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Cartographie LiDAR pour drones sous la forêt pour trouver des vestiges archéologiques romains de l'âge du fer dans le sud de la France

7 mai 2020

Cartographie de sites archéologiques forestiers à l'aide de drones LiDAR: l'exemple du site de "L'Escalère" dans le sud de la France.

 

Depuis 2016, la UMR 5608 TRACES L'équipe de recherche du laboratoire utilise YellowScan LiDAR (Mapper puis Mapper 2) pour scanner des sites archéologiques sous couvert forestier. Cette fois, l'équipe de recherche toulousaine a fait voler son Mapper 2 sur un DJI M600 au-dessus du site de "L'Escalère" près de Saint-Martory dans la vallée de la Garonne, dans le sud de la France.

L'objectif de la mission était de cartographier des micro-reliefs d'intérêt archéologique sur une colline connue pour avoir accueilli des occupations humaines pré-romaines et romaines, aujourd'hui recouverte de forêt. On savait déjà qu'il y avait des murs en pierre sèche de 1 à 2 mètres de haut, et une cartographie précise des structures était nécessaire pour les fouilles archéologiques. L'objectif était d'obtenir des données numériques en 3D dans les plus brefs délais sur le terrain avec la flexibilité offerte par la cartographie des dronesLiDAR .

Cartographie LiDAR par drones sous la forêt - YellowScan Mapper 2 - Site archéologique de L'Escalère - 1

YellowScan Mapper 2 et DJI Matrice 600 UAV avant le décollage sur le site archéologique de "L'Escalère" - Crédit photo. Nicolas Poirier.

 

Cartographie LiDAR par drones sous la forêt  - YellowScan Mapper 2 - Site archéologique de L'Escalère - 2

YellowScan Mapper 2 et DJI Matrice 600 drones décollant dans le site archéologique de "L'Escalère" - Crédit photo. Nicolas Poirier.

 

 

"La zone étudiée était de 17 hectares et la mission a duré une semaine : 1 jour pour la planification, 1 jour pour l'acquisition et 3 jours pour le traitement des données" rapporte Nicolas Poirier, chercheur à l'UMR 5608-TRACES et pilote de drone.

Seuls 3 vols (10-12 minutes) ont été nécessaires selon l'équipe du Mapper II LiDAR Système de drone la capture de données pendant le vol à 50 m AGL et à une vitesse de 4 m/s.

Résultats : Le LiDAR nuage de points généré a montré une précision de +120 pts/m² et de 1 à 2cm après post-traitement PPK. Les visualisations des modèles numériques de terrain ont été créées à l'aide de la boîte à outils de visualisation du relief et les anomalies ont été vectorisées à l'aide d'ArcGIS 10.

Le modèle numérique d'élévation obtenu a été retravaillé avec différents algorithmes pour obtenir un premier aperçu des micro-reliefs à la surface (avec Logiciel RVT de Ljubljana Institut d'études anthropologiques et spatiales)

  • l'ombrage,
  • des collines qui s'étendent dans plusieurs directions,
  • PCA de l'ombrage,
  • gradient de pente,
  • modèle simple de relief local,
  • facteur de vue du ciel,
  • facteur de vue anisotropique du ciel,
  • l'ouverture positive et négative.

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

HillShade H45 D16 DSM

 

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

Ouvrir POS R10 D16 NetB DSM

 

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

Pente 8 bits DSM

 

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

SLRM R20 NetB. DSM

 

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

Multi Hillshade H45 D16 DSM

 

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

SLRM R20 couleur DSM

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

Open Neg R10 D16 DSM

 

 

MNS_HillShade-H45_D16 - YellowScan

Ouvrir Pos R10 D16 DSM

 

 

La capture de plusieurs vues d'une même zone a permis de mieux identifier les indicateurs archéologiques, a expliqué Carine Calastrenc, ingénieur expert en archéologie et en nouvelles technologies de prospection non invasive, qui a également participé au projet. Une première interprétation a été faite dans le logiciel ArcGis et la plupart des éléments identifiés étaient des linéaments qui pouvaient être des murs nivelés, des micro-reliefs ou des sols modélisés.

On peut également identifier des groupes de matériaux de forme circulaire ou ovoïde, appelés "anomalies". Il peut s'agir de vestiges archéologiques enfouis ou de la présence d'une végétation basse et non filtrée. Différents profils ont alors été réalisés sur quelques structures.

 

Cartographie LiDAR par drones sous la forêt  - YellowScan Mapper 2 - Site archéologique de L'Escalère - 3

YellowScan Mapper 2 et DJI Matrice 600 UAV survolant le site archéologique de "L'Escalère" - Crédit photo. Nicolas Poirier.

 

Cartographie LiDAR par drones sous la forêt  - YellowScan Mapper 2 - Site archéologique de L'Escalère - 4

YellowScan Mapper Site archéologique de "L'Escalère", site de débarquement des drones 2 et DJI Matrice 600 - Crédit photo. Nicolas Poirier.

Ce premier travail a permis à Thomas Le Dreff, chercheur spécialiste en Histoire et Archéologie des âges métalliques et de l'Antiquité en Europe, en charge de l'opération, d'avoir un premier aperçu rapide des vestiges présents sur le site. Il a ensuite retravaillé l'ensemble des données et les a analysées avec l'œil de son spécialiste.

