder aux espaces les plus étroits et inaccessibles. Cette partie du réseau ne recèle quant à elle que peu de vestiges : quelques rares foyers et tessons de poterie.

Levé topographique (avec la station totale M3 TRIMBLE) des sphères positionnées dans le secteur 36.

Levé topographique (avec la station totale M3 TRIMBLE) des sphères positionnées dans le secteur 36.

Scan du secteur 29

Scan du secteur 29

Acquisition du MNT de l’extérieur de la grotte des Fraux par lasergrammétrie

La résolution du Modèle Numérique de Terrain — acquis en 2012 par photogrammétrie autour de la grotte — s’est révélé être insuffisante  pour l’étude karstologique de la cavité, en raison de la qualité des clichés IGN. En conséquence, Pierre Grussenmeyer et Samuel Guillemin (INSA Strasbourg) ont décidé de réaliser en mars 2013 une nouvelle acquisition, cette fois par lasergrammétrie, de l’extérieur de la grotte.

 

Numérisation 3D de l'extérieur de la grotte par P. Grussenmeyer et S. Guillemin

Numérisation 3D de l’extérieur de la grotte par P. Grussenmeyer et S. Guillemin

Le travail a été réalisé à l’aide du scanner laser Leica C10. Cet instrument permet en effet de scanner en haute résolution, sur de longues portées. Il présente également l’avantage de posséder une caméra numérique intégrée. Une vaste zone autour de la grotte ainsi pu être numérisée en 3 dimensions. Le modèle numérique ainsi obtenu sera rapidement associé à la volumétrie globale du réseau souterrain.

 

Le scanner laser C10 en station à quelques mètres de l'entrée actuelle de la grotte et devant la ferme des propriétaires des Fraux

Le scanner laser C10 en station à quelques mètres de l’entrée actuelle de la grotte et devant la ferme des propriétaires des Fraux

Grotte des Fraux : échanges thermiques intérieur / extérieur

Suite à l’analyse des températures enregistrées sur près d’une année en 4 points de la grotte des Fraux, Delphine Lacanette (UMR 5295 Bordeaux 1) a mis en évidence des échanges thermiques entre la grotte et l’extérieur, plus sensibles au cours de la période hivernale, principalement la nuit : l’air plus froid est plus lourd et descend dans la cavité dont la température est alors plus élevée.

Afin de déterminer avec plus de précision jusqu’où l’air extérieur circule dans la cavité, de nouveaux capteurs de température autonomes ont été positionnés au mois de mars autour de la zone d’entrée (secteurs 1, 3 et 12). L’acquisition se fera toutes les 30 minutes jusqu’au printemps 2014. Un capteur a été positionné à l’extérieur de la cavité dans le but de vérifier la correspondance entre les températures enregistrées sur Saint-Martin-de-Fressengeas et la station météorologique la plus proche.

Delphine Lacanette pose un capteur de température dans le secteur 12 de la grotte des Fraux

Delphine Lacanette pose un capteur de température dans le secteur 12 de la grotte des Fraux

Capteur de température placé dans un plancher stalagmitique du secteur 3 de la cavité.

Capteur de température placé dans un plancher stalagmitique du secteur 3 de la cavité.

 

Étude des parois ornées de nouveaux secteurs de la grotte des Fraux

Par Raphaëlle Bourrillon, Stephane Petrognani, Lise Aurière, Esther Lopez Montalvo

À la suite de l’étude des secteurs du réseau de gauche de la cavité (présentant l’un des plus grand panneau orné), étude menée en corrélation avec l’ensemble des autres spécialités de l’équipe des Fraux, nous avons repris notre marche en avant dans la cavité. Nous travaillons à présent sur d’autres secteurs sub-parallèles caractérisés par des panneaux ornés de tracés digités parallèles, des méandres et des quadrillages. Dans la perspective d’un inventaire général des parois ornées, nos efforts se sont concentrés au cours de cette mission sur l’enregistrement descriptif des manifestations pariétales. Cette étape, indispensable, permet d’enregistrer des informations graphiques (identification des représentations), techniques (tracés digités, gravures…), métriques (mesures des tracés) et stratigraphiques (mise en évidence des différentes phases d’élaboration du panneau orné). Les différents panneaux font également l’objet d’un croquis de lecture précis, ainsi que, pour certains d’entre eux (lorsque la lecture est complexe), d’un relevé.

