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…

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.

Test de couplage laserscanning/photographie par le cabinet Pérazio (Février 2010)

Par Raphaelle Bourrillon

Dès l’engagement du projet d’études de la grotte des Fraux en 2007, le Ministère de la Culture et de la Communication avait, en accord avec l’équipe scientifique, mandaté le cabinet Guy Pérazio pour réaliser un test de faisabilité sur l’acquisition en très haute définition (infra millimétrique) d’un panneau orné de la grotte. Ce test a pu être réalisé début février 2010, suite à l’aménagement de surfaces de circulation (passerelles) dans les secteurs concernés par ce test.

Ce test vient en complément du relevé lasergrammétrique global de la cavité réalisé par l’équipe de l’INSA Strasbourg.

Lors de cette courte mission, l’équipe Perazio a utilisé un scanner Leïca (HDS 6100) pouvant générer 55 millions de points par prise de vue et proposant une acquisition du nuage de points ultra rapide (environ 2 min). Ce matériel peut être contrôlé à distance par un PDA ce qui n’est pas négligeable lorsque l’opérateur est éloigné des parois (fig. 1).

 

PDA sans fil permettant de contrôler le scan à distance

PDA sans fil permettant de contrôler le scan à distance

L’acquisition du nuage de points géoréférencé a demandé 9 prises de vues recouvrant l’ensemble des parois. Des sphères, disposées de façon régulière au sol, facilitent le remontage des différentes prises de vues. Dans une seconde étape, des clichés des parois ont été pris (vues d’ensemble puis haute résolution de détails) ; ils permettront de texturer le nuage de points.

 

Couverture photographique en haute résolution du panneau des « Echelles » (secteur 13)

Couverture photographique en haute résolution du panneau des « Echelles » (secteur 13)

Le panneau des « Echelles » (tracés digités) a fait l’objet d’une couverture photographique détaillée, en lumière rasante (fig. 2). L’enjeu est de mettre à l’épreuve la technique du relevé sur un support photographique (« orthophotographie »), généré ici par le logiciel de 3D. La 3D est ici utilisée comme support technique au relevé, qui sera par la suite positionné sur le nuage de points et viendra texturer le modèle virtuel.

Le traitement post-terrain des données obtenues est une étape relativement longue ; le retour est attendu dans le courant du printemps 2010.

Localisation et caractérisation des foyers de la grotte des Fraux : du Master 2 à la thèse de doctorat…

Au mois de juin 2009, Aurélie Brodard a soutenu son master 2 Pro de Sciences et Technologies (mention physique) à l’université de Bordeaux 1. Le mémoire de stage qu’Aurélie a conduit sous la co-direction de Pierre Guibert et François Lévêque avait pour sujet la localisation et la caractérisation des foyers de la grotte des Fraux. Son travail a été placé sous la co-tutelle de deux laboratoires de recherche : le CRP2A de Bordeaux (Centre de Recherche en Physique Appliquée à l’Archéologie) et le LIENSs de la Rochelle (Littoral, Environnement et Sociétés).

Couverture du mémoire de Master 2 Pro d'Aurélie Brodard

Couverture du mémoire de Master 2 Pro d'Aurélie Brodard

La grotte des Fraux, de par la qualité exceptionnelle de son état de conservation, offrait à Aurélie l’opportunité d’en faire un site de développement méthodologique, tout particulièrement pour les approches archéométriques. C’est ainsi qu’a été amorcée une approche exploratoire sur la localisation et la caractérisation des températures des foyers.

La première partie de son mémoire était dédiée à la localisation des structures de combustion via d’une part des mesures de champ magnétique couplées à une poursuite laser et, d’autre part, des mesures de susceptibilité magnétique permettant de spatialiser les foyers sur des surfaces étendues et d’appréhender leur profondeur.

La seconde partie de son mémoire est consacrée à la caractérisation des paléo-températures de la sole foyère du secteur 13 de la grotte, selon 2 méthodes : la thermoluminescence et le magnétisme. La thermoluminescence des grains de quartz a permis à Aurélie, après établissement de courbes de référence thermique, d’associer à chaque prélèvement du foyer une paléo-température. Des mesures réalisées en laboratoire sur des blocs d’argile provenant de la grotte ont quant à elles montré que la susceptibilité magnétique croît avec la température de chauffe atteinte. Le couplage entre thermoluminescence et susceptibilité magnétique sur les prélèvements de la sole foyère a permis d’établir une relation entre paléo-température et susceptibilité magnétique.

Ainsi, dans ce mémoire, Aurélie a t’elle développé une nouvelle méthode de prospection en milieu souterrain appliquée à la détection des foyers, mais aussi une nouvelle méthodologie de caractérisation des paléo-températures des structures de combustion.