Les LiDAR modèles ont ensuite été comparés aux observations de terrain, en particulier pour certaines anomalies apparues lors du relevé (segments linéaires de murs) qui n'avaient pas été repérées lors des précédentes visites sur le site, qui est une forêt dense qui n'a pas été entretenue. Tous les résultats linéaires n'ont pas été vérifiés sur place, étant donné que certains sont sans doute des micro-reliefs qui ne peuvent être vus sur place qu'après une déforestation, ce qui n'a pas pu être fait par manque de temps. De nombreuses petites taches visibles sur le MNT ombré généré semblent correspondre à des zones de végétation particulièrement denses qui ne fournissaient pas de points au sol ici.

Ainsi, le relevé obtenu a été suffisant pour une lecture générale du site et pour préciser l'emplacement des sondages archéologiques qui ont ensuite été effectués entre fin juin et début juillet 2019. Cette opération avait été prévue pour 6 mois et le Lidar relevé a permis de disposer d'un plan fiable du site, impossible à obtenir par les méthodes traditionnelles de relevé topographique en archéologie (relevé au théodolite ou à la balise GPS), compte tenu de la densité de la végétation.

L'opération, menée sur 6 petits secteurs du site, et notamment au niveau de certains murs de pierre matérialisés sur le Lidar relevé, a permis de préciser la morphologie de ces murs et leur datation. Cette datation a été obtenue suite à la mise en évidence de couches archéologiques au sommet desquelles sont implantés ces murs, seuls vestiges visibles du site avant la fouille. Ces couches archéologiques ont permis de mettre au jour des fragments de poteries anciennes datant de l'âge du fer (VIe et IIe/Ie siècles avant J.-C.) ou de la période moderne (XVIIIe et XIXe siècles).

L'Escalère - site archéologique sous la forêt dense

DEM - Cartographie II pointcloud

 site archéologique sous forêt dense près de la Garonne

DSM - Nuage de points du Mapper II

Tout cela a permis de conclure que la plupart des murs visibles en surface, donc visibles sur l'Lidar enquête, étaient datés des temps modernes. Ils appartiennent aux limites de parcelles destinées à contenir des zones agricoles ou pastorales (selon les quelques sources historiques concernant le site, qui ne précisent cependant pas la fonction de telle ou telle parcelle).

Certains murs massifs, cependant, appartiennent à un système de fortification de l'âge du fer qui entourait très fréquemment les villages perchés (ou oppidum) à cette époque (2 états identifiés à partir des fragments de poterie comme indiqué précédemment : VIe et IIe/Ie siècles avant J.-C.). Ce sont précisément les résultats qui ont été supposés à partir des collections de surface et recherchés en couplant cette opération archéologique avec le LiDAR relevé.

 

L'Escalère - site archéologique sous la forêt dense

Le site de l'Escalère à Saint-Martory (Sud de la France). Un des murs modernes visibles dans le bois. - Crédit photo. Thomas Le Dreff.

 

 site archéologique sous forêt dense près de la Garonne

Le site de l'Escalère à Saint-Martory (Sud de la France). Vue sur la Garonne depuis la rive sud. - Crédit photo. Thomas Le Dreff.

 

En plus des murs, le LiDAR relevé a permis de mieux dessiner le plan des importants terrassements visibles au bord du plateau. Lors des sondages archéologiques, ces terrassements se sont révélés être des ruptures de pente accentuées par les hommes à l'âge du fer. Ces terrasses, qui avaient un parement extérieur en pierre, peut-être surmonté d'une palissade en bois, permettaient, comme les murs massifs ailleurs sur le site, de défendre l'accès au village. Ces éléments de l'âge du fer se sont ici effondrés dans la pente. Cet effondrement est le résultat d'une destruction volontaire ancienne (village attaqué pendant l'âge du fer ?) ou relativement récente (nivellement du terrain pour construire les limites des parcelles à l'époque moderne), mais aussi d'une décomposition naturelle.

En utilisant le système LiDAR Yellowscan, les archéologues ont bénéficié d'une planification de mission facile, d'un accès aisé depuis la route jusqu'à la zone de prospection et d'une acquisition et d'un traitement des données très rapides. Comme l'indique M. Poirier, "Une cartographie topographique utilisant les méthodes traditionnelles de terrain aurait pris plusieurs semaines, avec de faibles chances de succès en raison du couvert forestier (mauvaise réception GPS). Ici, tout a fonctionné à la perfection".

Avant d'utiliser la solution YellowScan, l'équipe de recherche faisait de la topographie de terrain (longue, difficile et imprécise) ou achetait des données coûteuses LiDAR acquises par avion.

"La LiDAR solution Yellowscan nous a fourni un moyen facile d'accéder à la documentation 3D sur des sites archéologiques inconnus cachés sous le couvert forestier. C'est une bonne solution pour les petites zones isolées qui ne sont pas assez grandes pour justifier les coûts élevés d'une LiDAR couverture aérienne", explique Nicolas Poirier.

- Julien BO.

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