Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg

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Niveau: Supérieures
Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg Mémoire de soutenance de Diplôme d'Ingénieur INSA Spécialité TOPOGRAPHIE Lasergrammétrie et modélisation 3D, intérêt pour l'interprétation et l'enregistrement en archéologie des carrières Etude appliquée à la fouille préventive de la carrière de Roquefraïsse dans le cadre du projet ANAMUSCAR-3D Présenté en Septembre 2011 par Nicolas PAIREAU Réalisé au sein de l'entreprise : Centre d'Etude Préhistoire Antiquité Moyen-âge CEPAM UMR 6130 CNRS SJA 3 24, avenue des Diables Bleus 06357 Nice Cedex 4 Institut National de Recherche Archéologique Préventive INRAP rue de l'Acropole 34500 Villeneuve-lès-Béziers Directeurs de PFE : M. Didier BINDER, Directeur du CEPAM Mme Pascale SARAZIN, Topographe, INRAP Correcteurs : M. Emmanuel ALBY, Maître de conférences, INSA de Strasbourg M. Mathieu KOEHL, Maître de conférences, INSA de Strasbourg

  • traitement

  • exploitation des carrieres contemporaines

  • fouille préventive de la carrière de roquefraïsse dans le cadre du projet anamuscar

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Publié le 01 septembre 2011
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Langue Français
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Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg

Mémoire de soutenance de Diplôme d’Ingénieur INSA
Spécialité TOPOGRAPHIE


Lasergrammétrie et modélisation 3D, intérêt
pour l'interprétation et l'enregistrement en
archéologie des carrières
Etude appliquée à la fouille préventive de la carrière de
Roquefraïsse dans le cadre du projet ANAMUSCAR-3D





Présenté en Septembre 2011 par Nicolas PAIREAU

Réalisé au sein de l’entreprise :
Centre d'Etude Préhistoire Antiquité Moyen-âge Institut National de Recherche Archéologique Préventive
CEPAM UMR 6130 CNRS SJA 3 INRAP
24, avenue des Diables Bleus rue de l'Acropole
06357 Nice Cedex 4 34500 Villeneuve-lès-Béziers

Directeurs de PFE :
M. Didier BINDER, Directeur du CEPAM
Mme Pascale SARAZIN, Topographe, INRAP

