Thématiques
Participants 10
Durée 1h30
Public Adultes dès 12 ans
Prérequis Maîtrise de base de l’ordinateur
Matériel
Présenter le lieu, le(s) animateur(s).
Ouvrir une fenêtre Google Earth à l’emplacement de Bruniquel. Zoomer pour prendre un point de vue depuis le château de Bruniquel sur l’Aveyron, vers l’est. Sur la colline en face de nous se trouve une ouverture vers une grotte, assez difficile.
Récit de la découverte. En 1990, des spéléologues y déblayent l’entrée d’une grotte, comblée par de l’argile. L’entrée est très étroite, il est difficile de s’y glisser. À l’intérieur, il y a un premier boyau d’entrée d’une trentaine de mètres de long sur deux de large et un de haut. Puis, une seconde étroiture permet d’accéder à une vaste galerie, d’environ dix mètres de large, cinq de haut, et environ cinq cents de long. Tout au long du parcours ont aperçoit des bauges d’ours, où des ours bruns venaient hiberner. On trouve des restes animaux, quelques os, des bois de cerfs. On trouve quelques étendues d’eau, dont le lac Zen. À environ trois cents mètres de l’entrée, la galerie s’élargit, au centre se trouve une étrange structure, faite de stalagmites fragmentées ou décapitées. Elle se compose de deux anneaux, un grand et un plus petit, ainsi que de quatre « tas » (le terme scientifique est « structure d’accumulation »).
Afficher des illustrations (voir ressources) au fur et à mesure du récit.
Datation 14C. Les spéléologues préviennent alors des archéologues. Des premiers relevés sont faits, la grotte et ses éléments sont répertoriés, mesurés, analysés. On trouve un fragment d’os brûlé vers la structure, duquel on obtient une datation au carbone 14 : il date de plus de 47 600 ans. En réalité, il s’agit de la limite de la technique. L’os est potentiellement beaucoup plus ancien. On ne parvient malheureusement pas à extraire beaucoup plus d’information, et faute d’attention médiatique, les recherches s’arrêtent.
Datation U-Th. En 2011, la chercheuse belge Sophie Verheyden se rend à une exposition au château de Bruniquel, y trouve des photos de la grotte et désire la visiter. Elle monte un groupe avec d’autres collègues scientifiques, lance une nouvelle expédition. Elle s’aperçoit que de nouvelles concrétions se sont formées sur la structure. Cela lui donne alors une idée pour la dater. Elle souhaite utiliser la technique de datation par l’uranium-thorium. L’eau naturelle contient de l’uranium 238, qui se décompose en uranium 234 puis en thorium. L’eau sert à la formation des calcites, et l’uranium qui s’y trouve y est alors piégé. Dans la calcite, l’uranium se transforme peu à peu en thorium. En mesurant la concentration d’uranium par rapport à celle de thorium, on peut déterminer quand la calcite s’est formée. Deux avantages par rapport à la datation par carbone 14 : cela fonctionne sur des minéraux, et on peut dater des choses beaucoup plus anciennes. Les stalagmites poussent vers le haut. Lorsqu’on la casse et qu’on la couche, elle arrête donc de grandir. La date de formation de la calcite en haut de la stalagmite correspond au moment où stalagmite a été arrachée de sa position de base. Une fois la structure en place et laissée intacte, l’eau continue de former de nouvelles stalagmites par-dessus. En datant la formation de cette nouvelle excroissance, on peut déterminer quand la stalagmite a été posée. Maintenant, il faut un peu de chance. S’il y a un grand laps de temps entre les deux instants (casse et dépose), alors on ne pourra pas conclure. Mais si ces instants sont suffisamment proches, alors on pourra donner une date précise de construction de la structure. En moyenne, le haut des stalagmites donne une date de 177 000 ans. Les repousses, de 175 000 ans. Les chercheurs concluent donc à une construction qui date de 176 000 ans. L’attribution à Néandertal est claire, et il s’agit de la plus ancienne construction jamais identifiée.
Utilité de la structure. Cette découverte a relancé l’intérêt pour la grotte de Bruniquel. Depuis et encore aujourd’hui, beaucoup d’études tentent de percer ses mystères. Déjà, il a fallu vérifier que cette structure était bien d’origine anthropique. Les chercheurs ont donc vérifié si les ours n’auraient pas pu déplacer ces pierres, où si des mouvements de terrain, d’eau, des tremblements de terre, n’auraient pas pu causer cela. Leurs conclusions sont claires, Néandertal est derrière tout ceci. Et il s’agit de plus de deux tonnes de pierres, à 300 mètres dans le noir au fond d’une galerie. Ce n’était pas pour passer le temps, il y avait véritablement un but derrière tout ça, mais lequel ?
Les informations résumées ici proviennent principalement d’une conférence de Jacques JAUBERT, qui a visité la grotte lors de sa découverte dans les années 90 puis avec Sophie Verheyden lors de la seconde expédition, à la Cité des sciences et de l’industrie, « Grotte de Bruniquel : Néandertal bâtisseur ». Volontairement, il n’aborde pas la question du pourquoi faire, car la question reste encore très ouverte. Seules quelques pistes pu être écartées pour le moment. Il existe également un film produit par Arte, « Néandertal : le mystère de la grotte de Bruniquel » (2019), que l’on a en DVD et qui est disponible sur la médiathèque numérique du Puy-de-Dôme.
