Une base de données 3D de la grotte des Fraux

Plus de 7 années de numérisation 3D des différents secteurs de la grotte et autant d’années de traitement de données produites ont généré un nombre considérable de fichiers informatiques particulièrement lourds (nuages de points bruts et assemblés, modèles  maillés, modèles texturés, fichiers topo, pdf3D…) .

seteur 28

numérisation 3D des galeries 28 et 29 de la grotte des Fraux à l’aide du scanner laser terrestre FARO Focus (plateforme 3D GEODE)

Travailler à l’échelle d’un si vaste réseau (plus de 1 km) nécessite une grande rigueur dans la gestion, le traitement et le stockage des données 3D hétérogènes et multiscalaires produites par les différents membres de l’équipe. Il nous est apparu indispensable de créer une base de données complète capable de détailler les caractéristiques de chaque fichier (intitulé, zone scannée, année de production, type de format et de résolution, localisation du fichier…).

capture d'écran de la base de données 3D de la grotte des Fraux

capture d’écran de la base de données 3D de la grotte des Fraux (GEODE – INSA)

Cette semaine,  pour la seconde fois cette année, nous avons procédé au tri des données produites depuis 2008 aux Fraux, dans les locaux de l’INSA à Strasbourg.

Quelques 877 fichiers ont pour l’heure été classés et renommés dans le but de faciliter la réalisation de documents de travail (comme le modèle 3D total de la grotte qui servira notamment de support aux simulations sur l’histoire du karst, la climatologie…).

modèle 3D dégradé de la grotte des Fraux (INSA - GEODE)

Modèle 3D  de la grotte des Fraux (INSA – GEODE). L’entrée actuelle de la grotte est située à droite (en rouge)

Encore une à deux semaines de travail à Strasbourg seront nécessaires à Samuel et Albane pour finaliser cette vaste entreprise…

Vient de paraître…

En début d’année sont parus 2 nouveaux articles sur l’apport de la 3D à l’étude de la grotte des Fraux :

– le premier, en anglais, est paru dans la revue « International Journal of Heritage in the Digital Era »

lien vers la page web de la revue : http://www.digital-heritage-journal.eu/

Référence bibliographique :  BURENS  A., GRUSSENMEYER P.,  CAROZZA L.,  LÉVÊQUE F.,  GUILLEMIN S.,  MATHÉ V., 2014 -  Benefits of an accurate 3D Documentation in Understanding the Status of the Bronze Age Heritage Cave « Les Fraux » (France), International Journal of Heritage in the Digital Era, vol. 3, n°1, pp. 179-195.

Référence bibliographique : BURENS A., GRUSSENMEYER P., CAROZZA L., LÉVÊQUE F., GUILLEMIN S., MATHÉ V., 2014 – Benefits of an accurate 3D Documentation in Understanding the Status of the Bronze Age Heritage Cave « Les Fraux » (France), International Journal of Heritage in the Digital Era, vol. 3, n°1, pp. 179-195.

 

 

Le second, en français, est paru dans la revue « xyz » éditée par l’association française de topographie :

lien vers la page web de la revue : http://www.aftopo.org/FR/xyz-4.html

Référence bibliographique :  BURENS  P., BURENS  A.,   CAROZZA L.,  LÉVÊQUE F.,  GUILLEMIN S.,  MATHÉ V., 2014 -  Numérisation 3D de la grotte ornée des  Fraux (Dordogne) : apport à l’archéologie et à la cartographie du champ magnétique,  Revue XYZ, n°138, pp. 33 -41.

Référence bibliographique : GRUSSENMEYER P., BURENS A., CAROZZA L., LÉVÊQUE F., GUILLEMIN S., MATHÉ V., 2014 – Numérisation 3D de la grotte ornée des Fraux (Dordogne) : apport à l’archéologie et à la cartographie du champ magnétique, Revue XYZ, n°138, pp. 33 -41.

 

L’équipe vient par ailleurs tout juste de soumettre un nouveal article à  « Karstologia », revue de spéléologie physique de la Fédération Française de Spéléologie et de l’Association Française de Karstologie, qui prépare un numéro thématique sur le thème : Karst, grottes et 3D.

lien vers la page web de la revue : http://edytem.univ-savoie.fr/karstologia

 

couverture du n° 51 de la revue Karstologia

couverture du n° 51 de la revue Karstologia

bonne lecture 😉

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.