Correcteurs :
M. Emmanuel ALBY, Maître de conférences, INSA de Strasbourg
M. Mathieu KOEHL, Maître de conférences, INSA de Strasbourg
Remerciements
Je tiens tout d’abord a remercier Mme Pascale Sarazin, topographe a l’INRAP
Mediterrannee, et co-directrice de ce PFE, sans qui ce projet n’aurait pas vu le jour. Ses
relectures, ses conseils et les echanges que nous avons eus m’ont beaucoup apporte.
Je tiens a temoigner ma profonde reconnaissance a M. Didier Binder, directeur du
CEPAM et co-directeur de ce PFE pour son accueil et ses conseils avises. Je remercie
aussi le CEPAM pour les bonnes conditions materielles et humaines qu’il m’a assurees.
Pour sa bonne humeur quotidienne et ses judicieuses recommandations et relectures,
je remercie Sabine Sorin, assistante ingenieur au CEPAM.
Je remercie M. Emmanuel Alby, ma^ tre de conference, et correcteur referent de ce
PFE pour ses nombreux conseils.
Je remercie M Richard Pelle, archeologue a l’INRAP Mediterrannee, pour ses expli-
cations et son enthousiasme.
Pour leur courage et leur endurance, je remercie vivement mes relectrices et relecteurs
orthographiques.
Je remercie le laboratoire de photogrammetrie de l’INSA de Strasbourg qui m’a permis
de realiser ponctuellement certains traitements logiciels.
En n j’exprime toute ma gratitude est destinee a mes parents pour leur soutien in-
conditionnel tout au long de mes etudes.
iiiRemerciements
ivSommaire
Remerciements iii
Sommaire iv
Introduction 1
1 Etude documentaire 3
1.1 Notion d’archeologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Arch des carrieres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 L’enregistrement en archeologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3 Releve en archeologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Lasergrammetrie, arch et carrieres . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 Aspect materiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2 Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.3 Traitement des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.4 Exploitation des carrieres contemporaines et lasergrammetrie ter-
restre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.5 Extensions des chiers 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Acquisitions et traitements 19
2.1 des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Traitements e ectues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.1 Traitements des nuages de points . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2 Tts et realisation du modele maille . . . . . . . . . . . . 26
2.2.3 Texturage et orthophotographies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3 Modelisation geometrique et restitution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3.1 Modele actuel de la zone restituee sous Google SketchUp . . . . . 40
2.3.2 Modelisation geometrique des blocs extraits . . . . . . . . . . . . 41
3 Resultats de l’approche lasergrammetrique 43
3.1 Retour sur les methodologies d’acquisition et de traitement . . . . . . . . 43
3.1.1 Precision du protocole d’acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.2 Protocole des traitements realises et bilan logiciel . . . . . . . . . 44
3.2 Outils pour l’interpretation et l’enregistrement en archeologique des carrieres 45
3.2.1 Outils d’analyse classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2 Viewer et exploitation de l’information 3D . . . . . . . . . . . . . 49
3.3 Reconstitution de phases d’extraction de la carriere . . . . . . . . . . . . 49
vSommaire
Bilan et perspectives 53
References bibliographiques 55
Table des gures 58
Liste des tableaux 63
Annexes 65
A Localisation de la carriere de Roquefra sse . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
B Caracteristiques techniques
3DFARO LS 880 / FARO LS Focus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
C Utilisation de CloudCompare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
D Isohypses en degrade de couleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
E Calcul des volumes de la carriere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
F Traitements des orthophotographies : procedures . . . . . . . . . . . . . . 74
G Organigramme des traitements (1/2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
H Comparaison logiciels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
I Pro ls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
J Orthophotographies des fronts de taille 1/200 . . . . . . . . . . . . . . . 83
K Plan general de la carriere de Roquefra sse . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
L Chronogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
viIntroduction
1 Dans le cadre du projet ANAMUSCAR , le laboratoire du Centre d’Etudes
^Prehistoire, Antiquite, Moyen-Age (CEPAM) s’est equipe en 2007 d’un scanner laser
Faro LS 880 ainsi que des logiciels de traitement de nuages de points, FaroScene et 3D
Reconstructor. Des acquisitions qui "ont ete realisees par le CEPAM gr^ ace aux soutiens
nanciers du Conseil Regional PACA, du CNRS, de l’universite Nice Sophia Antipolis,
du Conseil general des Alpes-Maritimes, de la Ville de Nice et de la Ville de Frejus"
[Binder et al., 2011]. Ces nouveaux dispositifs sont destines a la recherche archeologique
2 3programmee mais aussi aux recherches preventives , comme c’est le cas de la carriere
e Roquefra sse.
En e et, suite au projet de la zone d’amenagement concerte de Roquefra sse, sur
4la commune de Saint-Jean-de-Vedas (cf. annexe A), l’INRAP Mediterranee, avec
comme responsable d’operation Richard Pelle, a procede a la fouille de la carriere en
octobre 2010.
Le site, d’une super cie de six ares, est alors voue a ^etre un site test pour l’utilisation
du scanner laser. Un releve scanner laser est donc realise au mois d’octobre 2010, en
parallele d’un leve topographique et d’un enregistrement archeologique classique. Le
rapport nal de fouille sera rendu debut 2012.
5Le projet de n d’etudes prend place dans ce contexte ; il est l’occasion d’un partena-
riat entre le CEPAM (Nice 06) et l’INRAP Mediterranee (centre de Villeneuve-les-
Beziers 34). La majeure partie de l’etude se deroule au sein du CEPAM. Didier Binder
directeur du CEPAM et instigateur du projet ANAMUSCAR accepte le nancement de
ce projet. L’etudiant est encadre sur place par Sabine Sorin, assistante ingenieur avec
qui il partage le bureau. Pascale Sarazin, topographe a l’INRAP Mediterranee, est
a l’origine de ce projet de n d’etudes et accueille l’etudiant durant trois semaines au
