Chapitre 5 – Climatologie du milieu souterrain à Lascaux : d’une étude globale à la microclimatologie des parois
p. 121-142
Texte intégral
5.1 Introduction
1La grotte de Lascaux, découverte en 1940 à Montignac en Dordogne, dans la vallée de la Vézère, figure au Patrimoine mondial de l’Unesco. En 1963 la grotte de Lascaux a été fermée par décision administrative du ministre de la Culture, A. Malraux. Une longue période d’études s’ensuivit et permit de retrouver une situation stable en ce qui concerne la conservation des peintures préhistoriques, situation qui devait durer plusieurs décennies. De nombreux scientifiques (J. Bauer, C. Delamarre Debouteville, P. P. Grassé, M. Hours, A. Moyse, G. Laporte, M. Lefèvre, M. Magat, H. Moureu, J. Pochon, H. Schoeller, A. Vandel, J. Wyart, L. Pontier, L. Comolet, J. Vouvé…) animèrent cette commission et sont à l’origine des solutions retenues à l’époque. En 2001, de nouvelles inquiétudes sur la conservation de la grotte se manifestèrent ; la question : « Le climat souterrain responsable des bonnes conditions de conservation maintenues jusque‑là était‑il déstabilisé ? » était posée par un nouveau comité de conservation de la grotte, nommé par le ministère de la Culture et de la Communication.
5.2 Présentation de la cavité
2Lascaux est une cavité naturelle faisant partie du réseau supérieur fossile d’un karst en grande partie comblé par un remplissage argilo‑sableux (cf. chapitre 4). Le réseau pénétrable (fig. 45), constitué essentiellement de trois galeries rectilignes, est de dimensions modestes ; la grotte, de la porte d’entrée jusqu’à l’extrémité du Diverticule de Droite, mesure environ 150 m de long, et de l’entrée actuelle jusqu’au Diverticule axial 80 m (Aujoulat 2004). Le développement total du réseau souterrain connu est inférieur à 250 m. Le volume du réseau accessible est de 3 300 m3 ± 500 m3 dont 320 m3 pour la Salle des Taureaux et 1 300 m3 pour l’Abside et la Nef1.

FIG. 45 – Plan de la cavité.
© N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.
3Nous pouvons distinguer morphologiquement une partie axiale composée de la Salle des Taureaux et du Diverticule axial, et une partie latérale formée du Passage, de la Nef, de l’Abside (vaste salle en forme de coupole) qui permet d’accéder au Puits du Sorcier et à son réseau (grande diaclase), et enfin la Galerie du Mondmilch prolongée par le Cabinet des Félins. À cela il faut ajouter la salle des machines (local technique) creusée en dessous du sas 1 à la suite du déblaiement de l’éboulis d’entrée lors de phases d’aménagement de la cavité (fig. 54). Compte tenu de la géométrie de la cavité, les éléments du réseau souterrain sont à une profondeur variable tout comme les décors : dans la Salle des Taureaux les peintures sont entre 10 et 12 m en dessous du sol extérieur actuel, entre 13 et 15 m dans le Diverticule de Droite, entre 10 et 15 m dans le Diverticule axial ; le fond du puits du Cabinet des Félins (partie pénétrable la plus profonde) se situe entre 24 et 25 m en dessous de la surface topographique.
4La section verticale des galeries évolue entre 1 m2 au Cabinet des Félins et 80 m2 dans la Salle des Taureaux ; la hauteur de cette dernière salle est au maximum de 6 m. La cavité, au vu des coupes longitudinales réalisées, est descendante de l’entrée jusqu’au fond du Diverticule axial d’une part et de la Salle des Taureaux jusqu’à l’entrée de la chatière d’accès au Cabinet des Félins d’autre part, à l’extrémité de la Galerie du Mondmilch.
5Dans la Salle des Taureaux et le Diverticule axial, la roche est fréquemment recouverte de concrétions carbonatées en chou‑fleur. Les tracés peints ont été effectués sur ce support rugueux (fig. 46). Dans la partie latérale (Diverticule de Droite) la roche très tendre est pratiquement à nu au niveau de la représentation d’un cheval2 (fig. 47). Elle est peinte et gravée comme en témoignent les traces de pigments conservées au fond des fissures et des anfractuosités de la roche3 (fig. 48). En raison d’un support constitué d’une roche aux éléments détritiques et biodétritiques mal cimentés entre eux, la surface est pulvérulente et s’est altérée.

FIG. 46 – Panneau du Diverticule axial dénommé par Norbert Aujoulat « panneau de la Vache tombant ». Les pigments ont été pulvérisés sur un support très granuleux. Début d’une frise de petits chevaux alignés horizontalement.
© N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.

FIG. 47 – Représentation d’un cheval, peinte et gravée, située dans le Passage. L’ensellure est forte, l’œil bien incisé ainsi que les deux oreilles. L’animal possède deux traits dans le dos et un signe fourchu dans le ventre. La crinière est marquée par de fines hachures parallèles (en brosse) appliquées sur l’encolure. Le support présente de petites pustules blanches de calcite particulièrement denses au niveau des membres postérieurs ; une dépigmentation affecte l’épaule et le flanc du cheval ; le contour ventral et l’un des antérieurs sont affectés par ce phénomène. Une partie du tracé peint de cette figure, comme d’ailleurs une grande partie des représentations peintes qui existaient dans cette galerie, a disparu par suite de l’érosion qui s’est exercée sur la voûte et les parois sous l’action de courants d’air avant la découverte de la cavité. Ce cliché illustre la fragilité de la paroi dans le secteur du Passage et de l’Abside, et les risques encourus lorsqu’une circulation par air pulsé assurait la régénération de l’atmosphère souterraine de 1958 à 1963, pour faciliter les visites touristiques.
© N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.

