Le laser aéroporté comme nouvelle technique pour restituer le paysage ancien

L’exemple des champs bombés sous forêt de Rastatt en Pays de Bade

Benoit Sittler et Karl Hauger

p. 39-43

Résumés

La technique du laser aéroporté a été testée dans le cadre d’une recherche visant à documenter un parcellaire de champs bombés fossilisés par la forêt près de Rastatt en Pays de Bade (D). Grâce à sa haute résolution spatiale et aussi à sa capacité à pénétrer au travers de la canopée, cette nouvelle approche de télédétection s’est avérée très performante pour documenter de tels microreliefs dissimulés sous le couvert forestier.

To depict patterns of ridge and furrow fossilised under woodlands near Rastatt in Central Baden, the technique of airborne laser scanning has been tested. Thanks to its high spatial resolution as well as to its ability to penetrate the canopy, it was possible to capture this corrugated microtopography in three dimensional surface data which highly facilitates an analytical approach of these hidden patterns of a medieval field system.


Texte intégral

1. Introduction

1La restitution d’éléments du paysage ancien butte souvent sur les difficultés d’identification de structures oblitérées par les transformations récentes ou dissimulées sous couvert. Si la télédétection traditionnelle a permis à l’archéologie de progresser rapidement en pouvant mettre en évidence divers indices qui échappent à l’œil de l’observateur en temps normal, bien des éléments de nos paysages restent cependant réfractaires à une telle détection. Ce constat est évidemment d’autant plus flagrant en présence d’un couvert végétal.

2Grâce à sa résolution en trois dimensions couplée avec une capacité à pénétrer au travers de couverts forestiers, la technique du laser aéroporté mise en application depuis une décennie dans divers domaines ouvre aussi de nouvelles perspectives pour tous ceux qui sont amenés à appréhender le modelé du paysage et d’autres structures microtopographiques aussi bien d’origine naturelle qu’anthropique.

3Le cas de champs bombés aux ondulations caractéristiques est à cet effet très révélateur. Si la photo aérienne oblique a largement contribué à leur documentation en Angleterre où ces modelés furent conservés dans des paysages ouverts grâce à leur conversion en pâturage (Beresford et St Joseph 1979), dans d’autres régions, bien des sites qui ont été soumis à une reconquête forestière échappent encore à leur documentation.

4Justement, parce qu’une prospection terrestre d’un important parcellaire à champs bombés conservés sous forêt près de Rastatt (D) n’avait pu fournir que des indications fragmentaires (Hauger et al. 2000), il a été décidé de tester les possibilités offertes par la technique du laser aéroporté pour affiner cette documentation.

2. La documentation des champs bombés comme éléments du patrimoine paysager

2.1. Les microreliefs des champs bombés

5Les champs bombés émanent de pratiques culturales anciennes qui n’ont plus cours actuellement. Ils se traduisent par un agencement géométrique avec successions de crêtes et de creux formant des ondulations rythmées associées à des techniques de labours dont bien des aspects échappent encore aux historiens. Contrairement aux billons ou sillons beaucoup plus étroits, il est généralement admis que les champs bombés ont une largeur minimum de 3 m pour un dénivelé d’au moins 30 cm (Ewald 1969). Diverses polémiques concernant leur datation et leur déterminisme ont émaillé les travaux qui leur étaient consacrés, notamment dans les pays anglo-saxons. La plupart des observations concordent à prouver leur association à des paysages d’openfields, ce qui peut aussi expliquer leur répartition en France où la plupart des vestiges semblent concentrés dans le quart Nord-Est du pays. Les principaux travaux qui leurs sont consacrés concernent d’ailleurs l’Alsace et la Lorraine où ces modelés étaient très répandus (Schwerz 1816, Ewald 1969, Peltre 1974, Callot 1980), contrairement à l’Ouest et au Sud du pays qui semblent en avoir été dépourvus.

6La zone concernée par le présent travail se situe dans la plaine du Rhin, en Pays de Bade, au Sud de Rastatt. Elle occupe une ancienne terrasse qualifiée de Stollhofener Platte et dont le rebord domine à l’Ouest le lit majeur du Rhin. Cette partie exhaussée s’étend sur environ 15 km de longueur et une largeur de 2 à 3 km. Vers l’Est, elle est délimitée par la zone déprimée et marécageuse de la Kinzig Murg Rinne. Ses substrats à cailloutis fluvioglaciaires et l’absence de contact direct avec la nappe phréatique (profondeur du toit de la nappe d’environ 4 à 5 m) confèrent à ce site une certaine aridité et pauvreté, avec une faible capacité au champ. Hormis les abords immédiats des villages de Hügelsheim et Iffezheim encore voués à l’agriculture, ce site est essentiellement boisé, avec des peuplements mixtes dominés par des pins, des épicéas et des hêtres. Des recherches historiques encore préliminaires suggèrent que ce site a été mis en culture vers 1200-1300 avant de laisser place à des friches au lendemain de la guerre de Trente Ans, le retour spontané de la forêt contribuant à la fossilisation de son modelé.

