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Méthodes d’enregistrement des données en archéologie

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Candice Del Medico
, 
Marion Dessaint
, 
Camille Gorin

L’archéologie sous-marine et subaquatique

De la cloche à plongeur au robot humanoïde Ocean One : trois siècles de progrès et d’avancées scientifiques

Underwater Archaeology. From the Diving Bell to the Humanoid Robot Ocean One: Three Centuries of Progress and Scientific Breakthroughs

Anh Linh François

Résumé

L’archéologie sous-marine et subaquatique est une discipline récente dans le monde scientifique. Bien que ses objectifs scientifiques ne diffèrent pas de ceux de l’archéologie terrestre, les conditions de travail en milieu aqueux sous pression nécessitent des adaptations techniques spécifiques. La descente dans les profondeurs sous-marines a, dès le Moyen Âge voire dès l’Antiquité, attiré et inspiré de nombreux inventeurs. Il faut attendre le xixe siècle pour qu’apparaissent les premiers scaphandres permettant à l’homme de respirer et d’évoluer plusieurs heures sous l’eau en milieu sous pression et la moitié du xxe siècle pour voir l’apparition des scaphandres autonomes permettant aux plongeurs de respirer sur demande. Ces progrès ont permis d’ouvrir la voie aux premières recherches scientifiques sous-marines et notamment en archéologie. Les techniques de fouille sous-marines sont similaires à celles terrestres : prospection, cartographie, dégagement des vestiges, relevés, photographies, prélèvements… bien que le temps de travail soit limité sous l’eau à cause de l’autonomie en air et au respect des mesures de sécurité afin d’éviter tout accident de décompression pour le plongeur. Depuis la deuxième moitié du xxe siècle, les méthodes classiques de prospections (archives, prospection pédestre…) combinées aux avancées scientifiques et techniques en géophysique (sonar latéral, sonar multifaisceaux, AUV, magnétomètre, échosondeur) permettent dorénavant de réaliser des cartographies précises à de grandes profondeurs et de détecter les anomalies physiques des fonds marins révélant épaves et vestiges engloutis. Le début du xxie siècle est marqué par l’arrivée des premiers ROV (Remotely Operated Vehicle), engins téléguidés permettant d’intervenir à très haute profondeur sans intervention de plongeurs et avec une plus grande autonomie, ainsi que l’apparition des AUV (Autonomous Underwater Vehicle) dotés d’intelligence artificielle pouvant communiquer entre eux pour effectuer des tâches multiples et notamment réaliser des couvertures photographiques des fonds marins à très hautes résolutions. En 2016, l’université de Stanford met au point le premier robot semi-humain Ocean One doté de capteurs sensoriels pouvant manipuler des objets fragiles à de très grandes profondeurs. Avec moins de 10 % estimé des épaves et vestiges mis au jour au fond des océans, les avancées en robotique apportent de nouvelles perspectives scientifiques pour l’archéologie sous-marine.

Texte intégral

1L’archéologie en milieu aqueux se divise en deux domaines distincts : l’archéologie subaquatique, qui se rapporte aux eaux intérieures (les lacs, les fleuves, les rivières, les ruisseaux) et l’archéologie sous-marine qui concerne les mers et océans.

  • 1 Tirant d’eau : profondeur maximale disponible pour la partie immergée du navire.

2Bien que l’utilisation de techniques de plongée soit commune aux deux domaines scientifiques, leur milieu naturel diffère, notamment pour ce qui est du mouillage1 beaucoup plus important en eau maritime qu’en eau intérieure. Ces environnements spécifiques nécessitent l’adaptation des méthodes de prospection et de fouille, voire l’utilisation de nouvelles technologies.

Prospection

3Comme en archéologie terrestre, il est fondamental d’effectuer des recherches en archives (cartographique, planimétrique) afin de construire le dossier documentaire nécessaire avant toute intervention archéologique.

4Concernant les eaux intérieures, les vestiges sont souvent en lien direct avec les structures terrestres et ne peuvent être considérés de manière isolée. La consultation des cadastres et des terriers n’est donc pas à négliger puisqu’elle peut apporter des informations sur l’occupation des berges et parfois sur leurs utilisations et leurs exploitations comme la mention de la présence d’anciens points de franchissement (gués, ponts, bacs). La toponymie ou microtoponymie est susceptible d’indiquer la présence d’anciennes îles, infrastructures (pêcheries, moulins), bras morts et chemins ou routes d’accès au cours d’eau (Dumont, 2006).

