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Cette contribution a pour objet de retranscrire l’histoire du site paléolithique de La Balutie (Montignac-Lascaux, Dordogne, France). L’histoire de ce site très tôt oublié, n’est ni sensationnelle, ni exceptionnelle, mais s’avère retranscrire l’atmosphère caractérisant les débuts des explorations des gisements préhistoriques de Dordogne. On y retrouve de grands noms de la Préhistoire de Dordogne qui n’ont légué que peu d’écrits sur le site, du mobilier trié (surtout lithique) du Paléolithique moyen et supérieur qui a alimenté de nombreuses collections privées avant d’être dispersé au sein de diverses institutions, et un contexte local compliqué et agrémenté de conflits. Notre connaissance de La Balutie, ponctuée de nombreuses lacunes tant temporelles que factuelles, est à l’image de nombreux autres sites régionaux, qui ont été fouillés très (trop) tôt et qui pour autant ont participé à l’essor des recherches préhistoriques. Over the course of 150 years of prehistoric research in the Périgord, numerous fossil-bearing deposits were excavated with the goal of recovering artifacts and human remains, identifying archaeological cultures and their succession, or characterizing the lifeways of prehistoric societies and their evolution. Since this research began, scientific approaches and excavation methods have continuously evolved, which has led to sites being regularly re-excavated and to the reevaluation of previously excavated assemblages in light of new developments in the field. While over the years some sites have become reference sites, others were partially or even completely destroyed, emptied, or at times simply forgotten due to a lack of interest – either real, or due to the history of science and its actors.The site of La Balutie is one of these sites that has been partially forgotten over time. Located on the hill of Lascaux on the left bank of the Vézère River, southeast of the village of Montignac-Lascaux, the site lies about 500 m south of Lascaux and Regourdou. First described by Alain Reverdit (1873, 1878) just a few years after Lartet and Christy’s explorations in the Périgord, La Balutie comprises a cave, a rocky ledge, and two rock shelters spread along a roughly 100 to 150 meters long and 5 to 6 meters high limestone outcrop. Reverdit’s observations, by far the most complete to date, describe a complex site with lithic industries attributable to the Magdalenian (which is equivalent to today’s Aurignacian), Solutrean, and Mousterian. These lithic industries were not found in association with each other, nor were they superimposed; rather, each was found in a different locus of the site. La Balutie is mentioned in a variety of sources and prehistoric studies from the end of the 19th and the first half of the 20th centuries, alongside sites that are today considered reference sites. With the aid of Michel Hardy, Reverdit brought to light an important collection of material, primarily lithics, which was subsequently dispersed among some 20 institutions in France and abroad. This scattering of archaeological objects from La Balutie perfectly illustrates the manner in which prehistoric material circulated from the end of the 19th to the middle of the 20th century. This circulation happened soon after the excavations and was probably intensified due to the numerous contacts Hardy had at the time. It also reflects the importance given to personal collections during this period and the multiple ways of acquiring them, including commercial transactions by antiquarians, donations, exchanges of material, or simply sold for financial gain. The collections from La Balutie underscore the interest of Reverdit and other prehistorians of the time had in the Upper Paleolithic lithic materials from the site, including a variety of “beautiful pieces.” However, these pieces are now of only limited interest, as they lack both contextual information and a precise provenience.La Balutie therefore appeared to be relatively famous and frequently visited during the end of the 19th and first quarter of the 20th centuries. Among the visitors during this period was Marcel Castanet, an excavator of Louis Didon, who visited the site on his behalf. Castanet convinced Didon to lease the Blanchard site from his neighbor in 1910, beating out Jean Leyssales, who was also interested in the site on behalf of Otto Hauser. Multiple exchanges between Castanet and Didon show that Castanet considered La Balutie promising, eventually “scratching its surface” to better evaluate its potential. Nonetheless, in this particular prehistoric field war, Castanet and Didon were in the end beaten out by Hauser and Leyssales, who leased the site in 1910.Questions remain as to whether Hauser ever excavated at La Balutie. In 1911, he lists it as one of his