2.2. Le laser aéroporté comme nouvel instrument altimétrique de télédétection

2.2.1. Principe du laser aéroporté

7Pour affiner cette cartographie et dans le but d’une représentation en trois dimensions, il a été fait appel à la technique du laser scanning (Sittler 2004). Cette nouvelle approche de télédétection aussi qualifiée de LIDAR (acronyme de Light Detection And Ranging), a été adoptée ici dans le cadre d’une étude pilote. Cette technique d’observation active consiste à envoyer depuis un avion équipé d’un télémètre laser couplé à un système de positionnement GPS un faisceau laser émis à très haute fréquence sur la surface à relever, puis à analyser et exploiter le retour de l’onde par mesure des temps de vol. On obtient ainsi des nuages de points 3D qui permettent de générer des maillages surfaciques des objets numérisés.

8Cette technique permet aussi de restituer le relief sous le couvert forestier et d’en appréhender ainsi les structures qui y sont dissimulées, car les rayons laser peuvent également pénétrer la végétation et réfléchir un ou plusieurs échos. Si le premier écho représente généralement la canopée, le dernier correspond souvent au sol (Fig. 1). Ce sont les coordonnées en 3D de ces derniers qui livrent les données requises pour le calcul du modèle numérique de terrain en faisant ainsi abstraction du couvert végétal.

9Le choix de la densité de points laser sera donc déterminant pour la qualité et la précision des modèles numériques de terrain. À cet effet, des survols en hiver sont à privilégier, notamment dans le cas de peuplements de feuillus. Si pour ces derniers les coefficients de pénétration peuvent être supérieurs à 60 %, ces chiffres tombent sous 40 % pour des conifères et même sous 20 % dans le cas de fourrés denses de régénération. En conséquence, pour obtenir une même qualité des modèles numériques de terrain il importerait d’opter pour une densité d’autant plus grande, avec évidemment la contrainte d’avoir à traiter et filtrer des volumes de données générées d’autant plus importants. Outre la densité de points au sol retenue, la précision altimétrique dépendra aussi de la qualité des post-traitements.

2.2.2. Les missions laser du Service du Cadastre du Land Bade Wurtemberg

10Pour les besoins de la présente étude, les données étaient gracieusement fournies par les services du cadastre du Bade Wurtemberg qui ont opté pour cette technique dans le cadre de la mise à jour du modèle numérique de terrain de ce Land. Pour ces missions, il avait été retenu un espacement des points d’acquisition (le pas de mesure) de 1,5 m. Les principaux paramètres adoptés pour ces missions étaient les suivants (Tab. 1). Le traitement et filtrage des données ont été exécutés par les services du cadastre :

Fig. 1. Principe du laser aéroporté (d’après Hyyppä et al. 2001)

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3. Résultats préliminaires

3.1. Visualisation du parcellaire

11Un exemple de restitution de la microtopographie dissimulé par le couvert et rendant parfaitement compte de la succession de crêtes et de creux ou la géomorphologie interdit d’y voir des origines naturelles est offert par la figure 2.

Tab. 1 : Paramètres choisis pour les missions de laser aéroporté assurées par Topscan

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12Mais beaucoup plus révélatrice est la mise en parallèle des rendus en 3D d’une zone plus vaste d’environ 1 km de côté. Alors que l’image obtenue à partir des premiers échos et correspondant à la surface de la canopée ne laisse entrevoir aucune structure dissimulée sous le couvert (Fig. 3a), on ne peut être que séduit par le rendu des derniers échos et qui évoque une photo en 3D faisant totalement abstraction de tout le couvert.

Fig. 2. Image à relief ombré d’un extrait du site. À noter la différence entre les parcelles ondulées et le profil plus prononcé d’un ancien fossé coupant ce quartier de champs bombés

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Fig. 3a. Extrait du site dérivé des premiers échos laser (canopée)

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Fig. 3b. Parcellaire de champs bombés révélés par le modèle numérique de terrain réalisé à partir des derniers échos laser (points au sol)

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3.2. Caractéristiques métrologiques des champs bombés

13Des données préliminaires acquises grâce à l’application d’un système d’information géographique ne sont à présent disponibles que pour une partie du site et n’ont pas encore fait l’objet d’une analyse approfondie. On notera ici que les largeurs des champs oscillent entre 7 et 20 m, la majorité affichant des espacements de 10 à 15 m, pour des longueurs très variables dépassant souvent 200 m. Quant aux dénivelés entre les creux et les crêtes, ils peuvent localement atteindre jusqu’à 80 cm, la moyenne étant cependant de l’ordre de 40 à 50 cm (Fig. 4.).