Ce nouveau champ de recherche pluridisciplinaire a naturellement conduit Aurélie Brodard – sur les conseils de ses directeurs de Master 2 – a poursuivre son travail sur les Foyers de la grotte des Fraux dans le cadre d’une thèse de doctorat intitulé : « Reconstruction d’éléments du cadre de vie de populations de l’âge du Bronze : une caractérisation de structures de combustion de la Grotte des Fraux (Dordogne) par les effets de la chauffe sur les minéraux (luminescence et magnétisme), modélisation, interprétation archéologique ».

La thèse, inscrite à l’université de Bordeaux 3, fait l’objet d’une allocation ministérielle. Le travail, qui consiste en la caractérisation thermique de foyers (tels qu’ils témoignent de l’impact d’une occupation humaine sur un site) sera co-dirigé par Pierre Guibert du CRP2A et François Lévêque du LIENSs.

Un couplage entre magnétisme et thermoluminescence permettra de caractériser un état de chauffe et d’établir une cartographie des paléo-températures atteintes par le support sédimentaire de foyers, ce qui est inédit dans la communauté. Ce projet devrait aboutir à la mise au point d’un nouvel outil de caractérisation des environnements occupés par l’Homme. Les données seront calibrées en termes d’énergies mises en jeu grâce à des expérimentations archéologiques, ce qui servira de base à une modélisation des feux.

Aurélie dans la grotte des Fraux

Aurélie dans la grotte des Fraux

Archives documentaires : une couverture photographique des galeries de la grotte des Fraux

Préalablement à la pause des premières passerelles dans la partie gauche de la grotte (cf. le billet posté hier sur ce blog), nous avons procédé courant 2008 et 2009 à la réalisation d’une couverture photographique en haute définition de l’ensemble des galeries destinées à être équipées de ces structures de circulation. Le principal objectif de cette couverture photographique était de préserver une vision de la grotte « dans son jus », c’est-à-dire dans l’état dans lequel elle a été découverte il y a 20 ans à présent.

Au moment de sa découverte, comme au moment où nous avons pénétré la première fois en ces lieux, l’impression qui se dégageait de la cavité était celle d’un site fossilisé, resté intact, où les gestes du passé étaient encore presque palpables… Cette impression était liée, rappelons le, au fait que le porche de la grotte (seul ancien accès connu à ce jour) s’était effondré à la fin de l’âge du Bronze, « sanctuarisant » ainsi ce site qui restera préservé jusqu’au moment de sa découverte en 1989.

Si la pause de passerelles de circulation va dans le sens d’une indispensable préservation de l’exceptionnel état de conservation de ce site, leur présence dans le réseau « dénature » la vision des lieux et nous éloigne de fait de la perception de l’espace des premiers occupants. Depuis l’aménagement de la première partie de la cavité, notre propre perception de la grotte a évolué ; cette évolution est également liée au raccordement électrique du réseau qui nous permet depuis plusieurs mois de disposer d’éclairages froids sous terre.

La seconde tranche de travaux, destinée à aménager la partie droite du réseau (les secteurs 3, 4, 8 et 7), est programmée pour le début de l’année 2010. Cela nous a contraint à réaliser une campagne supplémentaire en novembre, dont l’objet est la couverture photographique des secteurs concernés par l’équipement.

La photographie ci-dessous rassemble quelques vues prises cette semaine des secteurs 3, 5 et 8. Le reste de la semaine nous permettra de finaliser les prises de vues des galeries et sols archéologiques (malgré un climat fortement pluvieux et la présence de forts ruissellements dans la cavité).

 

réseau droit de la grotte : couverture photographique des secteurs destinés à être équipés de passerelles de circulation

réseau droit de la grotte : couverture photographique des secteurs destinés à être équipés de passerelles de circulation. Photographies publiées avec l'aimable autorisation de Edmond Goineaud, propriétaire de la grotte.

 

Relevé des panneaux ornés du secteur 13 (salle du pillier)

par R. Bourrillon et St. Petrognani

Après avoir effectué la couverture photographique des parois ornées du secteur 13 de la grotte, au printemps dernier, le relevé analytique des panneaux pouvait commencer. Parmi ces panneaux, on compte celui que nous avons dénommé PIID, constitué de « scalariformes » (motifs en forme d’échelles). Dans l’état actuel de notre connaissance du réseau, ce panneau concentre les motifs les plus complexes de la cavité. Il est question d’une construction verticale, composée de tracés digités, répétée quatre fois sur moins d’un mètre de paroi.

C’est sur cette même paroi droite de la Salle du Pilier que se développe le panneau PIVD (dit « Grand Panneau »), ensemble graphique le plus important de la grotte des Fraux. Là, de larges tracés digitaux horizontaux se superposent à des séries de tracés verticaux parallèles qui s’organisent en séquences régulières. L’analyse in situ a mis en évidence la présence d’un signe scalariforme comparable au panneau décrit précédemment. Elle a permis de déterminer la grande variabilité des largeurs et sections des différents tracés.