FIG. 48 – L’ensemble de l’Abside est recouvert de plus d’un millier de figures peintes et gravées. Cette très forte concentration en représentations essentiellement gravées n’est plus que rehaussée de quelques rares plages de couleur. Une lecture attentive de la paroi permet de découvrir un enchevêtrement de dessins d’animaux complets ou partiels ayant subi des dégradations naturelles importantes. Le tracé gravé est profondément incisé dans le calcaire gréseux à grain fin dont on peut distinguer les éléments au maximum du grossissement ; par contre, la peinture ne subsiste plus que dans les anfractuosités, les fissures et entre les grains du support en raison d’une lente désagrégation de la couche superficielle de la roche pendant plusieurs millénaires. La faible cimentation naturelle des constituants détritiques et biodétritiques du calcaire du Crétacé supérieur a favorisé ce mécanisme d’altération.
© Cabinet Guy Perazio.
6Pour ne conserver que l’essentiel à la compréhension de la suite de nos propos nous considérerons que la cavité est de dimensions modestes, qu’elle est située dans la zone hétérotherme du sol et qu’elle est, en partie du moins, ectotherme.
5.3 Avant la découverte
5.3.1 Éboulements
7La fig. 49 schématise l’ouverture de la cavité avant sa fréquentation par les artistes. Un premier éboulement de l’auvent rocheux à la suite d’un probable changement climatique ou d’une activité sismique selon A. Glory (Leroi‑Gourhan, Allain 1979 : 45‑74), aura eu lieu au Paléolithique. C’est sur ce sol que les hommes du Paléolithique ont pénétré dans la cavité pour la décorer. Un deuxième éboulement puis un colmatage par un remplissage sablo‑argileux et de calcite a scellé la cavité et plus personne ne paraît l’avoir fréquentée jusqu’au 12 septembre 1940 (fig. 50).

FIG. 49 – Coupe longitudinale schématique de la cavité préalablement à sa fréquentation par les artistes vers 18 000 BP.
Plan de la grotte : © N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.

FIG. 50 – Coupe longitudinale schématique de la cavité avant la découverte du 12 septembre 1940.
Plan de la grotte : © N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.
5.3.2 La nappe phréatique (temporaire)
8Les calcaires fissurés à la voûte de la cavité sont le siège de circulations temporaires avec émergence principale au toit du porche d’entrée. Il est légitime de proposer qu’avant la découverte de la grotte les eaux de l’aquifère s’infiltraient dans l’éboulis d’entrée et disparaissaient dans la Galerie de Droite. Cet écoulement d’eau envahissait les grands gours de la Salle des Taureaux, ceux du Passage puis ceux de la Nef jusqu’au seuil de la chatière conduisant au Cabinet des Félins. Dans la Salle des Taureaux, le « ruisselet » s’appuyait sur la paroi droite, la partie gauche étant épargnée (Leroi‑Gourhan, Allain 1979 : 53) ; dans le Passage, la circulation se faisait le long de la paroi gauche de la galerie.
9Nous pouvons imaginer que l’eau selon la saison pouvait être plus froide ou plus chaude que l’air de la cavité. Une augmentation du débit se traduisant par un pic significatif de crue –c’est‑à‑dire se différenciant très nettement de la vidange continue de la nappe– pouvait entraîner en période hivernale une baisse notable de la température de la roche et de l’air et en fin de période estivale une augmentation de la température. En période hivernale cela correspondait à l’arrivée, à l’exutoire de la nappe, d’eau relativement froide –pluie, neige fondue, eau ayant traversé des terrains froids– et, en période d’été, à de l’eau plus chaude ayant circulé dans un terrain plus chaud qu’en hiver. Le cycle climatique externe n’étant pas intégralement reproductible d’une année sur l’autre, les périodes chaudes ou froides pouvaient être plus ou moins précoces ou tardives, décalant dans le temps son impact sur l’équilibre climatique dans la grotte.
10Nous sommes confortés dans notre hypothèse par les observations actuelles. Comme nous pouvons le voir sur les fig. 51 et 52 l’impact de la température de l’eau de la nappe est notable : jusqu’à 1 °C. Les épaisseurs et les caractéristiques physiques des terrains encaissants n’ont guère été modifiées depuis l’époque Paléolithique. Seul le régime pluviométrique et la végétation envahissant le sol au‑dessus de la cavité ont pu changer. Les débits étaient plutôt supérieurs à ce qu’ils sont actuellement (Leroi‑Gourhan, Allain 1979 : 46), la nappe comme nous l’avons rappelé couvrait le sol de la Salle des Taureaux, du Passage et une partie de la Nef, présentant ainsi une surface importante d’échange avec l’atmosphère du milieu souterrain.

FIG. 51 – Influence des écoulements d’eau temporaires dans la cavité sur la température de l’air (mesures J. Marsal)
© P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.

FIG. 52 – Influence des écoulements d’eau temporaires dans la cavité sur la température de l’air (mesures automatiques)
© P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.
11En résumé, l’eau de la nappe envahissant la cavité avait un rôle majeur dans l’équilibre climatique de celle‑ci, parfois bénéfique –refroidissement des sols favorisant la condensation sur les points bas et asséchant l’air de la cavité–, parfois néfaste –réchauffement rapide de l’air de la cavité et apport de vapeur d’eau expliquant peut être l’effacement des peintures de la paroi droite de la Salle des Taureaux (fig. 53) ainsi que son état (calcaire très altéré ?).