3.3 Nouveaux apports de ces données à l’interprétation du site

14Pour l’historien du paysage, l’examen détaillé de cette trame visualisée grâce au rendu en trois dimensions recèle bien des informations permettant de mieux saisir les relations existant entre les différents éléments de ce paysage fossile. À cet effet, il est intéressant de confronter la géométrie du parcellaire avec d’autres éléments structurants du milieu tels les voies d’accès et le réseau hydrographique. Comme le site est traversé par une ancienne voie romaine, il convient de relever que celle-ci constitue effectivement une limite pour les champs (qui ne sont donc pas coupés par cette voie). En revanche, des fossés tels le Hardtgraben datés du XVe s. d’après des documents d’archives viennent couper les champs, suggérant que la mise en place de ces derniers ne peut être qu’antérieure à cette date. Dans un même contexte, alors que des documents écrits retraçant l’histoire des rivières font défaut, on notera également que le Sandbach, cours d’eau visible sur la droite de l’image (Fig. 3b) ne peut être que d’origine anthropique, car coupant un complexe de champs bombés disposés en éventail. Mais bien d’autres éléments sont dévoilés par cette approche, tels des tertres de terres ou encore des cratères de bombes datant de la dernière guerre.

Fig. 4. Exemple de profil en travers révélant le microrelief ondulé de ce parcellaire fossile (avec échelle des hauteurs exagérée)

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5. Discussion et conclusion

15La comparaison de l’approche initiale de ce site à champs bombés par prospection terrestre (Hauger et al. 2001) avec les données révélées par l’application de la technique du laser aéroporté souligne les possibilités de ces nouveaux apports en matière de détection et de documentation au service de l’archéologie du paysage. Le degré de précision altimétrique proche du décimètre (Hyyppä et al., 2001) et la capacité à visualiser les structures du paysages à grande échelle dans leur contexte topographique sont autant d’autres atouts pour la lecture de l’histoire de nos paysages, surtout lorsque ces données peuvent venir en complément aux observations fournies par d’autres techniques de prospections archéologiques. Vu son application encore très récente dans le domaine de l’archéologie, cette technique est loin d’avoir livré toutes ses possibilités. Son utilisation dans d’autres situations, avec des densités de points encore plus grandes ainsi que les nouveaux développements telles l’acquisition des données en onde complète ou l’exploitation des données d’intensité des échos laser permettant d’appréhender les différences d’humidité du sol promet encore des résultats beaucoup plus spectaculaires. Divers projets en cours de réalisation en Lorraine (site gallo romain en Forêt de Haye) ainsi qu’en Alsace (plusieurs sites à contextes paysagers et archéologiques variés) promettent d’ailleurs de livrer de nouveaux acquis sur la portée de cette technique au service de l’étude de paysages anciens. Si les coûts en limitent encore son application, il peut s’avérer judicieux d’associer à de telles initiatives d’autres utilisateurs potentiels des données altimétriques, tels les hydrologues, les forestiers ou encore les services de l’aménagement du territoire.

Bibliographie

Bibliographie

Beresford M. et Saint Joseph J., 1979. Medieval England - an aerial survey. 2nd edition. Cambridge University Press.

Callot H.-J., 1980. La plaine d’Alsace. Modelé agraire et parcellaire. Thèse. Université Nancy II. 338 p.

Ewald K.C., 1969. Agrarmorphologische Untersuchungen im Sundgau (Oberelsaß) unter besonderer Berücksichtigung der Wölbäcker. 178 p. (Tätigkeitsbericht der Naturforschenden Gesellschaft Baselland, XXVII).

Hauger K., Riedinger R., Sittler B., 2000. Wölbäcker bei Rastatt - eine Dokumentation zur Analyse und Erhaltung überkommener Altackerkomplexe. Kulturlandschaft - Zeitschrift für Angewandte Historische Geographie. Jg. 10 (2) p. 113-118.

Hauger K., Riedinger R., Sittler B., 2001. Wölbäcker im Landkreis Rastatt – Auf den Spuren mittelalterlicher Ackerfluren. Heimatbuch des Landkreises Rastatt. p. 163-172.

Hyyppä J., Pyysalo U., Hyyppä H., Samberg A., 2001. Elevation accuracy of laser scanning-derived digital terrain and target models in forest environment. 20th EARSel Symposium and Workshops, Dresden, Germany, 14-17 June 2000.

Peltre J. 1974. Recherches métrologiques sur les finages lorrains. Thèse. Université de Paris IV. 590 p.

Schwerz J.N., 1816. Beschreiburg der Landwirtschaft im Niederelsaß. 450 p.

Sittler B. 2004. Revealing historical landscapes by using airborne laser scanning. A 3-D model of ridge and furrow in Forests near Rastatt (Germany) In : Thies M., Koch B., Spiecker H., Weinacker H. (eds.). Proceedings of Natscan, Laser-Scanners for Forest and Landscape Assessment, p. 258-261. (Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Volume XXXVI Part 8/W2).


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