Cartographie LiDAR par drone sous la forêt pour trouver des vestiges archéologiques romains de l’âge du fer dans le sud de la France
Cartographie des sites archéologiques forestiers à l’aide de UAV LiDAR : l’exemple du site de « L’Escalère » dans le sud de la France.
Depuis 2016, l’équipe de recherche du laboratoire TRACES de l’UMR 5608 utilise le LiDAR YellowScan (Mapper puis Mapper 2) pour scanner les 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 les micro-reliefs d’intérêt archéologique sur une colline connue pour avoir accueilli des occupations humaines préromaines et romaines, aujourd’hui recouverte par la forêt. La présence de murs en pierres sèches de 1 à 2 mètres de haut était déjà connue, et une cartographie précise des structures était nécessaire pour les fouilles archéologiques. L’objectif était d’obtenir des données numériques en 3D le plus rapidement possible sur le terrain grâce à la flexibilité offerte par la cartographie LiDAR par drone.
YellowScan Mapper 2 et le drone DJI Matrice 600 avant le décollage sur le site archéologique de l’Escalère – Crédit photo. Nicolas Poirier.
YellowScan Mapper 2 et le drone DJI Matrice 600 décollant sur le site archéologique de l’Escalère – Crédit photo. Nicolas Poirier.
« La zone étudiée s’étendait sur 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 du drone.
Selon l’équipe, seuls 3 vols (10-12 minutes) ont été nécessaires, le système LiDAR du drone Mapper II capturant des données à 50 m d’altitude et à une vitesse de 4 m/s.
Résultats : Le nuage de points LiDAR généré a montré un +120 pts/m² et une précision de 1 à 2cm après le post-traitement PPK. Les visualisations des modèles numériques de terrain ont été créées à l’aide de la Relief Visualization Toolbox 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 en surface (avec le logiciel RVT de l’Institut d’études anthropologiques et spatiales de Ljubljana).
- l’ombrage des collines,
- l’ombrage des collines dans plusieurs directions,
- ACP de l’ombrage des collines,
- l’inclinaison de la pente,
- un modèle simple de relief local,
- le facteur de vue du ciel,
- facteur de vue du ciel anisotrope,
- l’ouverture positive et négative.
HillShade H45 D16 DSM
Open POS R10 D16 NetB DSM
Pente 8 bits DSM
SLRM R20 NetB. DSM
Multi Hillshade H45 D16 DSM
SLRM R20 couleur DSM
Ouvert Neg R10 D16 DSM
Open Pos R10 D16 DSM
La capture de plusieurs vues d’une même zone a permis de mieux identifier les indicateurs archéologiques, explique Carine Calastrenc, ingénieur expert en archéologie et en prospection non invasive des nouvelles technologies, 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.
Des amas de matériaux de forme circulaire ou ovoïde, appelés « anomalies », peuvent également être identifiés. Il peut s’agir de vestiges archéologiques enfouis ou de la présence d’une végétation basse et non filtrée. Différents profils ont ensuite été réalisés sur quelques structures.
YellowScan Mapper 2 et le drone DJI Matrice 600 survolant le site archéologique de l’Escalère – Crédit photo. Nicolas Poirier.
YellowScan Mapper 2 et le drone DJI Matrice 600 survolant le site archéologique de l’Escalère – Crédit photo. Nicolas Poirier.
Ce premier travail a permis à Thomas Le Dreff, chercheur spécialiste en Histoire et Archéologie des Ages 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 toutes les données et les a analysées avec son œil de spécialiste.
Les modèles LiDAR ont ensuite été comparés aux observations de terrain, notamment pour certaines anomalies apparues sur le relevé (segments linéaires de murs) qui n’avaient pas été repérées lors des visites précédentes sur le site, qui est une forêt dense non 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 dévégétalisation, qui n’a pas pu être faite par manque de temps. De nombreuses petites taches visibles sur le MNT ombré généré semblent correspondre à des zones de végétation particulièrement denses qui n’ont pas fourni 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 réalisés entre fin juin et début juillet 2019. Cette opération était planifiée depuis 6 mois et le relevé Lidar nous a permis de disposer d’un plan fiable du site qu’il était impossible d’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 en particulier au niveau de certains murs en pierre matérialisés sur le relevé Lidar, a permis de préciser la morphologie de ces murs et leur datation. Cette datation a été obtenue suite à la mise en évidence des couches archéologiques au sommet desquelles sont implantés ces murs, seuls vestiges visibles du site avant l’excavation. Ces couches archéologiques ont livré des fragments de poterie ancienne datés de l’âge du fer (6e et 2e/1e siècles avant J.-C.) ou de la période moderne (18e-19e siècles).
DEM – nuage de points Mapper II
DSM – Mapper II nuage de points
Tout ceci a permis de conclure que la plupart des murs visibles en surface, donc visibles sur le relevé Lidar, étaient datés de l’époque moderne. Ils appartiennent aux limites de parcelles destinées à contenir des espaces agricoles ou pastoraux (selon les quelques sources historiques concernant le site, qui ne précisent cependant pas la fonction de telle ou telle parcelle).
Certains murs massifs appartiennent cependant 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/1er siècles avant J.-C.). Ce sont précisément ces résultats qui ont été supposés à partir des collectes de surface et qui ont été recherchés en couplant cette opération archéologique avec l’étude LiDAR.
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 de l’Escalère à Saint-Martory (Sud de la France). Un des murs modernes visibles dans le bois. – Crédit photo. Thomas Le Dreff.
Outre les murs, le levé LiDAR a permis de mieux dessiner le plan d’importants travaux de terrassement 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, dont le parement extérieur est en pierre, peut-être surmontées 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 effondrés dans la pente. Cet effondrement est le résultat d’une destruction volontaire ancienne (village attaqué à l’âge du fer ?) ou relativement récente (nivellement du terrain pour construire les limites des parcelles à l’époque moderne), mais aussi d’une dégradation naturelle.
En utilisant le système LiDAR de Yellowscan, les archéologues ont bénéficié d’une planification facile de la mission, d’un accès aisé à la zone d’étude depuis la route et d’une acquisition et d’un traitement très rapides des données. Comme l’explique M. Poirier, « une cartographie topographique utilisant les méthodes traditionnelles de terrain aurait pris plusieurs semaines, avec de faibles chances de succès en raison de la couverture forestière (mauvaise réception GPS). Ici, tout a fonctionné à merveille ! »
Avant d’utiliser la solution YellowScan, l’équipe de recherche faisait de la topographie de terrain (longue, difficile et imprécise) ou achetait des données LiDAR coûteuses acquises par avion.
« La solution LiDAR de YellowScan nous a permis d’accéder facilement à la documentation 3D de sites archéologiques inconnus cachés sous le couvert forestier. C’est une bonne solution pour les petites zones d’étude isolées qui ne sont pas assez grandes pour justifier les coûts élevés d’une couverture LiDAR par avion », déclare Nicolas Poirier.
NB : Auteur Julien Bo.
