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Analyse de la répartition spatiale des vestiges archéologiques sous ArcGIS : étude de cas : la grotte du Lazaret Session ArchéologieMondher firstname.lastname@example.org firstname.lastname@example.org du CNRS,Université de NiceSJA3, 24 av. des Diables Bleus06357 Nice, France Mots clés, Logiciels Esri utilisés, Public visé, résumé : Logiciels utilisés : ArcGISMots clés : unité archéostratigraphique, répartition spatiale, densité du noyau (Kernel Density Estimation "KDE"), classification hiérarchisée de la densité, mode d’occupation de l’espaceRésumé : La grotte du Lazaret a livré jusqu’à aujourd’hui 26 unités archéostratigraphiques. Ces unités contiennent de nombreuses industries lithiques, plusieurs restes d’anténéandertaliens et de très nombreux restes de petites et grandes faunes. L’étude et l’association de ces différents objets archéologiques permettent d’appréhender le comportement et le mode de vie des groupes préhistoriques du Lazaret. La répartition spatiale des artefacts abandonnés par ces groupes sur le sol de la grotte est un élément participant avec d’autres à l’étude de ce sujet. Parmi les méthodes utilisées pour l’analyse spatiale de l’activité liée aux objets archéologiques dans les sites, nous citons la méthode de densité. La densité des objets trouvés sur la surface de ces sites est souvent analysée selon l’unité d’installation du chantier de fouilles qui est le carroyage. Nous étudions donc les vestiges conformément aux unités spatiales installées sur le site qui sont les carrés de fouilles. La densité des objets archéologiques dans ces sites se calcule en comptant le nombre brut d’artefacts pour chaque carré de fouilles.Ce type de représentation cartographique se confronte au problème du découpage spatial (carroyage). Le système de carroyage crée des ruptures artificielles entre les carrés ce qui présente le plan cartographique en mosaïque pour une réalité archéologique qui est bien souvent continue. Afin d’éviter les ruptures de densité entre carrés et de contourner cette difficulté méthodologique, nous avons appliqué la méthode de densité du noyau (Kernel Density Estimation "KDE") dans ArcGIS pour représenter la densité des artefacts du niveau archéologique 26 de la grotte.Cette méthode aboutit à une lecture plus proche de la réalité archéologique. Elle nous a permis d’hiérarchiser l’occupation de l’espace selon des classes de densité. Cette classification hiérarchisée de la densité nous a permis d’analyser le comportement technique des hommes vis-à-vis des différentes roches qu’ils ont extraites et le mode d’occupation de l’espace du site par ces groupes préhistoriques.INTRODUCTIONLa grotte du Lazaret se trouve au sud est de la France, dans la région des Alpes-Maritimes. Elle se situe dans la ville de Nice, sur les pentes occidentales de la colline du Mont Boron, à environ 100 m. de la Mer Méditerranéenne Localisation de la grotte du Lazaret Le site a été signalé, pour la première fois, au début du 19 siècle par des voyageurs et des naturalistes niçois. Plusieurs sondages, effectués au début du 20siècle dans la grotte, ont encouragé plusieurs amateurs et chercheurs à installer des chantiers de fouilles dans plusieurs zones dont le plus célèbre se trouve dans la partie latérale gauche de la grotte appelé Locus VIII. Dans cette partie ont été trouvés des niveaux à industrie acheuléenne et un pariétal droit d’un enfant de neuf ans. En 1960, un puits fut retrouvé dans la grotte par Henry de Lumley. Ce puits a été signalé en 1878-1879 par Emile Rivière et aurait été creusé en 1863. L’exploration de ce puits a permis d’étudier la stratigraphie complète des dépôts de la grotte. La base du remplissage sédimentaire est constituée de dépôts marins correspondant à deux phases marines : - le niveau inférieur (plage A), attribué au stade isotopique 9 (Lumley et al., 2004),- le niveau supérieur (plage B), riche en coraux et en mollusques marins, daté d’environ 230 ka (Bahain, 1993 ; Michel & Yokoyama, 2001) et correspondant au stade