5Les vestiges des eaux maritimes concernent principalement l’étude des navires et leur cargaison, et parfois les infrastructures littorales (port, quai…).

Prospection visuelle

6La prospection pédestre reste la première opération réalisée lors de l’étude des eaux intérieures. La prospection aérienne peut aussi renforcer les données issues de la prospection pédestre. Une fois ces deux interventions réalisées, une prospection subaquatique s’ensuit qui requière la participation de scaphandriers professionnels pour pouvoir effectuer des plongées.

7Cette prospection subaquatique doit se faire la plus méthodique possible malgré des conditions parfois difficiles dues au courant et à turbidité de l’eau. Chaque élément archéologique observé est signalé en surface par un flotteur ou tout autre élément visible et léger qui permettra ultérieurement de les repérer en surface, les topographier, et fouiller leur emplacement.

8En archéologie sous-marine, hormis pour certains sites littoraux, la prospection pédestre est inutile. Il est nécessaire d’utiliser des techniques issues d’autres disciplines scientifiques.

Prospection acoustique et magnétique

9L’archéologie sous-marine recourt surtout à des méthodes et technologies utilisées en géophysique qui permettent de repérer des anomalies dans les fonds marins. Parmi celles-ci, citons :

  • Le sonar à balayage latéral qui est fixé sous la coque et produit une image acoustique sur une bande de 50 à 150 m de chaque côté du navire mettant en évidence les rochers et autres objets proéminents reposant sur le fond. Il peut être utilisé pour les très grands fonds jusqu’à 6 000 m.

  • Le magnétomètre qui est souvent associé à un sonar à balayage latéral et permet de mettre en évidence la présence de mobilier enfoui autour de l’épave. Avec le magnétomètre à résonance magnétique nucléaire (RMN) plus sensible que le précédent il devient possible de détecter des masses non métalliques.

  • L’échosondeur grâce auquel une carte bathymétrique est réalisée via des capteurs acoustiques mettant en évidence les différentes profondeurs sous-marines et permettant d’obtenir différents profils et courbes de niveaux du lit mineur.

  • Le sondeur à pénétrateur de sédiments grâce auquel des images précises du niveau d’enfouissement d’une épave sont obtenues et le mobilier enfoui sous plusieurs dizaines de mètres est détecté. Il peut également produire des images en 3D (figure 1).

10Bien que ces analyses et résultats doivent être constamment recoupés et corrélés afin de réaliser une cartographie la plus précise possible permettant d’évaluer le temps nécessaire à l’intervention sous-marine, certains hiatus existent notamment dans de l’interprétation des images obtenues ; images qui ne sont pas toujours explicites et peuvent prêter à confusion. Il est nécessaire de toujours faire une vérification physique des vestiges potentiels avant d’entamer une fouille.

Figure 1 : Image sonar du site de l’épave de La Dauphine avec localisation du mobilier

Figure 1 : Image sonar du site de l’épave de La Dauphine avec localisation du mobilier

Ceres, Firm, ADRAMAR.

Intervenir sous l’eau

Le scaphandre

11Bien que la légende attribue à Alexandre Le Grand l’invention de l’ancêtre de la « cloche à plongeur » construit à partir d’un tonneau étanche sur un seul côté qui emprisonne une bulle d’air une fois immergé et permet à l’occupant de pouvoir respirer, c’est entre le XVIIe et le XVIIIe siècle qu’apparaissent les premières « cloches à plongeurs ».

12La plus connue est celle de l’astronome anglais Edmund Halley inventée en 1690 : le plongeur prend place dans un vaste tonneau lesté dont l’air est renouvelé (figure 2). Le plongeur peut alors quitter la cloche principale grâce à une plus petite cloche reliée à la première qui lui permet de rester plus d’une heure à 18 m de profondeur. Cette invention sera par la suite utilisée pour la construction de digues, de ponts et de jetées (figure 3).

Figure 2 : Alexandre le Grand explore la mer dans sa « cloche de plongée »

Figure 2 : Alexandre le Grand explore la mer dans sa « cloche de plongée »

Détail d’une miniature du ms. British Library Royal 15Evi, f. 20v (Talbot Shrewsbury Book), 1444-1445.

13Le véritable premier scaphandre est mis au point par Karl-Henrich Kleingert en 1797, les scaphandriers peuvent dorénavant marcher sous l’eau. Cette invention est améliorée par Augustus Siebe en 1830, en améliorant l’étanchéité de la combinaison et le système d’arrivée d’air grâce à la mise au point d’une pompe et permet au plongeur d’évoluer dans l’eau de manière régulière.