FIG. 53 – Paroi droite de la Salle des Taureaux. Ce protomé du sixième Grand taureau est très dégradé. Il a été tracé sur une surface exposée aux phénomènes d’altération, et il n’en reste qu’un tracé segmentaire sur une surface très altérée.
© N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.
5.4 La crise de 1963
12Depuis la découverte de la grotte, deux phases principales se sont succédées dans la conservation de ce bien culturel : l’une, de 1947 à 1963, a été dominée globalement par la volonté d’adapter la grotte à la visite ; l’autre, de 1963 à nos jours, est caractérisée par l’approche scientifique des problèmes, la conservation du monument devenant la priorité. Il est bon de se rappeler que, malgré tout, le volet conservation n’était pas oublié et nous citerons à titre d’exemple M. Secondat qui dès le 2 octobre 1947 écrivait : « Depuis que la grotte est ouverte, il a été constaté une modification de son état hygrométrique intérieur et des précautions seront à prendre pour éviter qu’à la longue, ces fresques sans égales ne subissent des altérations. » (Leroi‑Gourhan, Allain 1979 : 31). Citons également Y.‑M. Froidevaux : « Afin d’assurer une protection efficace, la direction de l’Architecture a créé une commission composée de spécialistes, préhistoriens, géologues, physiciens, biologues, hygiénistes et divers techniciens. Elle eut pour mission de déterminer les dangers et d’étudier les mesures de prévention. Il fut alors organisé une surveillance scientifique des conditions nouvelles dans lesquelles se trouvait la grotte et de l’évolution éventuelle de l’état des peintures. Depuis lors, les études microclimatologiques ont été effectuées et des mesures spectrophotométriques des peintures furent prises régulièrement et soigneusement analysées sous la direction de M. Noetzlin, membre de la commission, qui assura la synthèse des différentes recherches ainsi que le contrôle technique de la réalisation de l’installation. Après les premières années d’observation, aucune détérioration ne pouvait être décelée, le processus des altérations possibles ne pouvant être appréciable que sur une échelle de temps beaucoup plus étendue. Cependant, l’examen des conditions créées par les visites, d’année en année croissantes, faisait peser de lourdes craintes, car elles réunissaient des éléments favorables à l’accélération des perturbations. » (Froidevaux 1960).
5.4.1 Adaptation de la grotte aux visites : effet déplorable de l’action d’une machine de régénération de l’atmosphère souterraine
13Durant la période allant de 1947 à 1963, les conditions d’accueil ont dû être pensées puis adaptées au nombre de visiteurs qui rapidement a dépassé très largement les prévisions.
14Dès la découverte, l’idée de protection –avec les connaissances de l’époque– s’imposait : protection administrative par classement comme monument historique et mise en œuvre de moyens assurant sa conservation. Le service des Monuments historiques met alors en place un programme prenant en compte la conservation des peintures et la présentation au public des oeuvres sous l’autorité de Y.‑M. Froidevaux, architecte en chef des Monuments historiques (1948).
15Ce programme (fig. 54) comprenait : la mise en place d’un escalier recouvrant l’éboulis et conduisant à la Salle des Taureaux, la confection de deux sas d’entrée à deux niveaux différents qui devaient, selon leur concepteur, rendre pratiquement impossible l’arrivée de l’air chaud extérieur, le plus dangereux pour la caverne, et enfin des aménagements nécessaires à l’évacuation de l’eau d’infiltration fournie par la nappe après les périodes d’intempéries, à la circulation dans la cavité et à l’éclairage –éclairage de visites et éclairage d’études.