isotopique 7.Ces dépôts marins sont surmontés d’un remplissage continental (complexe C) d’une épaisseur de 6m. Le complexe C est subdivisé à son tour en trois ensembles stratigraphiques, CI (à la base), CII et CIII(au sommet) correspondant à trois cycles sédimentaires, compris entre 220 000 et 130 000 BP (Michel 1995, Michel et al, 2009) Stratigraphie de la grotte (coupe du puits) Ce complexe C comporte une succession d’unités archéostratigraphiques riches en vestiges archéologiques. Les fouilles systématiques entreprises par Henry et Marie-Antoinette de Lumley en 1967 ont dévoilé jusqu’à ce jours 26 niveaux d’occupations. Le niveau d’occupation 26 appelé aussi Unité Archéostratigraphique 26 ou encore "UA26", objet de notre étude, a livré un intéressant mobilier lithique appartenant à un faciès du Paléolithique Moyen. La richesse de cette unité archéologique en nombre d’artefacts sur une surface très limitée (97 m².) traduit une forte occupation de l’espace. Cette richesse reflète également une variété de comportement technique basé sur différents types de roches. Au cours de cette étude, nous essayerons donc de mettre en évidence la structuration spatiale de ce mobilier tout en croisant les activités techniques réalisées avec le mode d’occupation de l’habitat par les groupes préhistoriques. METHODOLOGIEA partir des « nuages de points » (Figure.3) représentant la répartition de tous les artefacts retrouvés sur le sol, nous avons réalisé une carte de densité par carré de fouilles Répartition des artefacts sur le sol de l’UA 26 de la grotte du LazaretDensité par carré des artefactsCette méthode classique utilisée jusqu’à nos jours sur les sites préhistoriques a pour objectif de dégager les zones de plus forte concentration. Ce type de plan offre un résultat mais reste contraint par le découpage artificiel du sol préhistorique et donne l’impression d’une surface en mosaïque. Afin de présenter une cartographie plus proche de la réalité archéologique et de permettre de comprendre la manière dont a été occupé l’espace, nous avons appliqué la méthode de densité du noyau (Kernel Density Estimation "KDE"). En statistique, la densité du noyau ou "kernel" est une méthode non-paramétrique d’estimation de la densité d’une variable aléatoire. Elle se base sur un échantillon d’une population statistique et permet d’estimer la densité en tout point du support. Le fonctionnement de cette méthode s’applique de la façon suivante.Si x1, x2, ..., xn ~ f est un échantillon d’une variable aléatoire, alors l’estimateur non paramétrique par la méthode de densité du noyau est où K est un noyau (kernel) et h un paramètre nommé fenêtre qui contrôle le degré de lissage de l’estimation. L’intérêt de cette méthode est qu’elle effectue un lissage des données (nettoyage de la mosaïque) pour les représenter sous la forme d’un plan continu. Ainsi, cette méthode offre une lecture de la distribution totale des vestiges sur la surface d’étude en reproduisant fortement la réalité archéologique. Une grille, modélisée dans ArcGIS®, est représentée par des carrés appelés « mailles ». La variable "objet" de chaque carré est répartie après lissage dans chaque maille de la grille par l’application d’une fonction de répartition de type « Kernel Density ». La valeur lissée sur une maille correspond à la somme des contributions pondérées par la distance reçue de chaque maille. Cela consiste à placer une fonction symétrique sur chaque centre de carré puis à faire la somme de toutes ces fonctions de chaque maille.Le lissage de la distribution est lié au choix d’échelle, du rayon de recherche et de l’unité de mesure sur la surface d’étude. Le choix d’échelle et le rayon de recherche sont considérés par défaut pour chaque application. L’unité de mesure est choisie selon l’unité de projection (cm, m,…). La méthode de densité du noyau part du principe que, la densité d’un carré est indissociable de celle de ses voisins. L’algorithme effectue un lissage des données (« nettoyage » de la mosaïque). Ainsi, un carré, entouré de carrés de fortes densités, verra