Apports de la numérisation 3D multi-échelle à l’étude intégrée de la grotte ornée des Fraux (Dordogne)

International audienceFor six years, an interdisciplinary team carried out the study of a Bronze Age underground network. This program has been labelled by the Institute of Ecology and Environment of the French Research Council (CNRS), who wants to promote new methodologies and experimental studies in Global Ecology. It takes advantage of the support of the French Ministry of Culture. The archaeological cave of Les Fraux (Saint-Martin-de-Fressengeas, Dordogne) is the only protohistorical site in Europe wherein are gathered testimonies of domestic, spiritual and artistic activities. Fortunately, the cave was closed at the end of the Bronze Age, following to the collapse of its entrance. The site is currently registered in the French Historical Monuments. The cave forms a wide network of galleries, characterized by the exceptional richness of its archaeological remains such as ceramic and metal deposits, numerous parietal representations (engravings or fingerings incised in the clay-walls and paintings sometimes in association with deposits) and about sixty domestic fireplaces. In that framework, 3D models of the cave constitute the common work support and the best way for scientific communication for the various studies conducted on the site by nearly forty researchers. In this specific context, a partnership among archaeologists and surveyors from INSA Strasbourg allows the team to develop, in an interdisciplinary way, new methods of data acquiring based on contact-free measurements techniques in order to acquire a full 3D-documentation. All the surveys are conducted in compliance with the integrity of the site. Different techniques based on Terrestrial Laser Scanning, Digital Photogrammetry and Spatial Imaging System have been used in order to generate a geometric and photorealistic 3D model from the combination of point clouds and photogrammetric images, for both visualization and accurate documentation purposes. Various scales of acquiring and diverse resolutions have been applied according to the subject: global volume cave, parietal representations, deposits… The aim of this paper is firstly to issue a statement of 6 years of 3D-recording in the cave and secondly to display recent methodological developments as for the integration of heterogeneous data in 3D models (i.e. magnetic field recording combined with the 3D models in order to locate magnetic anomalies in the cave). Another purpose is to give an overview of methodological and technological limitations we experienced since 2008. Finally, we attempt to present work in progress as to 3D-modelling and simulating and thinking on the way we should use 3D in archaeological caves.Depuis six années, une équipe interdisciplinaire conduit l'étude intégrée d’un réseau souterrain occupé durant l’âge du Bronze, dans le cadre d’un Site d’Étude en Ecologie Globale du CNRS (INEE) et d’une fouille programmée soutenue par le Ministère de la Culture. La grotte des Fraux (Saint-Martin-de-Fressengeas, Dordogne), inscrite aux Monuments Historiques depuis 1995, constitue l’unique site protohistorique d’Europe associant en un même lieu des témoignages d'activités domestiques, spirituelles et artistiques. La grotte, dont l’effondrement de l’entrée à la fin de l’âge du Bronze a permis la préservation des vestiges durant plus de 2,5 millénaires, semble avoir fait l’objet d’occupations de courtes durées, répétées, dans un intervalle de temps compris entre 1450 et 1150 BC. La cavité forme un vaste réseau de galeries, caractérisé par l'exceptionnelle richesse de ses vestiges archéologiques : une trentaine de dépôts de mobilier céramique et métallique, de nombreuses représentations pariétales, parfois associées aux dépôts (gravures, incisions, tracés digités, pigments…) ainsi qu’une soixantaine de structures de combustion. L'étude en cours se déroule dans le cadre d’un observatoire du CNRS dont l’objectif est le développement de nouvelles méthodologies et d'études expérimentales dans le domaine de l'écologie globale. Dans ce cadre, la modélisation 3D de la grotte constitue le support de travail commun aux différentes études menées sur le site, par près de quarante chercheurs et étudiants. Dans ce contexte, un partenariat scientifique avec l'INSA de Strasbourg permet à l'équipe de développer, de manière interdisciplinaire, de nouvelles méthodes d'acquisition de données, basées sur des techniques de mesures sans contact. Ce travail a permis l’acquisition d’une documentation 3D complète, respectant l'intégrité du site. Différentes techniques (Lidar terrestre, photogrammétrie et systèmes d'imagerie spatiale) ont été utilisées dans le but de générer un modèle 3D géométrique et photoréaliste issu de la combinaison de nuages de points et d’images de photogrammétrie. L’objet de cet article est de dresser le bilan de six années de numérisation 3D à la grotte des Fraux, de présenter les récents développements méthodologiques dans le domaine de l'intégration de données hétérogènes dans les modèles 3D et de dresser le bilan des verrous technologiques et méthodologiques rencontrés. Nous conclurons par la présentation des travaux en cours dans le domaine de la modélisation et de la simulation 3D