FIG. 54 – Coupe longitudinale schématique de la cavité dans sa configuration actuelle, pratiquement inchangée depuis les travaux de Y.‑M. Froidevaux en 1963 (Aujoulat 2004 : 32).
© N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.
16Dès les années 1956 et 1957, on s’est aperçu que la constance de la température et du degré hygrométrique de l’air ne pouvait plus être assurée en raison de l’émission de vapeur d’eau et de calories par les visiteurs, de l’émission calorifique de l’éclairage et d’échanges thermiques et hydriques importants avec l’extérieur. L’augmentation du taux de gaz carbonique, l’appauvrissement en oxygène de l’air souterrain ont été également constatés. Le risque de dégradation des parois décorées –par désagrégation de la paroi ou par prolifération de petits cristaux de calcite en surface des peintures entraînant la formation d’un voile opaque, etc.–, étant perçu, un certain nombre de mesures furent préconisées : maintien des conditions de stabilité de la température à 14 °C, de l’hygrométrie (au voisinage de 95 % pour éviter toute condensation sur les parois) et de la composition de l’atmosphère souterraine (teneur en oxygène supérieure ou égale à 20 %). Ces mesures devaient, en outre, permettre de remédier à la gêne respiratoire ressentie par de nombreux visiteurs en période d’affluence. Une machine de régénération de l’atmosphère souterraine fut mise à l’étude et devait répondre au conditionnement de l’air proprement dit et à sa décarbonatation. Le choix de 14 °C pour la température de l’air résultait de mesures effectuées dans la cavité malheureusement fortement influencées par les visiteurs, et de l’idée fausse que la température naturelle dans la cavité devait être constante toute l’année.
17La machinerie dite Froidevaux a été installée en 1958. La distribution et la circulation de l’air d’une manière régulière dans la grotte (par soufflage à la vitesse de 4,5 m-1) étaient assurées par des gaines (caniveau de soufflage et caniveau de reprise) et des bouches situées dans le sol dont on peut se demander a posteriori quel pouvait en être l’effet sur les parois décorées. Cela entraîna d’importants travaux de terrassement et de percement de roche, notamment l’ablation du cône d’éboulis à l’entrée. L’air conditionné était soufflé dans la Salle des Taureaux et dans la Nef, et repris au fond du Diverticule de Droite et au fond du Diverticule axial. L’installation était munie d’une commande automatique déclenchant sa mise en route lorsque le nombre de personnes présentes dans la cavité atteignait cinq.
18Le but à atteindre selon Y.‑M. Froidevaux et fixé par le programme, qui était de parer aux perturbations apportées par la présence permanente de soixante occupants par heure, a ainsi pu être largement dépassé. En effet, après les mises au point réalisées tout au long de la première année de fonctionnement, la grotte pouvait recevoir le maximum de visiteurs autorisé par sa géométrie et les impératifs de surveillance ; au cours de l’année 1960 c’est près de 100 000 visiteurs qui ont pu avoir accès à la grotte de Lascaux.
19Une remarque s’impose : très rapidement les strictes consignes initiales de fonctionnement de cette machinerie n’ont plus été respectées4. Toutes les conditions étaient réunies peu à peu pour déboucher sur la situation qui a nécessité la fermeture de la grotte en 1963 : dès 1960 des algues se sont développées dans le Diverticule axial et la Salle des Taureaux. Ces algues étaient à la surface de la roche mais aussi entre les cristaux de calcite qui constituent le revêtement naturel des parois de la Salle des Taureaux et du Diverticule axial. Les mises en culture en milieu solide montrèrent des Cyanophycées, des Chlorophycées et des Xanthophycées. D’autres observations indiquèrent la présence de bactéries et de champignons inférieurs (Laporte, Lefèvre 1970).
5.4.2 Priorité rendue à la conservation
20Le développement de taches vertes dans la partie axiale de la grotte présentant un rythme alarmant, la grotte a été fermée par décision ministérielle en avril 1963. Dès le début du mois de mai 1963, la Commission d’études scientifiques et de sauvegarde de la grotte de Lascaux définissait les grandes orientations d’investigation et de réflexion, soit :
– déceler l’origine des taches vertes en prenant comme base les travaux de J. Bauer et J. Pochon (Bauer, Pochon 1967) ;
– se prononcer sur la modalité de gestion de la grotte pendant ces études ;
– définir le régime des visites.
21Un jeune chercheur de l’époque, P.‑M. Guyon, portait quelques années plus tard le regard suivant sur les travaux exécutés entre 1965 et 1966 dans le cadre de la commission scientifique d’étude de la grotte : « La décision de fermeture de la cavité par le ministère de la Culture était imposée par le développement rapide et incontrôlé d’algues sur les parois peintes. Cette « maladie verte », qui a depuis été guérie, était la conséquence de la pollution provoquée par un afflux trop grand de visiteurs et un système inadéquat de conditionnement de l’air. Sous l’impulsion du conservateur des Monuments historiques, une petite équipe de scientifiques comprenant essentiellement des biologistes dont M. Lefèvre, J. Pochon et G. Laporte s’attaquait à l’étude de ce problème. Le docteur J. Bauer, de la faculté de médecine de Marseille, commençait une observation systématique des parois peintes afin de suivre l’évolution chromatique des zones algales au cours du traitement (1963 1964). Alors que l’on observait la régression des zones contaminées par les algues, les études macrophotographiques du docteur J. Bauer mettaient en évidence un phénomène de modification du support calcique des peintures de Lascaux. »
22Une des questions posées à l’époque (1963) était : « L’équilibre millénaire, dont témoigne l’admirable état de conservation des peintures, n’a‑t‑il pas été détruit par les aménagements liés aux visites, et si tel était le cas, quel pouvait être l’équilibre original ? »
23Une étude climatologique de la grotte fut commencée dès 1963 sous la direction de H. Schoeller, mais il apparut rapidement que la fréquence des observations, la précision et la fiabilité des instruments de mesure, étaient insuffisantes pour établir les corrélations nécessaires entre les divers paramètres interagissants.
24Pour l’étude du contexte climatique de la caverne, le protocole scientifique s’est appuyé et s’appuie toujours sur les données suivantes :
– mesure de la température de l’air et de la roche à l’intérieur de la grotte ;
– mesure des paramètres climatiques extérieurs (température, humidité, pression atmosphérique, pluviométrie) ;
– mesure et suivi de l’évolution du débit de la nappe phréatique interceptée au porche d’entrée ;
– mesure de la pression partielle de vapeur d’eau de l’air en plusieurs points repère ;
– mesure de la teneur en gaz carbonique en différentes parties du réseau ;
– contrôle visuel de plusieurs témoins de condensation, répartis aux points les plus sensibles de la grotte ;
– contrôle de la température du fluide à l’entrée et à la sortie du circuit primaire de refroidissement et du circuit secondaire, réglage des débits des circuits de refroidissement ;
– contrôle visuel de l’état de l’ensemble des parois ornées ;
– contrôle photographique de plages témoins.
25Dans le rapport no 3 du 28 février 1966, P. M. Guyon rappelle le nouvel objectif de la commission : « L’objectif principal est d’assurer la constance des paramètres qui conditionnent l’équilibre physicochimique de la paroi. » Cet objectif avait été défini par cette même commission le 15 mai 1965.
26Dans un rapport rédigé par P. Michel en 1966, les vœux de la commission du 21 mars 1966 sont clairement rappelés : « Confectionner un système de refroidissement, renouveler l’air pour assurer l’évacuation du CO2, réflexion sur le problème des gours. »
27Dans son rapport intitulé Climat et conditionnement de la grotte, L. Comolet écrit : « La commission scientifique qui eut pour mission d’étudier les différents problèmes posés par la sauvegarde de la grotte de Lascaux disposait au départ d’informations extrêmement fragmentaires et souvent peu précises. Un effort considérable fut entrepris pour effectuer des relevés de température, de pression de vapeur saturante, de teneur en CO2, de vitesses anémométriques. L’obligation de faire des mesures précises ne s’est pas immédiatement imposée. Sous le vocable « constance des paramètres » on s’est efforcé de reconstituer les conditions thermodynamiques naturelles de la grotte en cherchant à maintenir le taux de gaz carbonique à une valeur très basse, et le taux d’humidité à une valeur très haute compatible avec l’absence de condensation. C’est dans cette recherche que la physionomie particulière de la grotte s’est dégagée peu à peu, mais des dizaines de milliers de mesures furent nécessaires, mesures ponctuelles, faites à la main ou par lecture directe car la plupart du temps la précision des enregistreurs était insuffisante. En analysant les causes de ces désordres on s’est aperçu qu’il fallait à la fois :