Il s’agissait pour nous, au cours de cette session, de compléter et d’ajuster les relevés amorcés en laboratoire au cours du mois de mai. Dans les mois à venir, ces relevés « bruts » (dessinés sur rodoïde) seront scannés et traités par infographie en vue d’une future publication.

Secteur 13 : relevé du Grand Panneau sur rodoïde

Secteur 13 : relevé du Grand Panneau sur rodoïde

Secteur 13 : relevé du Grand Panneau

Secteur 13 : relevé du Grand Panneau

Analyse et démontage de trois ensembles fauniques en connexion anatomique (secteur 13, salle du pilier)

En prévision du démontage des vestiges issus des sols archéologiques fouillés dans le secteur 13 (démontage rendu nécessaire par la pause prochaine de platelages de circulation à l’intérieur du secteur 13) Jean-Denis Vigne (archéozoologue et Directeur de Recherche au CNRS à l’UMR7209, Museum, Paris) a souhaité réaliser une série d’observations in situ sur trois ensembles d’ossements animaux trouvés en connexion anatomique, sur l’horizon (unité stratigraphique) 13015. Il a pu ainsi procéder à l’enregistrement précis des relations spatiales existant entre les pièces anatomiques impliquées dans chacune des trois connexions observées, préalablement à leur prélèvement – prélèvement qui aurait empêché toute observation sur les conditions exactes de dépôt des membres ainsi que sur l’éventuelle dynamique de dispersion post-dépositionnelle des ossements. Les premières observations seront complétées par des analyses conduites en laboratoire et une étude tracéologique des pièces.

– Les observations ont d’abord été conduites sur un membre antérieur gauche de jeune suiné. Le membre de ce jeune animal, apparemment mort à l’âge de 5 à 6 mois, aurait été déposé au pied du talus de la salle du pilier (en bordure de la zone foyère), en connexion anatomique parfaite. Au fil de la décomposition du membre, les éléments les plus légers ont été entraînés dans le sens de la pente ; les membres les plus lourds auraient pour leur part été translatés sur une distance moindre. Les premières observations réalisées sur le terrain conduisent Jean-Denis à ne pas écarter l’hypothèse que cet ensemble aurait pu être déposé avec les masses musculaires attenantes, ce qui évoquerait d’avantage un acte symbolique qu’un relief de repas. Cela reste à vérifier par l’analyse tracéologique.

Prise de mesures - par Jean-Denis Vigne - des décalages post-dépositionnels entre épiphyse et diaphyse sur le membre antérieur gauche d’un jeune suiné (secteur 13, salle du pilier).

Prise de mesures - par Jean-Denis Vigne - des décalages post-dépositionnels entre épiphyse et diaphyse sur le membre antérieur gauche d’un jeune suiné (secteur 13, salle du pilier).

– Le second ensemble observé correspond à trois os de la première rangée du carpe droit d’un jeune suiné, proche en âge de l’individu précédant et lui aussi, en parfaite connexion anatomique. Cet ensemble pourrait s’apparenter à un déchet d’un repas.

– Le troisième ensemble correspond à une cheville droite de suiné adulte, en l’occurrence un sanglier mâle de gros gabarit, probablement acquis par la chasse. Les premières observations tendent à penser que cet ensemble relève également d’un déchet de consommation.

Relevé du grand panneau orné du secteur 13

par Raphaelle Bourrillon et Stephane Petrognani

Dans une perspective de corrélation du travail 3D mené par l’équipe de l’INSA de Strasbourg (UMR MAP 694) et du relevé des parois ornées, nos efforts se sont concentrés ces deux derniers jours sur le « Grand Panneau » (secteur 13, paroi droite). À la suite de l’enregistrement descriptif des manifestations sur les fiches de terrain, un croquis de lecture détaillé a pu être réalisé.

Stephane en train de réaliser le croquis de la partie gauche du Grand Panneau

Stephane en train de réaliser le croquis de la partie gauche du "Grand Panneau" (secteur 13)

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

Exemple de superposition de tracés digités sur le « Grand Panneau »

Exemple de superposition de tracés digités sur le Grand Panneau du secteur 13. Cliché publié avec l'aimable autorisation d'Edmond Goineaud, propriétaire de la grotte des Fraux.

Ces informations nous permettrons à plus long terme de comparer les panneaux entre eux mais, également, entre les différents secteurs ornés de la cavité. L’étude concomitante des sols, les données de l’archéométrie et le scan 3D du secteur vont nous permettre de restituer ces manifestations graphiques dans leur contexte social et culturel.