Dans une dernière étape de ce travail, nous avons procédé à la prise de clichés en haute résolution de l’ensemble des panneaux sur lesquels nous réaliserons le relevé graphique, ainsi que de détails révélant la superposition des tracés.

 

organisation complexe de tracés digités d’un panneau orné du secteur 14 (Bourrillon/Petrognani)

zigzag gravé dans le secteur 18 (Bourrillon/Petrognani)

L’un des panneaux étudié, surchargé de tracés digités se chevauchant, fera l’objet d’un relevé sur support orthonormé au cours d’une prochaine session. L’équipe de l’INSA de Strasbourg et A Burens ont numérisé ce panneau en 3D à l’aide du Scan Arm Faro lors de la dernière session de travail ; le post traitement des nuages de points est en cours.

Grâce aux récentes évolutions techniques des logiciels libres de photogrammétrie, nous avons pu effectuer des tests sur différents panneaux de la grotte. Ces logiciels permettent de réaliser un remontage de différents clichés ; d’obtenir un nuage de points texturé et donc un rendu en 3 dimensions. Des orthophotographies seront générées à partir de ces nuages de points ; elles seront utilisées comme support pour les croquis de lecture et les relevés. Ces restitutions graphiques des éléments ornés seront in fine mappées sur le modèle numérique 3D général de la grotte.

 

Nous tenons ici à remercier vivement Lise Aurière (Docteur en Préhistoire) et Esther Lopez Montalvo (Docteur en Préhistoire), du Laboratoire TRACES-UMR 5608 – CREAP de Toulouse, pour leur participation au travail de terrain et de laboratoire (mission octobre 2012). En espérant les avoir de nouveau avec nous pour une prochaine mission…

L’équipe remercie la famille Goineaud, propriétaire de la grotte des Fraux, pour l’autorisation de mise en ligne ces quelques photographies de la grotte.

Esther Lopez Montalvo et Lise Aurière en train de déchiffrer un panneau orné du secteur 10 de la grotte des Fraux

Numériser ce que l’archéologue ne peut relever

La campagne de mars dernier a permis à l’équipe de poursuivre le travail d’acquisition tridimensionnel, par lasergrammétrie, des panneaux ornés de la grotte. Ce travail, effectué à très haute résolution (40 microns), est conduit en parallèle de l’acquisition du modèle 3D de la volumétrie de la grotte. Les tests conduits en 2011 avec le ScanArm (sur le grand panneau orné du secteur 13), associant lasergrammétrie et photogrammétrie, s’étaient soldés par un franc succès : le résultat du texturage du nuage de points est saisissant de réalité.

Pour cette première campagne de terrain de l’année 2012, nous avons souhaité aller de l’avant en procédant, grâce à ce nouveau type de scanner, à la numérisation de panneaux ornés impossibles à relever de manière traditionnelle.

À l’entrée du secteur 18, dans une zone en forte pente, un ensemble de digitations avait été découvert sous une corniche rocheuse, à l’abri des regards. Cette configuration spatiale, unique dans la grotte des Fraux, interdisait tout relevé manuel ou photographique du panneau constitué d’un bel entrelacs de tracés digités curvilignes.

Si la mise en station du scanner a nécessité la fabrication d’une embase spécifique, amarée sur les passerelles de circulation, la manipulation du bras articulé s’est avérée assez aisée, même si elle a nécessité une belle endurance de la part des opérateurs. Le bras, muni d’un scanner haute définition, a pu atteindre les endroits les plus inaccessibles et restituer en temps réel, sur écran, les tracés digités dessinés quelques 3400 ans plus tôt. Le relevé de ce panneau sera achevé au cours de la campagne de juin prochain.

Numérisation d'un panneau du secteur 18 de la grotte par Albane à l'aide du bras articulé

 

Numérisation d'un panneau du secteur 18 de la grotte par Sam à l'aide du bras articulé

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.

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