– éviter d’assécher trop rapidement les surfaces humides, sinon il y aurait un risque de formation d’un voile de calcite ;
– éviter les condensations d’eau, surtout en présence de CO2, sinon il y aurait un risque de corrosion des surfaces et des peintures ; et que par ailleurs, les courants aériens devaient rester assez faibles au voisinage des parois sous peine :
– de les assécher, quand elles sont humides ;
– de les dégrader par érosion éolienne, quand elles sont sèches. Afin de réduire le plus possible les interactions indésirables et les effets parasites incontrôlables, les aménagements suivants furent progressivement réalisés :
– canalisation des eaux d’infiltration du toit du sas 1 ;
– isolation thermique des portes des sas 1 et 2 ;
– installation d’un sas à l’entrée du Diverticule de Droite, réalisant ainsi une séparation nette entre les systèmes I et III de la grotte ;
– élimination du gaz carbonique par aspiration, au moyen d’une gaine débouchant dans le Puits du Sorcier (débit maximal 50 à 80 l-mn-1) ;
– démontage de la machine de conditionnement et installation de deux grandes surfaces de condensation constituées de radiateurs parcourus par de l’eau froide afin de pouvoir organiser et régler les mouvements de convection.
28Dans la disposition finalement retenue, on a constitué un ensemble autonome formé du système I (Salle des Taureaux et Diverticule axial) associé à deux salles : la salle des machines où se trouvaient les surfaces de condensation et le sas 2 qui servait de volume tampon. Entre ce dernier et la Salle des Taureaux se trouve un mur muni d’ouvertures réglables qui permettent de déterminer la direction et l’importance des mouvements gazeux. »
5.4.3 Les expérimentations
29Les mouvements de l’air très faibles, de quelques dizaines de cm-s-1 au maximum, ne sont pratiquement que d’origine convective ; les caractéristiques physiques de l’air (température, composition) sont légèrement variables d’un point de la cavité à un autre.
30La direction de ces mouvements d’air a été mise en évidence par la confection, la pose et l’observation par P. M. Guyon et A. Dupuis de flotteurs en polystyrène expansé constitués d’une voilure en croix fixée sur des bouchons en liège se déplaçant sur un bac –bidon d’huile recyclé, nettoyé et peint– à demi rempli d’eau formolée à 5 % pour éviter la formation d’algues. Sous l’action du courant d’air le flotteur se déplaçait d’un bord à l’autre du bidon. Un petit fil métallique tendu aux quatre bords du bidon empêchait le flotteur de rester collé sur les parois par la tension superficielle de l’eau. Il suffisait de relever à inter valles réguliers la position des flotteurs pour obtenir la direction locale du courant d’air. Une centaine de ces indicateurs a été posée dans la grotte sur des potences métalliques dans des plans constituant des sections droites de la grotte. Ces flotteurs très sensibles étaient perturbés par la colonne d’air chaud provoquée par l’observateur, il fallait donc se tenir à une distance d’au moins 5 m. La perturbation des flotteurs disparaissait au bout de 10 mn.
31La vitesse de ces courants d’air a ensuite été évaluée par le lâché de ballons gonflés à l’hélium et lestés. Les vitesses ainsi mesurées furent de 5 à 20 cm-s-1 dans la Salle des Taureaux, et de 50 cm-s-1 dans la grande diaclase. Quelques essais ont été faits avec des duvets attachés à des fils. Les résultats semblaient moins clairs que ceux obtenus avec les ballons pour les déplacements d’air aux voûtes mais ont pu être interprétés pour les déplacements d’air aux sols. La méthode des petits ballons gonflés à l’hélium et convenablement lestés est d’une application délicate dans le cas de Lascaux car les mouvements y sont faibles et que la colonne d’air chaud produite par l’observateur perturbe fortement la mesure. D’autre part, P. M. Guyon a construit un tourniquet en polystyrène expansé qui a permis de mesurer des vitesses de l’ordre de 0,1 à 1 m-s-1. Le même auteur a ainsi mesuré des débits d’air de 1 000 m3-h-1 passant par les glissières hautes de la salle des machines, ce qui a permis d’évaluer la vitesse dans ces glissières à 0,15 m‑s-1.
32L’ensemble de ces observations a permis de mettre en évidence des cellules de convection et de compartimenter la cavité en zones ou « systèmes ». Deux zones de ventilation naturelle à peu près indépendantes : le système I (Salle des Taureaux et Diverticule axial) et le système III (salles ensablées, grande diaclase, Puits, Abside, Nef, et Galerie du Mondmilch). Dans le système II (Passage) reliant les deux autres systèmes, les mouvements étaient très faibles, voire nuls. Le système II est formé par une galerie descendante à partir de la Salle des Taureaux avec une dénivellation du plancher d’une dizaine de mètres. Il a été séparé de la Salle des Taureaux par la confection d’un sas, dit « sas Bauer », actuellement démonté.
La zone III est aussi un ensemble descendant avec une discontinuité brusque sous forme de marche au droit de la margelle du Puits du Sorcier. L’ensemble III est physiquement partagé en deux parties par la pose, depuis le 2e semestre 1966, de volets et d’une trappe sur la margelle du puits. Les mouvements d’air peuvent être engendrés par des échanges avec l’extérieur :
– soit par différence de densité entre l’air extérieur et l’air intérieur ;
– soit par des variations de la pression atmosphérique.
33La grotte étant de type descendant, toutes les communications possibles avec l’extérieur sont à une cote bien supérieure à celle des galeries. De ce fait, seul l’air lourd et froid à faible pression de vapeur peut entrer dans la cavité et chasser l’air de la grotte plus léger, plus chaud et à plus grande pression de vapeur. Ce phénomène ne peut être –et a été à l’occasion des ouvertures de toutes les portes des sas– observé que l’hiver. Les échanges d’air par ce processus sont très faibles voire non mesurables.
34Les mouvements d’air engendrés par une différence de pression atmosphérique relativement rapide sont négligeables devant les mouvements de convection. Par exemple, pour un volume total –réseau visitable et réseau connecté de diaclases– de la cavité de 30 000 m3 (mesure faite par détente d’azote) et pour une variation de la pression atmosphérique de 2 % en vingt‑quatre heures, la différence de volume de l’air de la cavité est de 600 m3. En prenant comme hypothèse que tout l’air concerné passe par une galerie de section de 10 m2 (par exemple section moyenne du passage), la vitesse serait inférieure à 1 mm-s-1.
35Nous mentionnerons pour mémoire l’essai fait par le professeur H. Schoeller : « Une première expérience destinée à diriger nos recherches avait été faite le 9 juin 1964 à 11 h. Au fond de la Galerie du Mondmilch, nous avions allumé une très petite quantité de foin humide. J’en suis le responsable. La fumée ainsi produite passait dans le haut de la galerie, se dirigeait dans les parties hautes de la Nef, de l’Abside. De là elle passait par l’ouverture du puits, remontait le couloir de la Grande Diaclase jusqu’aux salles ensablées. Une très petite partie s’était engagée dans le Diverticule de Droite ou Passage, mais s’était arrêtée à quelques mètres avant la Salle des Taureaux en tourbillonnant. À 15 h, la fumée était diffusée sur toute la hauteur des salles. Aucune fumée n’avait pénétré dans la Salle des Taureaux et le Diverticule axial. » (Schoeller 1965).
5.4.4 La solution retenue
36Selon les saisons, les parois et l’air étaient plus ou moins humides, et cela pouvait être préjudiciable à la bonne conservation des peintures et gravures préhistoriques. Six mois par an –selon les travaux de H. Schoeller en 1964 (Schoeller 1965) et dans l’état où se trouvait la caverne– il y avait possibilité de condensation de la vapeur de l’air souterrain sur les parois décorées et le reste du temps les processus d’évaporation pouvaient apparaître. Ces deux phénomènes étaient liés aux variations de température en surface de la roche et dans l’air souterrain produit par le déphasage des ondes thermiques de surface (fig. 55). La solution retenue a été un système de conditionnement se basant sur le principe du thermosiphon proposé par P. M. Guyon puis mis en place et au point par les ingénieurs successifs ayant fréquenté la cavité (P. Michel, P. L. Gavet, G. Salvagnac, G. de Guichen, J. M. Py). Le conditionnement de l’air de la grotte en l’absence de visiteurs a été réalisé par de simples petits échangeurs de température situés derrière les ouvertures hautes du mur de la salle des machines (glissières). Ce principe a été efficace jusque vers les années 1990 car la température de l’air dans la cavité était de plus en plus chaude avec la profondeur.

