Une fouille archéologique ressemble un peu à la dégustation d’un gâteau à étages : une fois que l’on a retiré une couche, impossible de la remettre en place. Le problème devient encore plus épineux lorsque deux couches se ressemblent presque exactement.
Des chercheurs de l’Université d’Aarhus et du musée Moesgaard, au Danemark, ont désormais mis au point un système d’imagerie multispectrale relativement peu coûteux, qui offre aux archéologues davantage de moyens d’examiner le sol avant d’y creuser.
Au lieu d’éclairer une fouille avec une lumière blanche ordinaire, le prototype utilise des LED à 16 longueurs d’onde différentes, allant du proche ultraviolet à l’infrarouge proche, en passant par la lumière visible.
Les différents matériaux absorbent et réfléchissent ces longueurs d’onde de manière différente. Deux dépôts qui apparaissent à l’œil humain comme des sols bruns ou noirs assez semblables peuvent se révéler très différents lorsqu’on les observe dans une autre partie du spectre électromagnétique.
« Nous voulions rendre les choses plus rapides, plus claires et meilleures sur le terrain – et à un coût qui a du sens pour l’archéologie. L’un des moyens d’y parvenir est tout simplement de repenser l’éclairage », explique Søren Munch Kristiansen, professeur associé au département de géosciences de l’Université d’Aarhus.
L’étude est publiée dans le Journal of Archaeological Science.
Un test difficile à Sorte Muld
Les chercheurs ont testé le premier prototype à Sorte Muld, sur l’île danoise de Bornholm.
Sorte Muld – littéralement « Sol Noir » – est un site de l’âge du Fer particulièrement riche, avec plus d’un mètre de dépôts culturels sombres formés par des siècles d’activité humaine.
Pour l’archéologie, cette richesse s’accompagne d’un problème. Nombre de couches sont fines, irrégulières et très semblables en couleur, ce qui rend difficile la détermination de l’endroit exact où un dépôt s’achève et où commence le suivant.
Le système d’imagerie multispectrale par LED, ou LEDMSI, a photographié une même section à plusieurs reprises, tout en l’éclairant successivement avec les 16 longueurs d’onde.
Les images obtenues ont ensuite été analysées à l’aide de méthodes statistiques combinant les informations spectrales et accentuant les différences entre les matériaux.
Et des différences sont apparues, qu’il était difficile de distinguer sur des photographies couleur ordinaires.
« Les images paraissaient presque psychédéliques au moment où nous les prenions, et nous n’avons réellement vu ce que nous avions qu’en les analysant à l’ordinateur », raconte Søren Munch Kristiansen. « Nous pouvions alors distinguer de nouvelles couches et des variations dans le remplissage que nous ne pouvions tout simplement pas percevoir à l’œil nu. »
L’une des particularités révélées par l’analyse pourrait correspondre à une ancienne surface de sol, donc à une interruption d’activité sur le site. Les chercheurs soulignent que cette interprétation reste à confirmer, mais elle illustre ce que le système sait faire : orienter l’archéologue vers des différences qui passeraient sinon inaperçues.
Cela a son importance, car le sol archéologique ressemble rarement à une pile de crêpes bien ordonnée. Les hommes creusent des trous, les rebouchent, déplacent la terre et construisent par-dessus des occupations plus anciennes. Deux objets découverts dans des couches apparemment distinctes peuvent donc être contemporains, tandis que des dépôts voisins peuvent témoigner d’événements très différents.
Voir ces différences plus clairement peut améliorer à la fois la documentation et les décisions concernant les endroits où prélever des échantillons en vue de datations et d’autres analyses.
Les os s’illuminent
L’expérience a révélé une autre astuce bien utile.
Éclairés en lumière ultraviolette, de petits fragments d’os ont fluorescé et sont devenus plus faciles à distinguer du sol environnant.
Normalement, la photographie par fluorescence exige des filtres optiques pour séparer la fluorescence de la lumière réfléchie. Les chercheurs ont montré que des informations utiles pouvaient aussi être extraites sans ce filtrage, ce qui simplifie l’équipement nécessaire sur le terrain.
Cela pourrait finalement aider les archéologues à repérer du matériel digne d’intérêt à échantillonner pour des analyses scientifiques. Des recherches antérieures ont établi un lien entre la fluorescence des os archéologiques et la préservation du collagène, elle-même pertinente au moment de sélectionner du matériel pour les analyses d’ADN ancien et de protéines.
La présente étude ne démontre pas que le LEDMSI peut sélectionner automatiquement les meilleurs échantillons d’ADN. Mais elle montre que le matériel fluorescent peut être détecté rapidement et avec un équipement relativement simple.
Le prototype est en outre bien moins cher que les systèmes d’imagerie hyperspectrale utilisés jusqu’ici à des fins archéologiques similaires – environ vingt fois moins cher, selon les chercheurs.
De Bornholm aux tombes de l’époque viking
Le système a déjà évolué par rapport à la version testée à Sorte Muld.
Un prototype de deuxième génération, doté d’un meilleur appareil photo et de deux blocs LED, a récemment été testé à Fredbjerg, dans le nord du Jutland, au Danemark, où des archéologues fouillent une nécropole datant de la fin de l’époque viking et du début de la période chrétienne.
La conservation y est médiocre. Dans certaines tombes, il subsiste très peu de matériel osseux, et les corps se manifestent surtout sous la forme de faibles ombres dans le sol.
« Nous essayons de déterminer si les tombes recèlent des informations qui n’apparaissent pas autrement », précise David Stott, archéologue au musée Moesgaard et l’un des développeurs du système LEDMSI.
Lors des fouilles de Fredbjerg, les chercheurs ont utilisé les données multispectrales pour les aider à décider où prélever des échantillons destinés à des analyses complémentaires.
La nouvelle version peut acquérir sa série d’images en une trentaine de secondes, contre environ cinq minutes au maximum pour le premier prototype. Les chercheurs s’emploient désormais à traiter les résultats sur place, quasiment en temps réel, sur un ordinateur – et à terme sur un téléphone ou un autre appareil de terrain.
Prochaine étape : l’apprentissage automatique
Un autre objectif est d’ajouter un logiciel d’apprentissage automatique capable d’apprendre les signatures spectrales des différents matériaux et d’aider les archéologues à identifier ce qu’ils ont sous les yeux.
« La partie difficile, c’est d’apprendre à un algorithme à reconnaître ce qui est quoi. Pour l’instant, l’archéologue et moi, en tant que géologue, nous n’avons pour ainsi dire que deux réglages : lunettes mises ou lunettes retirées. Cela nous offre bien davantage de façons de voir », détaille Søren Munch Kristiansen.
Il ne s’attend pas à ce que les algorithmes remplacent l’œil exercé de l’archéologue. L’ambition est d’apporter un soutien à cet œil. « J’espère que, dans dix ans, apporter un tel système sur une fouille sera aussi banal que d’apporter un appareil photo numérique », ajoute Søren Munch Kristiansen.
Article : Seeing the past in a new light: LED multi-spectral imaging as an interpretative aid for archaeological excavation – Journal : Journal of Archaeological Science – DOI : Lien vers l’étude
Source : Aarhus U.