À la poursuite du champ magnétique

À la suite du test de couplage des approches de thermoluminescence et magnétiques réalisées en octobre 2008 – notamment dans le secteur 18, au niveau d’une aire fortement rubéfiée correspondant à une structure de combustion – François Lévêque a considéré que le levé du profil en prospection magnétique (procédé non destructif) aurait gagné en finesse a bénéficier de davantage de données par unité d’espace. L’un des objectifs de cette nouvelle campagne de prospection magnétique est de parvenir à produire une haute résolution spatiale de la variation du champ magnétique et de générer des données 3D de cette variation. Pour pallier au manque de données, François a décidé de passer à un mode d’acquisition dynamique (en continu) en réalisant un positionnement déconnecté de l’acquisition des mesures du champ magnétique avec la station trimble (aimablement prêtée à l’équipe par la société GEOTOPO). Cette station permet de localiser, au cm près, un prisme solidarisé au capteur de champ magnétique. Les deux séries temporelles de mesures sont synchronisées.

prospection magnétique

prospection magnétique via un mode d'acquisition dynamique solidarisant capteur de champ magnétique et prisme.

Cette opération a été réalisée sur plusieurs m3, sur la zone cible prospectée en octobre, autour du foyer F4. En moins d’une heure, cette opération a permis d’acquérir quelque 16 000 points de mesure à comparer aux 400 points de mesure acquis l’an passé (en 2 heures de temps, sur une surface d’environ 10 m2).

Scan 3D de la galerie des foyers (secteur 18)

Les journées de lundi et mardi ont été consacrées à la numérisation 3D de la galerie 18, longue d’une trentaine de mètres. Ce travail, réalisé à l’aide du scanner Photon Faro et d’une station Trimble VX a mobilisé 4 personnes. L’exiguité des lieux – la galerie est par endroits haute d’à peine 1,20 m et large de 80 cm – a complexifié la manipulation des appareillages. Pour compléter le travail de numérisation, Pierre Grussenmeyer a effectué une série de photographies numériques en haute résolution (15 M) des parois du secteur 18 dans le but de « texturer » le modèle 3D.

À l’occasion de cette manipulation, l’équipe a accueilli un étudiant de l’INSA-Strasbourg, actuellement stagiaire chez GEOTOPO, Franck Lamure.

Relevé des sphères au Trimble VX par Franck.

Relevé des sphères au Trimble VX par Samuel, Franck et Benoît.

L’équipe de l’INSA-Strasbourg profite de ce billet pour saluer Anne !

En préalable à la numérisation

relevé des sols archéologiques su secteur 18

relevé des sols archéologiques du secteur 18

Un des objectifs de cette nouvelle opération de terrain aux Fraux est le scan 3D du secteur 18 (dit galerie aux foyers), dans le prolongement du secteur 13. Les nombreux foyers en cuvette qui jalonnent cette galerie font par ailleurs l’objet d’une étude archéomagnétique en cours. Avant que d’amorcer le scan de cette partie du réseau, nous finalisons ce week-end le travail de relevé manuel et photographique des sols archéologiques en place (structures de combustion, mobilier…) ainsi que l’état des lieux de cette portion de la galerie.

Reprise des hostilités

Pour les archéologues pariétalistes, cette semaine  sera consacrée à la prise de photographies et au mosaïquage des clichés des panneaux ornés du secteur 13 de la grotte des Fraux. Ce travail de prise de vue est précédé d’une étape de description des panneaux ornés et des entités graphiques sur la base d’une fiche type. Cette fiche a été adaptée à la grotte des Fraux, à partir d’un modèle plus spécialement conçu pour la période paléolithique.

 

Raphaelle et Stephane décrivant le grand panneau de la salle au pilier

Raphaelle et Stephane décrivant le grand panneau de la salle au pilier (secteur 13)

 

Fiche d'enregistrement des entités graphiques

Fiche d'enregistrement des entités graphiques

Ce travail préparatoire concerne les 11 panneaux du secteur 13, répartis sur une vingtaine de mètres linéaires. Il permettra le relevé manuel des panneaux lors de la prochaine campagne, en mai prochain.

L’objectif de l’équipe est de mener à terme l’étude du secteur 13 (archéologie, relevés pariétaux, 3D, topographie, étude archéométrique des foyers) pour la fin du programe triannuel de fouille.

Fin de campagne 2008

Ce samedi 1er novembre signe la fin de la campagne d’automne à la grotte des Fraux. Ces deux semaines intensives ont été principalement consacrées à des tests d’ordre méthodologique. La présence de nombreuses structures de combustion dans la cavité nous a incité à mettre en œuvre des approches croisant différents types d’analyses (paléo-magnétisme, susceptibilité magnétique, thermoluminescence). Le dépouillement des premiers résultats dans les prochaines semaines devrait nous permettre de proposer un protocole d’étude. La confrontation des points de vue permet également de proposer d’autres pistes de recherche, dont celle de la datation de l’ensemble des feux par luminescence. Il ne s’agirait pas d’obtenir des dates absolues, mais davantage de voir si l’on peut proposer une chronologie relative et propre au site. Des tests de faisabilité devront être réalisés.