sa densité renforcée par ce calcul. A l’inverse, une zone isolée à forte densité ne sera maintenue que si cette densité est égale ou beaucoup plus importante que celle de ses voisins. Ce calcul permet ainsi de faire apparaître des continuités de tendance dans l’espace (Figure.5).Densité du noyau (KDE) des artéfacts de l’UA 26 de la grotte du Lazaret Le premier résultat de la densité du noyau est ensuite suivi par une application de standardisation. L’application synthétise l’information et le normalise. Cette méthode met en évidence une typologie d’individus afin qu’un maximum d’information soit conservé pour donner une vision optimale de la concentration. Par cette application, la densité se standardise entre une valeur minimum 0 et maximum 1. Par cette fonction, les zones de densités deviennent plus marquées et créent une sorte d’hiérarchie plus claire entre elles (Figure.6). Standardisation de la densité du noyau Pour mieux caractériser les différents secteurs de concentrations, nous avons appliqué une classification de l’espace basée sur le résultat de densité (KDE). Chaque classe a sa propre table d’attributs rassemblant toutes ses caractéristiques en nombre d’objets, en surface par m²…etc. (Figure.7)Classification hiérarchique de l’espace et mode d’occupation du sol d’habitat de l’UA 26 de la grotte du LazaretEn réalité, cette classification résulte d’une répartition globale des artefacts retrouvés sur l’habitat et ne reflète pas la répartition spatiale des différentes activités technologiques de notre unité archéostratigraphique.Pour cette raison, nous avons réalisé le « Kernel Density » selon les activités technologiques réalisées dans la grotte[1] : le débitage, le façonnage et l’outillage. Le débitage se concentre dans la grotte du Lazaret dans trois endroits différents : à l’entrée (A), sous le diverticule (B) et au fond de la grotte (C) (Figure.8) [1]- le débitage est l’ensemble des opérations de tailles qui ont pour objectif la production des éclats au dépend d’un bloc de matière appelé nucléus,- le façonnage est l’aménagement d’un galet ou bloc afin de sculpter progressivement un outil (biface, hachereau, etc.)- l’outillage est représenté par des racloirs, pointes et lames fabriqués sur éclats et qui ont tous un rapport avec une activité de boucherie ou autres. Les retouchoirs sont associé dans cette analyse à l’outillage puisqu’ils sont considérés comme des instruments pour l’abrasion et l’entretient des outils.Classification de la répartition de débitage Ces trois aires spatiales conservent la plus forte densité de l’activité. Ce sont en effet les noyaux de la concentration de cette activité et par conséquent des postes où les hommes préhistoriques ont réalisé le débitage. L’étude des composantes en objets et des caractéristiques de ces trois aires de concentration ont confirmé cette approche. En effet, La présence des nucléus dans les trois postes, témoignage de la réalisation de cette activité, et de toute la chaîne opératoire de débitage valident cette constatation. Contrairement au débitage, le façonnage est répartit dans plusieurs endroits de l’espace. Les noyaux de cette activité sont localisés dans plusieurs endroits de la grotte (A, B, C, D, E) (Figure.9)Classification de la répartition de façonnage Ces noyaux indiquant la réalisation de cette activité ne correspondent pas spatialement à la totalité des aires de débitage. En effet, à l’exception de la zone D qui coïncide avec la zone C de débitage, tous les endroits de façonnage se trouvent généralement dans le centre (B, C) et au fond de la grotte (E). L’outillage élaboré essentiellement sur des éclats venants d’une activité de débitage est composé dans sa majorité de racloirs. Les endroits de concentration des outils de l’UA 26 se répartissent dans des secteurs localisés et spatialement différents par rapport aux différentes activités. En effet, deux concentrations d’outillages apparaissent au fond (B, C) avec deux forts noyaux de densité et deux autres concentrations au centre de la cavité (A, D) avec des noyaux de