sites, mentioning that it had not yet been excavated. Little information from La Balutie is known between this time and his hasty departure from France at the beginning for the First World War, after which both his possessions and land were sequestered. Material from the sites of « la Balutie » and “la Balucie” is mentioned as having been seized from Hauser and Leyssales by the French state in 1921, which could correspond to the objects curated in the Capitan collection of the National Museum of Archaeology in Saint-Germain-en-Laye. These objects bear labels with the inscription “Baloutie,” the spelling primarily used by Parrot and Hauser. If the question of whether Hauser and Leyssales excavated at La Balutie seems anecdotal, it nevertheless had a non-negligible impact on the subsequent history of the site. In 1925, Franck Delage investigated the area of La Balutie that had not been leased by Hauser, the cave, which gave rise to his 1939 paper describing a cave in which nothing was preserved. However, he was unable to continue his work at the other areas of the site, due to Hauser and Leyssales’ lease. There is no evidence of any new work at the site in the year after the start of the excavations, demonstrating no new excavations were permitted. In addition, the new property owner wanted to use the land as he see saw fit and likely refused to allow any other archaeological excavations, despite Denis Peyrony’s attempt to convince him otherwise.While the last known “official” excavations at La Balutie occurred in 1925, the site continued to be visited and even explored. These new visits were in part tied to the discovery of two additional sites on the hill, Lascaux Cave and Regourdou. Abbé Glory worked at Lascaux between 1952 and 1963 and lived for some time at Regourdou, where he advised Roger Constant and dug at La Balutie. He visited the site on numerous occasions, including at least once with Henri Breuil and Constant. During this visit, they collected a fragment of a bovid epiphysis that bore traces of gnawing, which they interpreted as being left by a Neanderthal, following the bone having been slowly roasted. In the spring of 1955, Glory returned to Lascaux for a new campaign. Correspondence between Constant, Glory and a certain D. Vrammont discusses a new excavation project at La Balutie during the summer of that same year, and also mentions surveys that had already been carried out and which yielded faunal material. Of these operations, only three photos dated to August 1955 taken by members of the Nantaise Prehistoric Society attest to the work of Glory at the second rock shelter of La Balutie.The site of La Balutie was classified as an historic monument by a 28th of December 1960 decree by Max Sarradet, with the last studies of portions of the material uncovered at La Balutie dating to the 1960s (de Sonneville-Bordes 1960; Smith 1966) and uniquely focusing on the Upper Paleolithic material.The present contribution aims to provide both an inventory of the available information concerning the site in order to retrace its history, at the heart of which lie those who participated in the study of the two neighboring sites, Lascaux and Regourdou, and better understand the site’s place in the history of the prehistory of the region. Finally, we attempt to discern the possible reasons for the site having been largely forgotten. La Balutie is amongst the sites that marked the beginning of the history of prehistory in the Périgord. While not totally forgotten, the site was gradually abandoned, likely in part due to the early date of the excavations, the absence of a notable archeo-stratigraphy, legal problems and very likely following the successive discoveries, first of Lascaux, which garnered worldwide scientific attention, and then but to a lesser extent, of Regourdou. In addition to the geographic proximity of Lascaux, Regourdou, and La Balutie, this contribution also shows that these three sites share in part a common history through the visits of the same prehistorians. While many prehistorians passed by, few left any evidence of their presence. These rare clues transcribe a fragmented history of a poorly documented site, which is probably far from having revealed all its secrets. Despite these difficulties, the site provides evidence for the repeated occupation of the hill of Lascaux during the Upper Pleistocene, very likely due to its geographical context. Surprisingly, the Mousterian material from this site has not been revised since Reverdit’s excavations, and no faunal remains were collected, despite their being mentioned by Reverdit. This site biography is part of a larger project to reopen excavations that had begun in 2016 with the aim of better understanding the potential of the Mousterian occupations of the site and to characterize Pleistocene faunal communities.