Comme nous l’avons montré dans le dernier billet, le relevé en 3D de la cavité a été engagé par
Pierre, Samuel et Benoît. Ici encore, la valeur méthodologique a été privilégiée par l’emploi de matériels différents dans des conditions topographiques particulières. L’enjeu est à présent de mettre au point des outils (bases de données géo-référencées) permettant une parfaite compatibilité entre les différents modes de relevé. La poursuite du relevé des œuvres pariétales s’inscrit dans cette perspective. Les panneaux relevés par Stéphane et Raphaëlle, à l’aide de relevés photographiques et manuels sur le terrain, vont nous permettre de travailler à l’intégration des données archéologiques dans le modèle 3D. Car cette question de la gestion en trois dimensions se pose pour chacun d’entre nous. Lorsque nous relevons des sols archéologiques, des fragments de céramiques ou des restes osseux, nous réalisons des plans qu’il conviendra d’intégrer dans le modèle en 3 dimensions. Pour ce faire, une petite zone de 4 m² a été décapée et fait l’objet d’une fouille partielle.

Ce bilan ne saurait être complet sans saluer le travail de reconnaissance et de topographie du réseau conduit par Yves et Christine. L’exploration de nouvelles galeries a montré le développement réticulé du réseau et permet de comprendre le processus de formation de la grotte des Fraux.

Nouvelles échéances : remise du rapport de fouille fin décembre 2008. D’ici là, les travaux de laboratoire vont poursuivre…

 

sur le départ...

sur le départ...

 

Test de différentes méthodes de relevé 3D

Nos collègues de l’équipe PAGE de l’INSA de Strasbourg (éuipe de l’UMR MAP 694) sont repartis ce matin, après trois journées passées dans la grotte à réaliser des relevés et à tester différents types de matériels. Les journées, rythmées par la descente du matériel par l’étroiture de la grotte, sa mise en place dans le réseau, son maniement, ne nous ont pas laissé de temps pour le traditionnel billet quotidien.

La première journée, l’équipe s’est scindée en deux.

Samuel et Albane ont mis en place le scanner Faro Photon à l’intersection des galeries 13 et 18. Après avoir positionné plusieurs sphères sur des points spécifiques, déterminés par leur bonne visibilité depuis différentes stations, le scanner Photon est mis en station sur un pied carbone. Après avoir retiré les points matérialisés au sol (fiches pvc et rubalise), l’acquisition par le scanner Photon s’opère très rapidement. Le nuage de points est visualisé et sauvegardé quelques minutes plus tard sur l’écran du PC. L’opération, répétée en déplaçant la station de manière à multiplier les zones de recouvrement, a permis de couvrir les 80 mètres de ces secteurs en moins de deux journées.

Le scanner Faro Photon en station dans la grotte

Le scanner Faro Photon en station dans la grotte

Contrôle à l'écran de l'acquisition 3D achevée

Contrôle à l'écran de l'acquisition 3D achevée

Visualisation de la zone numérisée sur l'écran du PC

Visualisation de la zone numérisée sur l'écran du PC

Dans le même temps, la seconde équipe formée de Pierre et Benoît a réalisé le relevé des sphères à l’aide de la station totale Trimble VX. Ce relevé est nécessaire pour associer le nuage de points, et pour que le levé puisse être géoréférencé. Il est nécessaire de connaître très exactement – à quelques millimètres près – la position de chacune des sphères. Cette opération, s’appuie sur le réseau de points géoréférencés positionné à l’aide de la station Trimble VX. La qualité du scan est tout a fait exceptionnelle puisque l’on peut aisément discerner sur certains des panneaux ornés les tracés digitaux. Une grande partie de la matinée du jeudi a été consacrée à la réalisation d’une couverture photographique qui pourra être plaquée sur le modèle 3D (texturage).

Numérisation d'un panneau par la station trimble VX

Numérisation d'un panneau par la station trimble VX

L’un des objectifs de cette mission était de tester différentes méthodes de relevés et de types de matériel pouvant être employés. Deux panneaux tests ont été sélectionnés pour faire l’objet de ce travail expérimental. Près de l’entrée, dans le secteur 11, un panneau a été numérisé à l’aide du scanner Faro et de la station Trimble VX. Cette dernière, équipée d’un système d’acquisition d’image, réalise à la fois la mosaïque des photos et la numérisation à faible résolution du modelé de la paroi. L’objectif n’est pas d’obtenir un scan à très haute résolution, mais davantage de disposer d’un mappage photographique. Dans les mois, à venir il sera possible de comparer les modèles numériques obtenus par scannage avec le relevé manuel réalisé par Stéphane et Raphaëlle à partir de la mosaïque photo.