FIG. 55 – Déphasage de la température de la roche (échelle de gauche) en paroi droite de la Salle des Taureaux et de la température moyenne de l’air extérieur (échelle de droite) mesurée sous abri météorologique au‑dessus de la cavité.
© P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.
37Nous reviendrons sur ce fait dans le paragraphe suivant. Afin de limiter les échanges avec l’extérieur et d’isoler le sas 2 de la zone du sas 1, soumise aux fortes variations de température externe, la construction de deux cloisons isothermes fut réalisée. Le schéma de principe de la régulation climatique adopté à l’époque est fourni en fig. 56.

FIG. 56 – Schéma de principe de l’assistance climatique comme défini par P.‑M. Guyon.
Plan de la grotte : © N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.
Reprise : © P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.
38Grâce à l’utilisation des échanges aérodynamiques qui se font naturellement par cellules convectives entre la partie axiale de la grotte et la salle des machines, la possibilité de condensation de la vapeur d’eau ambiante sur les parois peintes est limitée. Elle est par contre favorisée au niveau des surfaces froides (batteries) mises en place hors du secteur à sauvegarder, dans la salle des machines. Ainsi en moyenne, de juin à décembre de l’année en cours, il est possible d’agir sur les caractéristiques thermiques et hydriques de l’air souterrain pour les ajuster aux conditions les plus favorables. Cette intervention n’impose pas de régime étranger à la cavité et adapte les conditions ambiantes à celles de la roche.
5.5 La crise de 2001
5.5.1 Rappel des faits
39Des moisissures blanches apparaissent peu après que d’importants travaux aient été effectués dans la salle des machines. Comme il a été établi à l’occasion de l’état des lieux de la cavité dressé en mai 1995 par J. M. Geneste, conservateur de la grotte, la vétusté du dispositif d’assistance climatique impose le changement, en théorie à l’identique, du matériel. Bien avant la crise de 2001, les études permettaient déjà d’émettre quelques doutes quant à la stabilisation et l’invulnérabilité prétendues de la grotte. Les documents scientifiques (mesures, observations…) confirmaient ce qui avait été déjà remarqué trente‑huit ans plus tôt (crise de 1963) : la très faible marge de manœuvre pour assurer des conditions optimales de conservation (Brunet et al. 1997).
5.5.2 Analyse de la situation climatique
40La compréhension des mécanismes responsables de l’équilibre dynamique de la grotte est complexe. La grotte est dans une situation naturelle évolutive ; le suivi de cette évolution a mis en évidence, dès 1963, que six mois par an il y avait possibilité de condensation de l’air souterrain sur les parois décorées, et que le reste du temps le processus d’évaporation était possible. Ces mécanismes déclenchés par la modification des températures, en surface de la roche comme dans l’air souterrain, peuvent provoquer des phases de corrosion ou de dépôt de calcite en liaison avec la présence de gaz carbonique.
41Le but à atteindre reste le même que précédemment. Il est de restreindre les possibilités de condensation en diminuant les écarts entre les valeurs de la pression partielle de la vapeur d’eau de l’air et celles, calculées, de la pression partielle saturante, correspondant à la température de la roche, afin de réduire les risques de condensation sur celle‑ci. L’utilisation des échanges aérodynamiques qui se faisaient naturellement par convection entre la partie axiale (Salle des Taureaux et Diverticule axial) et la salle des machines, avait permis la mise au point d’un système de régulation de l’atmosphère (cf. § 5.4.4). Il limitait la possibilité de condensation de la vapeur d’eau sur les parois décorées ; la condensation était favorisée artificiellement dans la salle des machines. Concrètement, cette circulation –naturelle ou artificielle suivant les époques de l’année– assurait le refroidissement de l’air et la perte d’un excès d’humidité, au contact d’échangeurs thermiques. Selon la période, cette perte d’humidité se faisait également au contact de la roche et de la toiture de la salle des machines, qui recueille les eaux de la nappe aquifère temporaire située au‑dessus de la cavité. Dans ces conditions, la perturbation climatique saisonnière détectée par H. Schoeller et P. M. Guyon pouvait être maîtrisée.
5.5.3 La mise en évidence d’un changement climatique
42Le traitement des données correspondant aux années 1965 2004 (Malaurent et al. 2006) nous montre pour l’ensemble des points de mesure une baisse de la température moyenne jusqu’à la fin de l’année 1980, suivie d’une remontée régulière (fig. 57). Cette tendance peut être expliquée par l’évolution de la température extérieure au cours de la même période. Suivant les points de mesure, l’évolution de la température est plus ou moins chaotique. Les points les plus profonds correspondent aux courbes d’évolution les plus lisses. Rappelons que de l’air chaud se superposant à de l’air froid se stratifie alors que de l’air froid sur de l’air chaud engendre des mouvements de convection par différence de densité. Ces mouvements sont naturellement entretenus lorsque l’air au sol se réchauffe à son contact et se refroidit au contact de la voûte. Pour illustrer nos propos nous examinerons plus en détail deux points de mesure choisis dans la partie axiale de la cavité : la voûte de la Salle des Taureaux (ST) et le fond du Diverticule axial (DA).