La conservation du patrimoine est une question primordiale pour l'Histoire humaine. La grotte de Lascaux est la plus célèbre grotte ornée en France et sa préservation s'inscrit dans cette démarche. Les altérations pariétales résultent principalement des phénomènes de condensation. La caractérisation fine des processus physiques à l'échelle de la paroi requiert dans un premier temps la compréhension de la circulation de l'air dans la cavité. Celle-ci résulte des différences de température entre les parois induites par la propagation de l'énergie extérieure dans le massif rocheux autour de la grotte. Les variations saisonnières de température conduisent ainsi à une convection thermique associée à un nombre de Rayleigh de l'ordre de 108. Étant intéressés par les processus proches paroi, il est nécessaire d'effectuer une simulation numérique précise de la convection, basée sur un maillage fin. La simulation de cette convection a donc été effectuée de la manière la plus fine possible compte tenu des capacités de calcul actuelles. Cette simulation a été réalisée avec le logiciel opensource de mécanique des fluides Notus CFD (développé à I2M), basé sur la méthode des frontières immergées. Cette méthode consiste à conserver un maillage cartésien et à immerger la géométrie sans ajuster le maillage aux frontières physiques. Conservant un maillage cartésien, le problème linéaire est représenté par une matrice bande, dont les termes non nuls se regroupent autour de la diagonale, et permet l'utilisation de librairies de résolution massivement parallèles, tel que HYPRE. A la suite d'un travail de développements numériques et d'optimisation, il a été possible de réduire les inconvénients intrinsèques de la méthode des frontières immergées appliquées à des géométries très complexes tout en conservant ses avantages. Avec un maillage composé d'environ 1 milliard de cellules de 1,5 cm de côté, trois heures de convection ont pu être simulées sur 11 000 cœurs du supercalculateur Irene-Rome pendant deux semaines. L'extrême finesse du maillage compte tenu de la taille importante de la grotte, nous permet d'atteindre le niveau d'une DNS dans les zones présentant des vitesses faibles. Ailleurs, des vitesses pouvant aller jusqu'à 20 \si{\centi\metre\per\second} ont été simulées, indiquant une convection thermique relativement importante. Le rôle moteur de la convection dans les processus de condensation pourra ainsi être étudié à partir de cette simulation.

Il est du devoir de l'humanité de conserver les vestiges de son Histoire pour les générations futures. Parmi eux, la grotte de Lascaux, présentant des peintures datant de 20 000 ans, subit les assauts du temps et requiert l'aide humaine. Même si elle est restée dans le même état que lors de sa découverte, nous devons comprendre les mécanismes déclencheurs des altérations des parois, principalement les cycles condensation-évaporation. Ces phénomènes résultent indirectement des variations saisonnières de la température extérieure. L'énergie provenant de la surface se propage ainsi par conduction thermique dans la roche jusqu'à la grotte. De par la nature hétérogène d'un milieu karstique, une modélisation thermique du massif reposant sur des propriétés homogènes aboutit à des imprécisions trop importantes pour une étude rigoureuse de la condensation. C'est dans ce contexte qu'une caractérisation du massif rocheux entourant la grotte a été conduite, afin d'être en mesure de modéliser plus finement la propagation de la chaleur. La première étape fut de diviser numériquement le massif en plusieurs zones dont les propriétés thermiques pouvaient être supposées homogènes. Pour ce faire, des campagnes de mesures de résistivité électrique dans la roche furent menées. Une classification a ensuite été effectuée à partir de ces données, permettant ainsi de regrouper les zones de résistivités proches entre elles. Le lien existant entre les conductivités électriques et thermiques pour les roches nous permet de faire l'hypothèse que les zones regroupées selon la résistivité électrique représentent la réalité thermique du massif. Sept zones, supposées présenter des propriétés thermiques homogènes, partitionnent fictivement l'environnement de la grotte. Les sept diffusivités thermiques inconnues doivent être déterminées à partir des mesures de température dans la roche, effectuées en plusieurs points à l'intérieur de la grotte depuis des dizaines d'années. Il est important de noter que la faible vitesse de propagation des ondes thermiques dans la roche induit des déphasages de l'ordre du semestre voire de l'année dans les parties profondes de la grotte (20 mètres). De plus, l'amortissement des ondes conduit à des variations thermiques de l'ordre de quelques dixièmes de degrés dans la cavité. Il s'agit donc de résoudre un problème d'optimisation, qui décrit une physique dont le temps caractéristique est de plusieurs années, en se basant sur des données variant faiblement. Cette résolution est effectuée à l'aide de méthodes inverses. La méthode de Nelder-Mead s'est révélée être la plus robuste et la plus rapide pour résoudre ce problème mathématique. Une étude préliminaire visant à minimiser l'écart entre les températures modélisées et expérimentales n'a pas mené à une solution physique à cause de la nature du problème. Cependant, un raisonnement basé sur l'amortissement et le déphasage de l'onde a permis de déterminer des diffusivités thermiques, mathématiquement et physiquement acceptables.