Un second panneau, dans le secteur 13, à fait l’objet d’une attention particulière : balayage laser laser-scanning par le scanner Faro et numérisation à l’aide de la station Trimble VX et du scanner Trimble GX. La particularité de ce dernier appareil est de générer en haute résolution des modèles en couleur. En disposant un éclairage fixe (lampes froides), l’objectif est de travailler à la fois sur le modèle numérique du support et sur l’image elle-même. Il est alors possible de travailler avec des cibles disposées au-dessus du sol sur les points de canevas (pour directement géoréférencer les nuages de points), et non plus avec des sphères nécessairement posées sur la paroi ou fixées dans des failles de la roche.

Numérisation d'un grand panneau orné par la station trimble GX

Numérisation d'un grand panneau orné par la station trimble GX

Les mois à venir seront mis à profit pour traiter ces informations et préparer les prochaines campagnes de relevé, et l’équipe MAP-PAGE ne manquera pas de nous faire part de ces impressions. Nous tenons très chaleureusement à remercier la société FARO d’avoir mis à la disposition de l’équipe MAP-PAGE de l’INSA de Strasbourg leur tout nouveau scanner Photon.

Le réseau : relevé et observations

 

La campagne 2008 illustre parfaitement les différents niveaux de précision successivement mis en œuvre dans les relevés de la cavité. Ainsi, le scan 3D s’appuie sur un ensemble de points géoréférencés lesquels reprennent des stations d’un cheminement topographique classique lui même calqué sur un levé « spéléologique ».

Mais le corollaire du gain de précision et de détails est un matériel plus volumineux et une lourdeur de mise en œuvre. Les techniques simples, malgré leur faible précision, gardent donc tout leur intérêt pour obtenir un premier levé de la cavité dans un temps réduit et ceci surtout pour des endroits d’accès difficile.

Cette année, le levé « spéléologique » (consistant en un cheminement dans les galeries avec, de station à station, une mesure de la distance, de l’azimuth et de la pente ainsi que des dimensions du conduit) a donc été utilisé sur la base du premier relevé établi par Olivier Ferullo et Thierry Baritaud pour :

– reprendre 150 m de galeries afin d’assurer une série de rattachements ;

– lever 140 m de galeries pour lesquels existait seulement un croquis ;

– lever 290 m de galeries qui n’étaient pas encore indiquées.

 

A l’issue de ces nouveaux levés, le développement total de la grotte est notablement étendu. Cette augmentation est moins marquée pour l’emprise globale de la cavité. En effet, le réseau est extrêmement labyrinthique et pourrait même être qualifié de réticulé, deux orientations préférentielles étant dominantes.

Seule une faible part des nouvelles galeries relevées présentent des traces du passage des hommes de l’âge du Bronze. L’importance des incursions (en terme de distance à l’entrée supposée) pourra donc être précisée.

Pour le réseau lui même, les observations faites en 2007 sont confirmées : creusement en régime noyé avec développement de chenaux de voûte, phase de décolmatage provoquant, par appel au vide, le décrochement de portion de paroi.

Un des points nouveaux est l’existence de sections importantes de galerie caractérisées par un remplissage argileux observable sur 2 à 3 m de hauteur. L’une des coupes montre au moins une interruption dans la sédimentation argileuse suivie d’une phase de reprise d’érosion avec une importante chenalisation. La sédimentation reprend ensuite avec un comblement essentiellement sableux puis une nouvelle séquence d’argiles varvées.

 

colmatage argileux d'un conduit

colmatage argileux d'un conduit

 

séquence d'argiles varvées interrompue par une phase de chenalisation

séquence d'argiles varvées interrompue par une phase de chenalisation

 

L’évolution « récente » du réseau est marquée par :

– des effondrements de dalles du plafond pouvant, en quelques points, aller jusqu’à un développement de véritables « fontis » ;

– en un endroit, l’intrusion d’argile à galets depuis une probable communication ancienne avec la surface ;

 

talus d'argile à graviers

talus d'argile à graviers

 

– le surcreusement de portion de galeries avec le développement de chenaux entaillant les remplissages. Les écoulements parcourant ces chenaux ne sont actifs qu’en période de fortes précipitations. Ils se perdent dans des points d’absorption profonds de 3 à 5 m.

 

chenal entaillant le remplissage argileux d'une galerie

chenal entaillant le remplissage argileux d'une galerie

Enfin, si les traces anthropiques ne sont présentes que dans une faible partie des galeries nouvellement topographiées, celles de grands carnivores sont omniprésentes avec des griffades nombreuses sur de larges surfaces des parois ou dans l’argile des remplissages.

