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Numérisation 3D de la grotte de Tautavel

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Carte de la région de Tautavel

- Stage terrain des élèves Mastère PPMD

- Du 14 au 25 octobre 2007

Ces travaux ont fait l’objet d’une publication.
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Contexte

C’est dans la Caune de l’Arago, près du village de Tautavel, situé dans les Pyrénées Orientales, qu’a été découvert dans les années 70, l’Homme de Tautavel, le plus vieux français à ce jour (-450 000 ans).

Le Centre Européen de Recherches Préhistoriques de Tautavel (CERPT), sous l’égide du préhistorien Henri de Lumley, a commandé à l’ENSG une numérisation des parois de la Caune de l’Arago.

Plus précisément, le produit à remettre était une série de coupes transversales et longitudinales des parois, espacées de 1m pour l’ensemble de la grotte, et de 10cm dans la zone de fouilles. Au passage, il fallait étudier le carroyage servant de référence à la localisation des fouilles, notamment sa fiabilité et sa précision.

 Explications du travail d'archéologue par les membres du CERPT

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Le moulin des gorges de Gouleyrous

Ce stage « lever terrestre » a été réalisé par 5 élèves du mastère PPMD (Photogrammétrie, Positionnement et Mesures de Déformations), encadrés par les professeurs de l’ENSG et une équipe d’archéologues du CERPT, du 16 au 25 octobre 2007.

Pour l’occasion, le CERPT a mis à la disposition le moulin du Gouleyrous, au pied de la paroi de la grotte, afin d’y installer un réseau informatique et tout le matériel nécessaire pour mener à bien la mission.

Topométrie

Un élève effectuant un levé au tachéomètre

Le lever topométrique est un élément essentiel de la réalisation d’un modèle numérique 3D. C’est lui qui permettra de situer les scènes laser à l’intérieur de la grotte et de les caler entre elles.

L’élément fondammental de la topométrie est le tachéomètre, qui permet de relever les angles verticaux et horizontaux, ainsi que les distances par rapport au point visé. En se placant sur un point dont les coordonnées sont connues, on sera en mesure de définir les coordonnées de tous les points visés.

Un système topométrique local a été défini et relié par GPS au système RGF93. Les points d’appui nécessaires au géoréférencement des scènes laser ont été matérialisés par des boules et des cibles. Leurs positions ont été levées précisément avec des tachéomètres et le calcul des coordonnées compensées dans le repère local a été réalisé avec le logiciel Comp3d.

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Vue de la Caune de l’Arago avec un prisme au 1er plan
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Exemple de point d’appui : boule et cible
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Superposition de carroyage des archéologues avec une grille réguliére

Une autre tâche a été de lever le carroyage actuel mis en place par les archéologues pour le vérifier. Ce carroyage a pour but de répertorier précisément où chaque élément fouillé a été trouvé. Pour faire cela, nous avons mesuré le quadrillage matérialisé sur les parois de la grotte ainsi que les extrémités du fil marquant l’axe longitudinal de la grotte. A l’aide d’un outil graphique, nous avons été en mesure de dessiner un nouveau carroyage et de vérifier sa concordance avec le carroyage en place dans la grotte.

Laser

Le laser GS200 dans la Caune de l'Arago

Le scanner laser (GS200 Mensi-Trimble) a été prété par le laboratoire MATIS. Il s’installe sur un trépied, sa tête est mobile ce qui permet de voir à 360° horizontalement. Un miroir bouge verticalement pour permettre de viser entre -15° et + 45°. Le temps de retour du faisceau laser envoyé est mesuré, ce qui permet de déduire la distance au point visé. Le laser Mensi a une cadence d’environ 3000 points par seconde. La résolution de scan choisie pour répondre aux besoins du CERPT est de quelques millimètres. Le laser peut également être installé de façon à scanner le plafond grâce à une équerre mise au point à l’IGN.

Avant de scanner les parois de la grotte, la première étape consiste à scanner, de façon très précise, les boules et cibles dont les coordonnées ont été mesuréés par topométrie. Ces scans (4 au minimum par stations) permettrent par calcul de connaître la position des stations et d’ assembler les différentes scènes entre elles (cf ci-dessous).

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Une scène depuis la station h08 : il reste de nombreuses parties cachées.
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La même scène depuis une autre station (h03) : les parties cachées ne sont pas les mêmes.
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Le traitement numérique à posteriori permet d’assembler les scènes dans un même référentiel.
++=

Ci-dessous, une exemple de triangulation du nuage de points pour obtenir une surface continue et calculer ainsi les coupes de l’ensemble de la grotte.

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Numérisation de points
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Nuage de points brut
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Nuage triangulé

Résultats

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Coupes longitudinales tous les 30 cm
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Coupes transversales tous les 30 cm
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Association de coupe transversales et longitudinales

A l’issue de l’assemblage de l’ensemble des scènes laser qui s’est effectué grâce aux points d’appui (cibles, ciblettes et boules) dont les coordonnées ont été calculées par topométrie dans notre repère topographique, les semis de point laser ont donc été triangulés. Cette triangulation a permis de réaliser les différentes coupes de la grotte demandées par notre commanditaire : coupes longitudinales et transversales avec des pas d’échantillonnage de 10cm (dans la zone de fouille) et de 1m (dans le reste de la grotte).

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Extrait de la base de données des points crée lors de la mission

De manière à pérenniser le travail réalisé sur le terrain, une base de données contenant des fiches signalétiques (coordonnées des points, photos…) de l’ensemble des points d’appui a été réalisée.


Notes

[1L. Chandelier, R. Roche. Terrestrial laser scanning for paleontologists : the tautavel cave. In proceedings of the XXII CIPA Symposium, Kyoto, Japan, October 11 – 15, 2009.
L. Chandelier, F. Roche, H. De Lumley, R. Héno, S. Botton. Les techniques de positionnement au service des paléontologues : les travaux de l’ENSG sur la caune de l’Arago. Revue Française de Photogrammétrie et Télédétection. 2011, vol.193, pp.84-90.

Lire l’article sur le site The International Scientific Committee for Documentation of Cultural Heritage (CIPA)

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