FIG. 57 – Évolution mesurée de la température de la roche dans la cavité, à différentes profondeurs sous le sol : voûte de la Salle des Taureaux (TVR), à 10 m de profondeur, et fond du Diverticule axial (DFR), à 20 m de profondeur.
© P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.
43L’examen des courbes de la température calculée dans le sol (fig. 58) à différentes profondeurs (10 m, 15 m et 20 m) au moyen de l’équation de Fourier et des courbes des températures mesurées en deux points caractéristiques de la grotte (fig. 57) montre, entre 1950 et 2004, l’évolution respective de ces températures. On peut déduire que, de 1965 à 1981, les conditions thermiques souterraines liées à la propagation des ondes thermiques externes sont favorables à l’établissement d’un régime de circulation de l’air par convection entre le fond du Diverticule axial et la Salle des Taureaux lorsque la température superficielle de la roche est supérieure à celle de l’air. Par suite, l’air des parties les plus profondes de la cavité étant en moyenne plus chaud que celle des parties plus superficielles, celui‑ci remonte vers l’extérieur : les convections sont donc bien entretenues. Depuis 1981 ce régime de circulation de l’air par convection est affecté par l’impact de l’évolution climatique sévissant à l’extérieur. Cela se traduit sur les courbes de la fig. 57 par l’inversion des températures dans la cavité. L’air des parties les plus profondes est maintenant plus froid que celles des parties les plus superficielles, entraînant ainsi une stratification de l’air.

FIG. 58 – Évolution de la température mesurée en surface à la station météorologique de Gourdon et évolution théorique calculée de la température dans le sol à différentes profondeurs entre 1950 et 2004.
© P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.
44De 1970 à 1981, les températures mesurées dans la roche (fig. 57) dans le fond du Diverticule axial (DFR) sont supérieures à celles mesurées à la voûte de la Salle des Taureaux (TVR). Depuis, les températures à la voûte de la Salle des Taureaux sont supérieures à celles du Diverticule axial. Ce fait est responsable de conditions de moins en moins favorables à l’établissement de convection vers la salle des machines. Il a pour conséquence d’affecter la régulation du climat souterrain telle qu’elle avait été définie par les chercheurs de la commission d’études scientifiques en 1965. Rappelons l’expérience de H. Schoeller, citée plus haut, réalisée lors d’une période similaire à celle d’aujourd’hui et qui semble confirmer notre conclusion. De la fig. 59 nous tirons les informations suivantes :
– de 1965 à 1981, le gradient de température dans la cavité est conforme au schéma de fonctionnement défini par la commission de 1963 ; en hiver, dès 10 m de profondeur, l’ordre des températures est croissant de la surface vers la profondeur : air salle des machines (SM) < sas 2 < Salle des Taureaux (ST) < Diverticule axial (DA) ; en été, cet ordre est maintenu artificiellement par abaissement volontaire de la température de l’air de la salle des machines (fig. 56) ;
– depuis 1981, les évolutions des températures à 10 m, aussi bien théoriques que mesurées, visibles sur les fig. 57 et 58, montrent que les températures dans les parties profondes de la cavité deviennent plus basses que la température moyenne à 10 m de profondeur (l’inertie thermique du sol augmente au fur et à mesure que l’épaisseur de sol concernée augmente) ; le gradient naturel des températures s’est inversé ; ce phénomène est indépendant du système de régulation artificielle de la cavité, il est à relier exclusivement au régime climatique extérieur.