Présentation des développements méthodologiques réalisés à la grotte des Fraux dans le domaine de la 3D au colloque CIPA

A l’occasion du XXIVe colloque international International CIPA tenu du 2 au 6 septembre 2013 à Strasbourg, l’équipe scientifique des Fraux a présenté une communication consacrée aux développements méthodologiques réalisés à la grotte des Fraux depuis 6 années dans le domaine de la numérisation et de modélisation 3D .

Cette présentation n’aurait pu être réalisée sans l’implication de l’ensemble des membres de l’équipe scientifique des Fraux ni sans la bienveillance des propriétaires de la grotte, qu’ils soient ici tous remerciés.

Les travaux présentés ont bénéficé du soutient de l’INEE du CNRS, du Ministère de la Culture et de la Communication et du programme AIR.

 

 


CIPA2013(PC).ppt

 

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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.

 

Suivi climatique de la grotte des Fraux : bilan des premières mesures de température

Par Delphine Lacanette

Institut de Mécanique et d’Ingénierie – Bordeaux – UMR 5295, département TREFLE
 
 

Quatre capteurs de température ont été disposés dans la grotte des Fraux et ont enregistré les variations de température du 1er avril 2012 au 28 janvier 2013.

 

localisation des 4 capteurs de température (étoiles rouges) dans la groote des Fraux

localisation des 4 capteurs de température (étoiles rouges) dans la grotte des Fraux

 

Le premier capteur était positionné à l’entrée de la cavité, le deuxième au fond du réseau droit (secteur 6), les troisième et quatrième dans le réseau gauche (secteurs 18 et 19).

Le capteur de l’entrée a montré deux régimes au cours de l’année.

graphique des températures relevées par le capteur localisé près de l'entrée actuelle de la grotte

graphique des températures relevées par le capteur 1 localisé près de l’entrée actuelle de la grotte

 

Le premier, de mai à novembre, présente une évolution continue témoignant de peu d’échanges avec l’extérieur. En effet, l’air extérieur étant la plupart du temps supérieur aux 10 à 12 °C de l’entrée, il est plus léger et ne pénètre pas à l’intérieur de la cavité. De novembre à mai, on observe des alternances de température jour/nuit respectivement plus importantes et plus faibles que la température intérieure. Lorsque l’air extérieur est plus froid, il est plus lourd et descend dans la cavité. Lorsqu’il se réchauffe, il reste à l’extérieur. On assiste ainsi à une alternance de courants de convection et de stratifications successives au cours de la journée, et ceci pendant toute la période.

Les températures correspondant aux capteurs 2 et 4 présentent des variations assez proches, avec une amplitude de 0,14°C sur l’année. (Figure 3)

 

graphique des températures relevées par les capteurs 2 et 4.

graphique des températures relevées par les capteurs 2 (secteur 6)  et 4 (secteur 19).

 

La température au capteur 3 a une amplitude de 0,05°C, ce qui nous laisse penser que le secteur 18 est à une profondeur plus importante que les secteurs 6 et 19.

Le modèle numérique de terrain , en cours d’acquisition, permettra de confirmer ces hypothèses et d’affiner l’approche de modélisation de l’épikarst.

 

Caractérisation thermique de structures de combustion de la grotte des Fraux : soutenance de la thèse d’Aurélie Brodard

Mardi 29 janvier 2013, Aurélie Brodard soutiendra sa thèse de doctorat consacrée à la caractérisation thermique de structures de combustion de la grotte des Fraux par les effets de la chauffe sur les minéraux (thermoluminescence et propriétés magnétiques), à l’Université Michel de Montaigne de Bordeaux 3. Aurélie a réalisé ce doctorat en Physique des archéomatériaux sous la direction conjointe de Pierre Guibert et François Lévêque.

Résumé de la thèse :

Les structures de combustion constituent un témoin de la fréquentation humaine et leur étude permet d’appréhender un aspect du mode d’occupation d’un lieu donné. Ainsi, pour compléter les approches classiques qui s’intéressent à la typologie des foyers, à la fréquence des feux, à la nature des combustibles, etc., une caractérisation thermique de ces structures a été réalisée. Elle s’appuie sur les impacts thermiques enregistrés par les sédiments soumis aux feux et plus précisément sur les modifications des propriétés de thermoluminescence (TL) et de magnétisme avec la chauffe. Le statut et le mode d’occupation de la grotte de Fraux (Dordogne), occupée à l’Âge du bronze, posent question car celle-ci a livré autant de vestiges de nature domestique (sols de circulation, foyers, mobiliers) que symbolique (manifestations pariétales, dépôts de mobilier). La place prépondérante des foyers parmi dans la grotte a induit une étude spécifique de ces structures (plus de 60 foyers présentant un état de conservation exceptionnel).