densité moyenne. (Figure.10). Classification de la répartition de l’outillage L’étude typo-technologique du mobilier lithique de l’unité archéostratigraphique UA 26 de la grotte du Lazaret a donc révélé la présence de trois activités technologiques. Ces différentes activités traduisent différentes traditions et comportements techniques. Du point de vue spatial, ces différentes activités ne se répartissent pas de la même façon ce qui traduit également une séparation spatiale entre les différentes productions : Un débitage exercé dans trois endroits de la grotte (A, B, C).Un façonnage réalisé essentiellement au centre (B, C) et au fond de la grotte (D).Un outillage réparti essentiellement vers le fond de la grotte (B, C). Ces trois modèles sont certainement liés au projet et à la stratégie de campement des groupes préhistoriques dans la grotte du Lazaret. En effet, à l’entrée de cette grotte les occupants ont réalisé essentiellement la préparation et le débitage de ces matériaux. Au centre, ils ont réalisé l’activité de façonnage basée sur la production des bifaces et des gros outillages. Au fond de la grotte, ces hommes préhistoriques ont probablement utilisé l’outillage qu’ils ont préparé. Cette utilisation est liée vraisemblablement au traitement des carcasses animales et à la consommation de la viande étant donné que ce secteur de la grotte est riche en déchets fauniques. CONCLUSION L’application de la méthode de densité du noyau (Kernel Density Estimation "KDE") permet de contourner les problèmes posés par le choix de l’unité spatiale de fouilles. Cette unité est utilisée aussi par les préhistoriens comme échelon géographique d’analyse. Les densités du noyau ne présentent pas de variations locales brusques en comparaison à des densités brutes par carré. Ainsi, les cartes de « Kernel Density » ne ressemblent plus à une mosaïque ou « patchwork » et deviennent par conséquent mieux lisibles. En outre, cette approche peut aider à analyser l’espace d’occupation d’une façon plus approfondie. En effet, la classification hiérarchisée de la densité et de l’espace a abouti à une étude détaillée de la composition de chaque classe de densité dans un espace déterminé. Cette démarche nous a permis ensuite de dégager les différentes activités entretenues sur le site et les caractéristiques spatiales de chacune. Bien que cette méthode technique de densité spatiale employée ici apparaisse mieux adaptée à l’analyse de la distribution des vestiges archéologiques sur un espace très limité, il convient néanmoins d’être prudent quant à l’interprétation des résultats : - il faut tenir compte de la matière d’étude. La densité de l’ensemble des objets archéologiques n’est pas du tout la densité des activités entretenues dans le site.Donc, cette méthode est une étape pour mettre en évidence la structuration générale de l’occupation d’un site mais elle doit être succédée par des analyses détaillées pour mettre en évidence des aires d’activités. - le choix de l’échelle et du rayon de lissage sont deux éléments qui modifient fortement le résultat. Le choix de ces deux principes de calcul pour cette méthode provoque souvent des débats sur le caractère subjectif des paramètres choisis. REMERCIEMENTS Nous remercions le Professeur Henry de Lumley de nous avoir confié l’étude du mobilier lithique de l’UA 26 et tous les chercheurs du Laboratoire de Préhistoire du Lazaret. BIBLIOGRAPHIE ALPERSON-AFIL N. (2007). Ancient Flames: Controlled Use of Fire at the Acheulian site of Gesher Benot Ya"aqov"Israel, Thesis of Doctor of Philosophy, Hebrew University, 230 p.BAHAIN J.- J., (1993),Datation par résonance de spin électronique (ESR) de carbonates et d’émail dentaire quaternaires : potentiel et problèmes. Thèse de doctorat, Muséum national d’histoire naturelle, Paris, 114 p.BOËDA E., GENESTE J.-M., MEIGNEN L. (1990). Identification de chaînes opératoires lithiques du paléolithique ancien et moyen. Paléo- N° 2- Décembre 1990, p. 43-80DI SALVO M., GADAIS M., ROCHE-WOILLEZ G. (2005). 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