FIG. 59 – Évolution théorique de la température de l’air (s’il était en équilibre avec les parois de la cavité) en fonction de la profondeur, suivant les années1965‑1981 et jusqu’à 2004 à différentes dates confortée par des mesures ponctuelles en différents points de la cavité (SM Salle des Machines ; ST Salle des Taureaux ; DAFond fond du Diverticule axial).
© P. Sin / université Bordeaux 1, laboratoire Ghymac.
5.6 Conclusion partielle
45Dans le contexte climatique actuel, les conséquences pour la conservation ne sont pas négligeables. Des deux risques majeurs –risque de condensation de la vapeur d’eau et risque de dégradation de la paroi– détaillons le premier : l’effet de la condensation de la vapeur d’eau sur le décor préhistorique. La paroi du fond du Diverticule axial, à la fin de l’hiver, est envahie de gouttelettes d’eau. En avril 2001 c’était pratiquement tout le corps du Grand taureau qui était recouvert de gouttes (fig. 60). L’origine du phénomène était imputable au bouleversement des échanges naturels du microclimat souterrain. Depuis cette date ce sont essentiellement les sols et les parties basses du Diverticule axial qui sont humides.

FIG. 60 – Puissant taureau à robe noire, au fond du Diverticule axial, surchargé de quatre têtes cornues jaunes et de deux silhouettes de vaches rouges. De 3,71 m de large pour une hauteur de 1,93 m, le Black Bull –ou Grand taureau noir– du fond du Diverticule axial est imposant. Sur le cliché, la dépigmentation partielle du chignon est peut‑être le résultat de l’attaque du support pendant des années par l’eau de condensation se formant systématiquement entre ses cornes. Actuellement, ce phénomène a disparu. D’après Norbert Aujoulat, la totalité de l’animal a été rendue par pulvérisation.
© N. Aujoulat / ministère de la Culture et de la Communication, CNP.
46Il faut rappeler que la machinerie d’assistance climatique avait été conçue pour répondre à une demande correspondant à un besoin en harmonie avec l’environnement souterrain de l’époque. La lente dérive naturelle des paramètres externes a donc des répercussions sur le climat souterrain et de fait sur la gestion de la cavité. Dans la situation climatique actuelle, le système de régulation thermique employé n’est efficace au mieux que sur la Salle des Taureaux.
5.7 Le futur immédiat
47La simulation numérique en mécanique des fluides est utilisée afin de déterminer les conditions optimales d’assistance climatique et de proposer de nouvelles solutions. C’est le « simulateur Lascaux ».
48Remerciements
49Les auteurs remercient de leur collaboration le directeur régional des Affaires culturelles d’Aquitaine, le conservateur régional des Monuments historiques d’Aquitaine, le conservateur du service régional de l’Archéologie d’Aquitaine, le directeur du Laboratoire de recherche des Monuments historiques, le président du Comité scientifique de la grotte de Lascaux et tous les acteurs qui ont travaillé à Lascaux depuis sa découverte.
50Bibliographie
51Aujoulat 2004 : AUJOULAT (N.). — Lascaux : le geste, l’espace et le temps. Paris : Le Seuil, 2004.
52Bauer, Pochon 1967 : BAUER (J.), POCHON (J.). — Étude technique de l’évolution calcique des parois de Lascaux. Marseille : Institut de photographie scientifique et médicale, faculté de médecine, 1967. 76 f.
53Brunet et al. 1997 : BRUNET (J.), MALAURENT (P.), VOUVÉ (J.). — Lascaux, histoire d’un difficile sauvetage. Archéologia, 332, mars 1997, p. 24‑35.
54Froidevaux 1960 : FROIDEVAUX (Y.‑M). — Protection de la grotte de Lascaux : installation d’une ventilation conditionnée. Les Monuments historiques de la France, 4, oct dec. 1960. 5 p.
55Laporte, Lefèvre 1970 : LAPORTE (G. S.), LEFÈVRE (M.). — Au chevet de Lascaux : les travaux de la commission scientifique pour la sauvegarde des peintures rupestres de la grotte préhistorique. Bulletin de l’ordre des pharmaciens, 143, 1970. 39 p.
56Leroi‑Gourhan, Allain 1979 : LEROI‑GOURHAN (A.), ALLAIN (J.). — Lascaux inconnu. Paris : CNRS, 1979, 381 p. (supplément à Gallia préhistoire ; 12).
57Schoeller 1965 : SCHOELLER (H.). — Étude géologique, hydrogéologique et climatologique de la grotte de Lascaux pendant le cycle 1964‑1965. Rapport pour la première commission scientifique internationale de la grotte de Lascaux, univ. Bordeaux 1, 1965. 97 p.
58Malaurent et al. 2006 : MALAURENT (P.), BRUNET (J.), LACANETTE (D.), CALTAGIRONE (J. P.). — Contribution of numerical modelling of environmental parameters to the conservation of prehistoric cave paintings : the example of Lascaux Cave. Conservation and management of archaeological sites, 8, 2006, p. 1‑11.
Notes de bas de page
1 Claude Bassier (lettre du 15 avril 1966 ; document du 6/04/1966).
2 Le support présente de petites pustules blanches de calcite particulièrement denses au niveau des membres postérieurs ; une dépigmentation affecte l’épaule et le flanc du cheval ; le contour ventral et l’un des antérieurs sont affectés par ce phénomène. Une partie du tracé peint de cette figure, comme d’ailleurs une grande partie des représentations peintes qui existaient dans cette galerie, a disparu par suite de l’érosion qui s’est exercée sur la voûte et les parois sous l’action de courants d’air avant la découverte de la cavité.
3 L’ensemble de l’Abside est recouvert de plus d’un millier de figures peintes et gravées. Cette très forte concentration en représentations essentiellement gravées n’est plus que rehaussée de quelques rares plages de couleur. Une lecture attentive de la paroi permet de découvrir un enchevêtrement de dessins d’animaux complets ou partiels ayant subi des dégradations naturelles importantes
4 Renseignement oral de J. Marsal
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