L’étude de plusieurs foyers de la grotte des Fraux a permis de tester le potentiel de paléothermomètres fondés sur deux propriétés indépendantes à savoir la TL des grains de quartz et le magnétisme des oxydes de fer contenus dans les sédiments. Le paléothermomètre TL a été élaboré en comparant les signaux TL d’échantillons provenant de foyers archéologiques à ceux de références thermiques chauffées en laboratoire. Pour le magnétisme deux pistes ont été exploitées : les températures de déblocage de l’aimantation rémanente et l’évolution de la signature magnétique (minéralogie et taille de grain) avec la chauffe. La détermination des paléotempératures atteintes par les sédiments substrats des structures de combustion apporte une première indication sur leur intensité de chauffe.

 

Mesure de susceptibilité magnétique sur un foyer de la grotte des Fraux

Des feux expérimentaux ont été réalisés dans le but d’étalonner les informations paléothermométriques obtenues en termes d’énergie mise en jeu et de quantité de combustible consommé. Ils ont permis de valider les références thermiques et de caractériser les impacts thermiques dans le sédiment.

Expérimentation instrumentée conduite dans le cadre de la thèse d’Aurélie Brodard sur la base des modèles des foyers de la grotte des Fraux

Ces expérimentations ont aussi servi de base à une modélisation de propagation de la chaleur dans les sédiments. Les simulations effectuées dans ce modèle numérique permettent d’estimer un temps minimal de fonctionnement des structures de combustion. Nous disposons ainsi d’un nouvel outil pour la caractérisation thermique de foyers archéologiques.

La Société Préhistorique Française organise une journée de conférences sur la grotte des Fraux

Le 15 décembre 2012, la Société Préhistorique Française organise une journée de conférences dédiée à la grotte ornée des Fraux. Cette réunion scientifique, qui se tiendra à l’INHA à Paris, sera l’occasion pour l’équipe de présenter un point sur l’avancée des travaux conduits au Fraux depuis 5 années avec le soutien de la DRAC Aquitaine et du Site d’Études en Écologie Globale de l’INEE (CNRS).

Le programme de cette journée, adossée à l’assemblée générale de la Société Préhistorique Française, est le suivant :

PROGRAMME

 Les Fraux : une grotte ornée de l’âge du Bronze (1400-1100 BC) en Dordogne

 10 h 00 – « Archéologie de la grotte des Fraux : bilan de cinq années de recherche » par Laurent Carozza et Albane Burens

10 h 30 – « Les manifestations pariétales de la grotte des Fraux : analyses et comparaisons » par Raphaëlle Bourrillon et Stéphane Petrognani

11 h 30 – ASSEMBLÉE GÉNÉRALE de la Société préhistorique française

14 h 00 – « Acquisitions géoréférencées de données lasergrammétriques et photogrammétriques dans la grotte des Fraux pour la création de modèles 3D texturés » par Pierre Grussenmeyer, Samuel Guillemin et Albane Burens

14 h 30 – « À la poursuite du feu : prospection magnétique en grotte » par Francois Lévêque, Vivien Mathé, Aurélie Brodard et Pierre Guibert

15 h 00 – « Caractérisation des foyers de la grotte des Fraux par leur impact thermique sur le sédiment substrat : approche par luminescence et magnétisme » par Aurélie Brodard, Delphine Lacanette, Pierre Guibert et Francois Lévêque

 15 h 30 – « Méthodologie et premiers résultats archéozoologiques sur la Grotte des Fraux »  par Jean-Denis Vigne et Albane Burens

L’équipe des Fraux remercie chaleureusement le conseil d’administration de la SPF, et tout particulièrement la secrétaire générale de l’association Claire Manen, pour l’opportunité qui leur est offerte de présenter leurs travaux dans le cadre prestigieux de ces journées scientifiques.

Que Marcelle et Edmond Goineaud, propriétaires de la grotte, trouve ici l’expression de la gratitude de l’ensemble de l’équipe scientifique pour la latitude qu’ils nous ont toujours accordée de mener nos recherches dans ce cadre exceptionnel.

Affiche de la journée de conférences organisée par la SPF

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