14Entre 1866 et 1873 les français Benoît Rouquayrol et Auguste Denayrouze fabriquent un nouvel équipement comportant un système d’alimentation en air où le plongeur respire avec un détendeur qui fournit de l’air à température ambiante. Le scaphandrier « pieds lourds » permet d’atteindre de plus grandes profondeurs. C’est à partir de cette dernière invention qu’Émile Gagnan et Jacques-Yves Cousteau mettent au point le premier scaphandre autonome grâce à l’utilisation d’un détendeur qui permet au plongeur de respirer sur demande et de bouteille d’air comprimé dans le dos. Cette invention du premier scaphandre autonome en 1943 donne accès aux recherches sous-marines en 1950 (Bernand, 2003).

Figure 3 : Gravure de la cloche de Halley

Figure 3 : Gravure de la cloche de Halley

Figuier, Les Merveilles de la science, 1867–1891, tome 4.

Prises de vue

15Sous l’eau, les prises de vue donnant un aperçu général de la zone fouillée sont difficilement réalisables avec les techniques de photographie terrestre à cause de la turbidité de l’eau, du courant, du manque de lumière… La photomosaïque grâce à la photogrammétrie et/ou à la vidéogrammétrie, permet d’obtenir une couverture photographique de haute qualité mais nécessite plusieurs milliers de clichés. Pour prendre ces clichés des AUV (Autonomous Underwater Vehicules) peuvent être utilisés. Ces engins sont autonomes et peuvent enregistrer des données sur de vastes surfaces et à grande vitesse (5 000 à 6 000 photos au 1 km²). Ils sont programmés en surface et sont dotés d’intelligence artificielle leur permettant de détecter et d’éviter les obstacles, d’accomplir des tâches multiples et de communiquer en temps réel avec la surface pour donner des indications sur leur position, l’autonomie de leur batterie et les éventuels dégâts et avaries subis (Nargeollet, 2013). De nombreux capteurs peuvent y être associés (sonar latéral, sondeur de sédiments, magnétomètre…) (figure 2).

La fouille

16La fouille suit le même principe qu’en archéologie terrestre : après que la zone de fouille ait été délimitée, un carroyage rigide en aluminium est mis en place. Les vestiges sous les sédiments sont dégagés à l’aide d’un aspirateur à sédiments (figure 4). Chaque élément est étiqueté et se voit attribuer un numéro d’inventaire. Des relevés et des photographies sont réalisés à chaque étape de la fouille.

Figure 4 : Mise en place du carroyage et utilisation de l’aspirateur à sédiments

Figure 4 : Mise en place du carroyage et utilisation de l’aspirateur à sédiments

Fabien Langenegger.

17Les artefacts sont posés avec soin dans des caisses qui sont remontées progressivement à la surface. Les éléments les plus volumineux sont arrimés par des liens et hissés en surface par une grue. Le risque principal pour les objets à la remontée est leur basculement à leur sortie de l’eau dû à une déstabilisation lors du passage du milieu aquatique au milieu terrestre.

Les limites physiques et physiologiques

18Le plongeur évolue en milieu hyperbare et bien que l’invention du scaphandre autonome permet actuellement de descendre jusqu’à 60 m de profondeur à l’air, la consommation d’air augmente avec la profondeur. Tous les 10 m, la pression absolue augmente de 1 bar : à 20 m, l’organisme subit une pression absolue de 3 bars. La durée du travail sous-marin dépend donc de la profondeur d’intervention. La température et les efforts effectués sous l’eau sont aussi des facteurs à prendre en compte qui influencent aussi la consommation d’air et réduisent le temps de plongée.

  • 2 Lois de Henry et de Boyle-Mariotte.

19Un autre paramètre à considérer est le temps de remontée2. L’air comprimé respiré en plongée est identique à celui en surface : il est composé de 20 % d’oxygène et 80 % d’azote. Ce dernier n’est pas consommé par l’organisme et se dissout dans le sang en plongée sous forme de microbulles. Lors de la remontée, il est nécessaire de respecter la vitesse de remontée afin de laisser le temps aux microbulles d’azote d’être évacuées par les poumons. Si la remontée est trop rapide, la pression diminue trop rapidement ne laissant pas le temps aux microbulles d’être évacuées, elles reprennent donc leur volume initial dans les vaisseaux sanguins les obstruant et provoquant des accidents de décompression.

20Le temps de plongée ne se limite pas qu’au temps de travail sous l’eau, mais doit prendre en compte le temps de remontée et le respect des paliers de décompression qui permettent à l’organisme de retrouver un équilibre des gaz, appelé saturation.