Modélisation. La grotte étant assez difficile d’accès, cette réflexion doit se mener sur des représentations de la structure. On a pour cela longtemps utilisé des photos, mais il y a mieux : un modèle en trois dimensions. Mais les techniques traditionnelles de modélisations requièrent des scanner 3Ds, un matériel lourd et couteux, qui nécessite des compétences avancées qui ne sont pas celles des archéologues. Présenter celui de l’Atelier. Heureusement, il existe désormais de nouvelles techniques (c’est le thème de cette animation).
On commence par photographier une scène (un objet, une façade,...) sous tous les angles. On passe ensuite les photos dans un logiciel. Tout d'abord, les images sont comparées les unes aux autres, pour pouvoir identifier des points clés qui apparaissent dans plusieurs clichés et serviront de repères. Avec, l'ordinateur calcule précisément d'où ces photos ont été prises, en exploitant des propriétés géométriques. Enfin, et c'est là le cœur de l'opération, la scène est entièrement modélisée en calculant la profondeur de tous les éléments visibles dans les photos, à l'aide du parallaxe.
Le parallaxe est un phénomène très courant pour nous humains. Nos deux yeux ne voient pas exactement la même image car ils sont un peu décalés. Faites l'expérience :
inversez encore une fois vos yeux : les doigts sont encore décalés, mais cette fois-ci, la distance qui les sépare est beaucoup plus importante. De façon plus générale, si deux objets sont proches, leur position ne changera pas beaucoup entre les images des deux yeux. Mais s'ils sont éloignés, leur position variera beaucoup. Ainsi, il est possible de calculer, à partir de la différence de position entre chaque image, la profondeur relative entre les deux objets. Mathématiquement, ce n'est pas trop complexe, car ne repose « que » sur le théorème de Thalès.
L'ordinateur utilise donc ce principe pour reconstituer la scène. En prenant deux photos d'un même objet sous deux angles légèrement différents, il détermine la profondeur relative de cet objet, et peut alors le placer dans une scène en trois dimensions. Une fois tous les objets correctement placés, une derrière étape vient ajouter les textures, en projetant les différentes photos sur ces volumes.
Avec ce modèle, les archéologues peuvent notamment :
Il existe un autre exemple de modélisation 3D de grotte, non pour Néandertal mais pour Sapiens cette fois-ci. Savez-vous laquelle ? La grotte Chauvet, en Ardèche, qui a été dupliquée pour pouvoir accueillir des visiteurs sans compromettre les œuvres pariétales qu’elle abrite.
À vous de jouer, maintenant !
Distribuer un appareil de photo à chaque participant (smartphone, tablette). Les participants peuvent utiliser leur propre téléphone s’ils en ont un.
Sortir devant la médiathèque, et demander aux participants de choisir un élément à modéliser (bac de fleur, façade murale, etc.). Donner quelques contraintes, pour améliorer les chances de réussites :
Les participants vont devoir prendre des photos. Là encore, donner quelques consignes :
Faire une démonstration de prise de vue, puis demander aux participants de prendre leurs photos.
Récupération des photos. Installer les participants sur les postes. Brancher les appareils en USB, et copier-coller les photos dans un nouveau dossier sur le bureau. Ouvrir le logiciel 3DF Zephyr.
Attention : ces étapes peuvent être longues sur les ordinateurs non dotés de cartes graphiques. Si le temps presse, il est possible de ne pas faire l’étape de calcul des textures, le résultat du maillage dense étant déjà probant.
Démarrer un nouveau projet, en allant dans le menu « Méthode de travail » puis « Nouveau projet ». Ajouter les photos prises à l’instant (on peut importer directement le dossier avec « Ajouter des répertoires », l’icône de dossier au centre), valider la calibration automatique, laisser les paramètres par défaut et démarrer la reconstruction.
Expliquer les contrôles pour naviguer dans la vue 3D. Expliquer le premier rendu, le maillage épars. Il s’agit des points clés extraits qui permettent de retracer la position de prise de vue, et qui ont été mis en correspondance d’une image à l’autre. Faire un tour des caméras pour s’assurer de leur bonne prise en compte.
Continuer en allant dans « Méthode de travail » puis « Génération de modèle 3D ». Encore, laisser les paramètres par défaut, et démarrer la création. Lancer le plus tôt possible chez tous les participants, car la reconstruction peut être lente.
Visualiser le modèle 3D. Voir qu’il n’y a pas de texture : les points prennent la couleur de là où ils proviennent sur la photo.
Correction de l’affichage. Si le temps le permet, montrer comment corriger quelques défauts, à l’aide des outils suivant :
Enfin, finir en allant dans « Méthode de travail » puis « Génération de Maillage Texturé ». Visualiser le résultat.
Pendant les temps de calcul, il est possible de présenter la technologie NeRF.
Question : que peuvent faire les participants avec leur modèle ?
Distribuer les mémos aux participants.
Mentionner la possibilité d’export vers un objet en 3D, comme expliqué dans ce billet de blog.
Présenter les modalités d’accès et d’utilisation des machines de l’Atelier en dehors des animations, notamment la possibilité d’imprimer en 3D cette pièce.