centre INRAP de Villeneuve-les-Beziers. Ces trois tuteurs de PFE sont des acteurs
1. Analyse multi-scalaire de l’habitat prehistorique, antique et medieval entre Argens et Roya
2. Ces fouilles sont realisees sur des sites presentant un grand inter^et scienti que. Elles doivent
s’integrer a la programmation archeologique nationale de nie par le Conseil national de la recherche
archeologique (CNRA) [@Culture, 2011].
3. L’archeologie preventive a pour vocation de preserver et d’etudier les elements signi catifs du
patrimoine archeologique menaces par les travaux d’amenagement. Elle peut impliquer la mise en uvre
de diagnostics archeologiques (sondages), de fouilles (fouilles de sauvetage ou fouilles preventives) et
dans certains cas, des mesures de sauvegarde selon [Demoule, 2004].
4. Institut National de Recherches Archeologiques Preventives
5. PFE
1Introduction
principaux du projet ANAMUSCAR.
L’INRAP et le CEPAM sont deux organismes dedies a la recherche archeologique, ils
n’en ont pas moins des besoins di erents :
Pour l’INRAP l’inter^et se situe tant au niveau de la production de documents utiles
a l’archeologue responsable de l’operation, Richard Pelle, qu’au niveau de la re exion
sur les nouvelles technologies et l’inter^et de les integrer dans les methodes et processus
de l’archeologie preventive.
Le CEPAM y trouve un apport methodologique, et l’exploration des possibilites de
modelisation.
Ce qui rassemble les deux organismes est la re exion et les perspectives qu’apporte
l’etude de cette application novatrice de la lasergrammetrie a l’archeologie des carrieres.
Les enjeux du topographe se situent au niveau de l’appropriation des nouveaux en-
vironnements, du developpement des methodes, de la production, de la validation des
resultats et de l’etude de la geometrie complexe de la carriere de Roquefra sse.
Les objectifs initiaux du PFE sont alors decides d’un commun accord :
X Utilisation d’un scanner 3D en contexte d’archeologie preventive.
X Filtrage des nuages de points en fonction des di erentes echelles abordees.
X Realisation d’un modele maille general de la carriere.
X Texturage sous 3D Reconstructor et possibilite de recuperation des images re-
dressees sous Photoplan gr^ ace aux points de reference leves sur le site.
X Calculs de surfaces et de volumes complexes et modelisation, dans le but de preciser,
la nature, les dimensions, et le nombre de blocs extraits.
Le memoire est organise selon trois grands axes :
Une premiere partie comporte l’etude documentaire : il s’agit d’extraire les elements
utiles de la documentation existante.
Ensuite l’acquisition et les traitements des donnees sont presentes dans l’ordre de
succession logique des operations.
En n, les resultats de cette etude sont commentes dans la troisieme partie.
21 Etude documentaire
Sommaire du chapitre
1.1 Notion d’archeologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Archeologie des carrieres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 L’enregistrement en archeologie . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3 Releve en archeologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Lasergrammetrie, archeologie et carrieres . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 Aspect materiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2 Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.3 Traitement des donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.4 Exploitation des carrieres contemporaines et lasergrammetrie
terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.5 Extensions des chiers 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
L’etude documentaire permet d’acquerir les notions necessaires a la bonne
comprehension de la problematique. Les preexistants au projet y seront aussi abordes.
Une premiere partie, consequente mais necessaire, donnera quelques notions vulga-
risees sur l’archeologie et ses techniques de releves, tout en situant le contexte particulier
de la carriere de Roquefra sse.
La deuxieme partie presentera le vocabulaire et les principaux processus d’acquisition
et de traitement en lasergrammetrie, dans les contextes archeologique et carrier.
1.1 Notion d’archeologie
Les notions archeologiques utiles a la bonne comprehension du PFE concernent essen-
tiellement l’archeologie des carrieres, l’enregistrement et les techniques de releves.
1.1.1 Archeologie des carrieres
L’archeologie des carrieres necessite une grande rigueur, et ne releve qu’assez peu
souvent du spectaculaire, pourtant selon [Sablayrolles et Bessac, 2002], les possibilites
o ertes par leur exploration archeologique n’en demeurent pas moins d’une extr^eme ri-
chesse. Une des principales di cultes dans l’etude des carrieres est celle de l’identi cation
et de la datation. La reprise de la carriere a diverses epoques detruit ou enfouit les ves-
tiges sous plusieurs tonnes de dechets d’extraction. A l’issue de la fouille, la carriere de
31 Etude documentaire
1Roquefra sse semble ^etre de periode moderne , mais il existe di erentes phases d’exploi-
tation probablement anterieures.
Toujours d’apres [Sablayrolles et Bessac, 2002] la strategie d’exploitation d’une
carriere depend de sa situation topographique, de son eloignement des cours d’eau et
2des moyens disponibles . [Leal, 2009] decrit la carriere de Roquefra sse comme etant
une exploitation a ciel ouvert en paliers. Son exploitation s’est faite de maniere vrai-
semblablement discontinue avec des ouvertures ponctuelles en fonction des commandes.
Par ailleurs l’exploitation est aussi conditionnee par la nature de la roche. En e et les
strates qui ne presentent pas de caracteristiques su santes ne sont pas exploitees.
Les traces d’outils Un des plus importants aspects techniques dans l’etude des
carrieres, selon [Sablayrolles et Bessac, 2002], concerne les traces d’outils. Il va alors
s’agir pour le chercheur d’identi er les outils comme ceux presentes dans la gure 1.1,
d’etablir la chronologie de leur utilisation, et d’interpreter ces traces d’un point de vue
anthropologique.
(a) (b)
Figure 1.1: (a) Les outils du carrier [Leal, 2009] ; (b) L’escoude permet le detourage
des blocs de pierre tendre a ferme
Le detourage des blocs consiste a realiser des tranchees de havage autour du bloc a
degager. Les tranchees de havage sont bien visibles sur le sol de la carriere, elles sont
e e1. XVI -XVIII siecle
2. qui conditionnent le stockage, bardage, levage et debardage des pierres.
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