21Les plongées en archéologie subaquatique et sous-marine sont considérées comme étant des plongées scientifiques, il est donc obligatoire pour le plongeur d’être en possession d’un diplôme de scaphandrier professionnel nommé Certificat d’aptitude à l’hyperbarie et décerné par l’Institut national de plongée professionnelle (Inpp).

  • 3 Suroxygéné : dont le pourcentage d’oxygène dépasse 21 %

22Les paramètres de plongée (temps, profondeur, paliers) sont régis par les tables de décompression élaborées par le ministère du Travail en 1992 (MT92) et non les tables de la Marine nationale utilisées en plongée loisir (MN90). Les tables de décompression MT92 concernent les plongées d’ordre scientifique et autorisent 3 h de plongée en 24 h. Par exemple les paramètres peuvent être les suivants : à 20 m, le temps de travail maximum s’élève à 80 min, et 28 minutes de palier ; à 40 m l’intervention peut durer 40 minutes, mais nécessitera 68 min de remontée et de paliers de décompression. Il est possible d’utiliser un mélange d’air suroxygéné3 au palier pour remplacer les paliers successifs à l’air et en réduire la durée.

Sur l’eau

23Un autre aspect spécifique à l’archéologie subaquatique et sous-marine est la mise en place préalable d’une chaîne de conservation préventive du mobilier, avant que celui-ci ne soit prélevé et remonté. Les milieux anaérobies maritimes et fluviaux sont privés d’oxygène ; les sédiments sous lesquels est enfoui le mobilier et l’absence de lumière permettent de conserver les artefacts dans des conditions idéales, notamment ceux en matière organique comme le bois, le cuir, la vannerie, les matières textiles…

24La remontée en surface de ce mobilier est délicate et nécessite des précautions spécifiques. Il est essentiel, autant que faire se peut, de remonter les artefacts sans les exposer directement à l’air, ce qui aurait pour conséquence un traumatisme immédiat de l’objet pouvant provoquer des déformations, voire des éclatements ou des désagrégations. Lorsqu’il s’agit de mobilier issus de milieu marin, il faut également prendre en compte le dessalage progressif des éléments. Sur certaines matières comme le fer, l’exposition à l’air engendre la production de sulfure de fer pouvant provoquer des dommages importants aux matières environnantes comme sur le bois des vestiges des navires. Pour chaque matériau et objet, un protocole de conservation préventive strict est établi pour aboutir à une meilleure conservation et restauration du mobilier. Si un objet ne peut être conservé préventivement immédiatement à sa sortie, il est préférable de le laisser en place et le ré-enterrer afin de prévenir d’éventuels pillages.

La robotique en archéologie

25Ces dernières années, comme dans de nombreux domaines scientifiques, la robotique a été testée et utilisée en archéologie sous-marine.

Les ROV, les drones sous-marins

26Les ROV (Remotely Operated Vehicules) sont utilisés pour des opérations sous-marines profondes afin d’obtenir de plus amples connaissances sur les fonds marins comme l’écosystème et de surveiller certains sites marins protégés. Ils sont utilisés en archéologie sous-marine notamment pour la récupération de mobilier. Ces sous-marins peuvent être pilotés de l’intérieur et sont équipés de bras manipulateurs dotés de ventouse ou de tout autres outils permettant de prélever aussi bien des objets fragiles que ceux pesant plusieurs dizaines de kilogrammes (figure 5).

Figure 5 : Vue sous-marine du ROV Super-Achille et du sous-marin Remora 2000

Figure 5 : Vue sous-marine du ROV Super-Achille et du sous-marin Remora 2000

X. Desmier, COMEX.

Scaphandre rigide

27En 2012, la Marine nationale mobilise des plongeurs équipés du Newtsuit, un scaphandre rigide. Nouvel équipement destiné à des opérations militaires comme le déminage, il permet de descendre jusqu’à 300 m. Ce scaphandre a été testé en archéologie à 90 m de fond sur l’épave de la Lune, navire de Louis XIV qui a sombré en 1664. Le scaphandrier a pu rester plusieurs heures au fond et est remonté sans palier de décompression (figure 6).

Figure 6 : Le scaphandrier Joe Kirsh équipé du Newtsuit en plongée sur le site de la lunedì

Figure 6 : Le scaphandrier Joe Kirsh équipé du Newtsuit en plongée sur le site de la lunedì

Frédéric Osada et Teddy Seguin, DRASSM.

