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…

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

 

CIPA2013(PC).ppt


CIPA2013(PC).ppt


CIPA2013(PC).ppt


CIPA2013(PC).ppt


CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt


CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

CIPA2013(PC).ppt

 

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

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

…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

Soutenance de diplôme d’ingénieur INSA de Benoît Cazalet : premier diplôme autour de la grotte des Fraux

Les 16 et 17 septembre derniers se sont tenues, à l’INSA de Strasbourg, les journées de la Topographie.

Vue des locaux strasbourgeois de l’INSA

Vue des locaux strasbourgeois de l’INSA

À cette occasion, Benoît Cazalet, membre de l’équipe scientifique des Fraux depuis 2008 et élève ingénieur de l’INSA Strasbourg a soutenu son mémoire de diplôme d’ingénieur INSA (spécialité topographie). Son mémoire, intitulé « Numérisation 3D de la grotte des Fraux (Dordogne, France) par lasergrammétrie et photogrammétrie » a été conduit sous la direction de Pierre Grussenmeyer et Tania Landes.

Couverture du diplôme d’ingénieur INSA de Benoît Cazalet

Couverture du diplôme d’ingénieur INSA de Benoît Cazalet

Toute l’équipe félicite chaleureusement Benoît pour son diplôme et profite de ce billet pour le remercier de l’important travail de topographie et traitement 3D qu’il a opéré aux Fraux, sous la tutelle de Samuel Guillemin et Pierre Grussenmeyer.

benoit

Benoît, le jour de la soutenance de son diplôme d'ingénieur INSA

Bon vent Benoît !

Où se situait l’entrée de la grotte des Fraux à l’âge du Bronze ?

L’accès actuel à la grotte des Fraux s’opère par un petit puits artificiel, lequel résulte de l’effondrement en 1989 d’une partie de la voûte de la cavité. À ce jour, nous ignorons la localisation exacte de l’entrée qu’empruntaient les « occupants » de la grotte à la fin de l’âge du Bronze. Nous ignorons également tout de la morphologie de cet ancien accès. S’agissait-il d’un petit porche ? Ou bien le versant était-il déjà colmaté par des dépôts de pente, laissant apparaître de petites infractuosités ?

La grotte des Fraux constitue un tout petit réseau horizontal. Cette spécificité permet de situer assez précisément l’altitude à laquelle devait se trouver l’ouverture de la cavité. L’orientation des galeries permet également d’estimer la position de l’entrée primitive, aujourd’hui effondrée, à hauteur de l’actuel parking aménagé à quelques mètres de l’entrée actuelle.

Pour tenter d’en reconstituer la forme, nous avons réalisé la numérisation d’une partie du versant – au profil adouci – où devait se situer l’entrée (ou l’une des entrées) permettant d’accéder à la cavité. Lorsque le modèle numérique de terrain sera réalisé, nous pourrons projeter le volume des galeries numérisées, et ainsi proposer une restitution topographique et morphologique du versant, tel qu’il se présentait à la fin de l’âge du Bronze. Le couplage avec de prospections géophysiques sera nécessaire pour préciser le niveau de pertinence des hypothèses.

Géolocalisation par GPS
Géolocalisation par GPS

Numérisation en 3D du versant sur lequel se situait l’accès à la grotte des Fraux à la fin de l'âge du Bronze. Les sphères disposées à dessin permettent au scanner « photon » Faro d’opérer l’assemblage des scènes numérisées
Numérisation en 3D du versant sur lequel se situait l’accès à la grotte des Fraux à la fin de l’âge du Bronze. Les sphères disposées à dessin (en arrière plan sur la photo) permettent au scanner photon Faro d’opérer l’assemblage des scènes numérisées.

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 !

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.