 

paroi abondamment griffée

paroi abondamment griffée

 

empreinte de patte sur un talus d'argile

empreinte de patte sur un talus d'argile

Topographie et numérisation de l’intérieur de la grotte des Fraux

Pour mener à bien le travail de numérisation d’un premier segment de la cavité, depuis la galerie 13 vers l’actuelle entrée de la grotte, une série de points géoréférencés a été relevée. Depuis les premières reconnaissances, de nombreux points topographiques ont été posés par le Service Régional de l’Archéologie ainsi que par notre équipe. Il devenait urgent de consolider ce semis de points et de les intégrer dans un système référencé, raccordé au système Lambert. Dans un même temps, nous avons positionnés des points pérennes en inox, chevillés dans les blocs de grès. Ailleurs, des tubes PVC de 100 mm ont été enfoncés dans le substratum argileux.

La société GEOTOPO a mis a disposition de l’équipe du MAP un théodolite Trimble VX qui offre notamment la particularité de pouvoir visualiser sur écran les points visés sans réflecteurs. Cet instrument permettra de caler les sphères mises en places pour positionner le nuage de point du scanner. Nous tenons à remercier chaleureusement Nicolas Schaller, gérant de la société GEOTOPO (http://www.geotopo.fr).

positionnement des sphères préalablement au scan du secteur 13

positionnement des sphères préalablement au scan du secteur 13 station trimble VX en station dans la grotte

géoréférencement des anciens points topo

géoréférencement des anciens points topo

 

station trimble VX en station dans la grotte

station trimble VX en station dans la grotte

 

Outre le prêt de la station Trimble, Nicolas a passé une journée avec l’équipe pour observer le comportement de l’instrument dans les conditions de travail très particulières du milieu souterrain.

 

 

Outre le prêt de la station Trimble, Nicolas a passé une journée avec l’équipe pour observer le comportement de l’instrument dans les conditions de travail très particulières du milieu souterrain.

 

 

Lieu de vie ou lieu de passage ?

La fouille d’une zone test se poursuit depuis le début de la semaine dans le secteur 13. Le décapage d’une surface de 5 m² a été réalisé dans une zone où les piétinements et les perturbations ont provoqué un léger compactage des vestiges. Les mobiliers de l’horizon supérieur (Us 13011) ont parfois été déplacés de quelques centimètres ou soulevés par les passages successifs. On observe ainsi des petits blocs de grès déplacés dont on discerne l’empreinte de la position primaire.

La fouille de l’horizon sous-jacent (Us 13015) dévoile un horizon puissant de 1 à 2 cm formé d’un épandage de tessons de céramiques et de fragments osseux. Les vestiges sont inégalement répartis. Au centre de la zone, un foyer à plat est matérialisé par une surface rubéfiée. Parmi les vestiges gravitant autour du dispositif foyer, de nombreux restes osseux de faune domestique  correspondent à de jeunes individus (épiphyses non soudées). Les multiples connexions anatomiques observées, dont certaines concernent des membres, témoignent de rejets ayant subi peu de perturbations post-dépositionnelles.

vue d'une patte en connexion anatomique

vue d'une patte en connexion anatomique

 

Les investigations stratigraphiques conduites ponctuellement montrent que cet horizon repose sur une couche charbonneuse peu épaisse (Us 13016 puissante de moins de 1 cm) vierge de tout mobilier anthropique. Le démontage du sol 13015 permettra, à l’appui d’une plus grande surface fouillée, de compléter cette observation. Des témoins ont été laissé en place  de manière à réaliser des prélèvements micro-morphologiques. Un échantillon a été prélevé sur un sol, en marge d’une zone remaniée.

La fouille de ce secteur est aujourd’hui achevée et elle va faire l’objet d’une micro-topographie à l’aide d’un scan 3D. Ce relevé viendra compléter le plan de la zone dressé au 1/5ème ainsi que les prises de vues des détails ou des configurations particulières. Après le dépouillement de ces différentes sources, nous envisageons de poursuivre ponctuellement la fouille. Avant toute chose, l’ensemble des sédiments qui a été prélevé selon un pas régulier devra faire l’objet de tamisages.

 

Premières impressions

Les premières impressions, au moment où nous interrompons la fouille de ce secteur avant d’engager son analyse spatiale, sont celles d’une zone « d’habitat » caractérisée par un épandage de rejets domestiques – céramiques fragmentées et restes osseux – gravitant autour d’une structure de combustion. Ce type de dispositif pourrait décrire un petit campement, c’est-à-dire l’aménagement d’une petite zone de vie sur une zone plane, adossée d’un côté à un talus argileux et de l’autre à une série de blocs décrochés du plafond de la grotte et formant un empierrement hétérogène.

Magnétisme et luminescence : couplage de méthodes à la grotte des Fraux

Lors de la campagne de printemps 2008, des structures de combustion ont été identifiées dans le secteur 13 de la grotte. Ces dernières se matérialisent sous la forme de zones rubéfiées, colorées et par la concentration de produits de combustion. Si l’archéologie a permis de cartographier ces différents indices, peu d’éléments sont susceptibles de préciser la fonction des feux (éclairage ? feu domestique ?).