Ocean One

28Le laboratoire de robotique de l’université de Stanford imagine un robot initialement conçu pour étudier les récifs coralliens et servir pour l’exploration et la surveillance de l’écosystème marin difficile d’accès aux plongeurs. Le concept réside dans la création d’une main dont les doigts flexibles pourraient pincer et se saisir de petits objets, comme d’éléments plus massifs, sans les briser.

29Ce robot humanoïde, baptisé « Ocean One », est contrôlable à distance et doté d’intelligence artificielle. Ses propulseurs s’adaptent aux conditions de travail (courants, obstacles). Il est muni de mains à trois doigts ayant une grande force de préhension qui restitue les sensations tactiles par le biais de capteurs de force qui renvoient celles-ci à l’opérateur en surface grâce à un retour d’informations haptiques. L’opérateur peut donc ressentir les caractéristiques de l’objet : le poids, la forme, la résistance, la texture… les mains du robot épousent la forme de l’objet permettant de le saisir sans le briser (figures 7 et 8).

30Avec moins de 10 % estimé des épaves et vestiges mis au jour au fond des océans, les avancées en robotique apportent de nouvelles perspectives scientifiques en archéologie sous-marine.

Figure 7 : Ocean One en période de test en archéologie

Figure 7 : Ocean One en période de test en archéologie

Frédéric Osada et Teddy Seguin, DRASSM.

Figure 8 : Ocean One en période de test en archéologie

Figure 8 : Ocean One en période de test en archéologie

Frédéric Osada et Teddy Seguin, DRASSM.

Bibliographie

Bernand Étienne (dir.), L’encyclopédie darchéologie sous-marine : histoire et méthodes, Londres/Paris, Periplus, 2003.

Dumont Annie (dir.), Archéologie des lacs et des cours d’eau, Paris, Errance, 2006.

Nargeollet Paul-Henri, « Recherche et intervention sur les épaves en milieu profond », dans Christophe Cérino, Michel LHour, Eric Rieth (dir.), Archéologie sous-marine. Pratiques, patrimoine, médiation, Rennes, Presses Universitaires de Rennes, 2013, p. 167-179.

Michel L’Hour, Oussama Khatib, « Ocean One, la route des abysses… », communication au colloque « Journée du DRASSM », Marseille, 30 avril 2016, dactyl.

L’archéologie des abysses, Médiathèque de la Cité de la mer. En ligne : https://mediathequedelamer.com/wp-content/uploads/archeologie-des-abysses.pdf, consulté le 4 juillet 2019.

Notes

1 Tirant d’eau : profondeur maximale disponible pour la partie immergée du navire.

2 Lois de Henry et de Boyle-Mariotte.

3 Suroxygéné : dont le pourcentage d’oxygène dépasse 21 %

Table des illustrations

Titre Figure 1 : Image sonar du site de l’épave de La Dauphine avec localisation du mobilier
Crédits Ceres, Firm, ADRAMAR.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 244k
Titre Figure 2 : Alexandre le Grand explore la mer dans sa « cloche de plongée »
Légende Détail d’une miniature du ms. British Library Royal 15Evi, f. 20v (Talbot Shrewsbury Book), 1444-1445.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 108k
Titre Figure 3 : Gravure de la cloche de Halley
Légende Figuier, Les Merveilles de la science, 1867–1891, tome 4.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-3.png
Fichier image/png, 84k
Titre Figure 4 : Mise en place du carroyage et utilisation de l’aspirateur à sédiments
Crédits Fabien Langenegger.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 1,8M
Titre Figure 5 : Vue sous-marine du ROV Super-Achille et du sous-marin Remora 2000
Crédits X. Desmier, COMEX.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 104k
Titre Figure 6 : Le scaphandrier Joe Kirsh équipé du Newtsuit en plongée sur le site de la lunedì
Crédits Frédéric Osada et Teddy Seguin, DRASSM.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 36k
Titre Figure 7 : Ocean One en période de test en archéologie
Crédits Frédéric Osada et Teddy Seguin, DRASSM.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 36k
Titre Figure 8 : Ocean One en période de test en archéologie
Crédits Frédéric Osada et Teddy Seguin, DRASSM.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/38581/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 60k

Auteur

Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne
Laboratoire ArScan – Équipe TranSphères
Thèse sous la direction d’Anne Nissen : « Le flottage et ses aménagements sur la Garonne du Moyen-Âge au début du xixe siècle »

Le texte et les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont sous Licence OpenEdition Books, sauf mention contraire.

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