Nous avons décidé avec Pierre Guibert de l’IRAMAT à Bordeaux, François Levêque et Vivien Mathé de l’Université de La Rochelle (Centre Littoral de Géophysique, Laboratoire de magnétisme environnemental) de réaliser un test couplant différentes approches en vue de l’analyse des structures de combustion.

Plusieurs questions se sont posées à nous dans la perspective d’une modélisation des feux dans la grotte des Fraux :

la conduite de prospections géophysiques en milieu souterrain.

la cartographie des structures et leur organisation dans l’espace ;

la mise en place de méthodes d’études non destructives ou à faible impact ;

la question des paléo-températures ;

L’idée retenue par l’équipe a été de coupler les approches thermoluminescentes et magnétiques.

Le test opéré cette semaine aux Fraux visait à :

– observer, sur une zone où des structures archéologiques sont avérées, les liens de corrélation entre les indices de chauffe et la cartographie des anomalies magnétiques ;

– rechercher, dans un secteur choisi, des structures de combustion en utilisant un mode de prospection non destructif (magnétisme).

Dans le premier secteur (secteur 13), les mesures se sont focalisées autour du foyer F4 et ont consisté dans le levé d’un double profil en prospection magnétique.

Secteur 13 - Profil magnétique sur 6 mètres linéaires

Secteur 13 - Profil magnétique sur 6 mètres linéaires

Dans une seconde étape, la cartographie d’une zone d’un ½ m² a été réalisée à l’aide de deux capteurs de susceptibilité magnétique.

Secteur 13 - cartographie du foyer F4 par susceptibilité magnétique

Secteur 13 - cartographie du foyer F4 par susceptibilité magnétique

Résultats préliminaires et premières observations :

Sur le profil général apparaissent des feux d’intensités différentes selon qu’il s’agit de foyers à plats (aménagés sur le substrat de blocs de grès) ou de structures qui procèdent de la mise en œuvre d’argile. La question des types de matériaux employés est ici primordiale.

La cartographie réalisée selon une maille de 25 cm² (1/2 journée de mesures) a permis de tester deux types de capteurs (susceptibilimètres) qui ont livré des images similaires. L’image produite fait clairement apparaître une sole d’argile ainsi que deux zones chaudes localisées en périphérie de cette structure.

Un bloc de grès d’apparence non altéré, à quelques centimètres de la sole, a longuement interrogé l’équipe. Les mesures montrent que seule la périphérie du bloc a été altérée par le feu sur quelques millimètres, mais son état de surface (non transformé par la chauffe) résulterait d’un processus post-dépositionnel.

Après cette opération, un échantillonnage a été réalisé dans la perspective de mesurer les paléo-températures (TL). La stratégie de prélèvement a résidé dans l’utilisation des résultats de la susceptibilité magnétique dans le but d’échantillonner les zones de différentes valeurs en privilégiant des transects. 21 échantillons, répartis y compris sur des zones non chauffées, ont ainsi été prélevés. 12 prélèvements complémentaires ont été réalisés en dehors de la zone mesurée en susceptibilité afin d’établir un transect général de la structure.

Secteur 13 - localisation des prélèvements pour la thermoluminescence.

Secteur 13 - prélèvements d'un échantillon de la sole foyère pour la thermoluminescence.

Secteur 13 - localisation des prélèvements pour la thermoluminescence.

Secteur 13 - localisation des prélèvements pour la thermoluminescence.

Dans le secteur 18 (une galerie étroite localisée dans le réseau gauche de la cavité) aucune investigation archéologique n’a jusqu’à présent été réalisée. Cependant, des cuvettes et de zones fortement charbonneuses sont apparues en surface. L’objectif de la prospection magnétique visait à mettre en évidence des zones de combustion, pour partie masquées par des produits de combustion ou des faciès de surface altérant la perception des couleurs et des formes des éventuelles structures.

Les mesures ont été opérées selon un pas régulier (35 cm), sur un segment de la galerie long de près de 10 mètres.

Secteur 18 - profil magnétique sur 10 mètres linéaires.

Secteur 18 - profil magnétique sur 10 mètres linéaires.

Dans ce secteur, des épandages de produits de combustion, mais également des faciès détritiques liés à la paroi, engendrent un bruit de fond/un signal de base de la susceptibilité magnétique élevé. L’hypothèse de la présence de lits détritiques riches en minéraux ferrugineux – antérieurs à l’occupation – sur un des cotés de la galerie peut aussi être évoquée. Cependant, les 4 transects révèlent une succession d’anomalies magnétiques qui signale très probablement des zones de feu. Dans le détail, on observe que les crêtes des foyers (poins hauts de ces structures) délivrent le signal de susceptibilité le plus fort. Ces observations devront être complétées dans la semaine qui vient par une cartographie et un levé topographique qui permettront de corréler ces informations.