La tomographie de résistivité électrique (TRE) est une méthode géophysique permettant d'estimer indirectement les variations du degré de saturation des matériaux. On adapte cette méthode pour un diagnostic par imagerie électrique à petite échelle d’une paroi naturelle ou bâtie. On montre que la taille finie des électrodes impacte la mesure électrique quand le ratio enfoncement / espacement des électrodes est supérieur à 20%. On corrige cet effet fallacieux via une inversion des résistances de transfert mesurées en surface avec une électrode équivalente ponctuelle (EEP) placée en profondeur à 73% de la longueur de l’électrode. Cette correction est appliquée à des mesures de micro-TRE à la paroi d’une carrière calcaire. On peut ainsi suivre les mouvements d’eau dans la paroi durant plusieurs mois, avant et après des feux, démontrant un impact durable de ces feux sur les premiers centimètres de la roche., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 38 No 2 (2021): Special Issue - Diagnobéton 2021

International audience

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The karst environment and especially its superficial part is typified by an important alteration. At the Lascaux site, alteration is responsible for plate limestone and also detrital clayey-sands soils due to dissolution of limestones. The presence of painted caves in this altered environment raises the need to characterize the karst environment in order to protect the caves and contribute to mural paintings conservation. The aim of this PhD thesis is to characterize the karst environment at different scales using two main methods: (1) geophysics and in particular Electrical Resistivity Tomography (ERT) and (2), petrophysics at the Lab scale, including microscopy, mercury porosimetry and electrical measurements. At the field scale, we characterized the calcareous surroundings of the Lascaux cave relying on a 6 years-long time-lapse monitoring by ERT complemented by geostatistical 3D reconstructions of the resistivity values. The time-lapse monitoring permitted a better understanding of the hydrogeology of the site. Combining ERT time-lapse monitoring, 3D models of the resistivity distribution and additional measurements on samples allowed to identify a drain within the epikarst, which is most likely responsible for the emergence of water at the Lascaux cave entrance. The 3D modelling of the resistivity values also allowed to identify a scarp of unaltered limestones, northeast of the Lascaux cave, leaving room for clayey-sand detrital formations. In relation to a current research program on the Chauvet-Pont d’Arc cave, an original micro-ERT acquisition layout was fitted on the wall of an underground quarry, allowing measurements at a sub-metric scale with a centimetric resolution. At such a fine resolution, an unwanted electrode effect appeared. We remedied this electrode effect by inverting ERT data with an Equivalent Electrode Point (EEP) buried in the ground at a characteristic depth. The quarry wall was subjected to fires. Relying on a micro-ERT time-lapse monitoring during few months complemented by petrophysical analyses, we showed that the fires impacted the first centimeters of the quarry wall whose porosity and connectivity were modified. We also showed that seasonal water saturation variations could be detected at such a small scale. Thus, this small scale acquisition layout may ultimately be used at Lascaux to measure and predict water intakes directly at the cave walls in relation, or not, with the water flow modelled at the field scale. Such an approach may become a new tool for the conservation of painted cave walls.; Le milieu karstique, et tout particulièrement sa partie superficielle, est caractérisé par une altération importante responsable sur le site de Lascaux de formations calcaires en plaquettes mais aussi de dissolutions importantes pouvant laisser place à des sables, argiles, etc. La présence de grottes ornées dans ce milieu nécessite la caractérisation du milieu environnant afin de protéger les grottes et contribuer à la conservation des œuvres pariétales. Cette thèse porte sur la caractérisation du milieu karstique à plusieurs échelles au moyen de deux méthodes : la géophysique avec la Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), et la caractérisation pétrophysique, à l’échelle du laboratoire, avec la microscopie, la porosimétrie au mercure et des mesures électriques sur échantillons. A l’échelle du massif, nous avons caractérisé l’amont hydraulique de la grotte de Lascaux par un suivi temporel par TRE durant 6 ans et par trois modélisations géostatistique 3D, à trois dates. Le suivi temporel a permis de comprendre le fonctionnement hydrogéologique du site. Le couplage du suivi temporel avec le 3D complété par les mesures sur échantillons a en outre permis de comprendre le fonctionnement d’un drain situé dans l’épikarst susceptible d’alimenter l’émergence à l’entrée de la grotte de Lascaux. La modélisation 3D a aussi permis d’identifier un escarpement du promontoire calcaire au nord-est de la grotte de Lascaux qui laisse place à des formations argilo-sableuse. A l’échelle de la paroi et en lien avec des recherches menées sur la grotte Chauvet-Pont d’Arc, un dispositif original de micro-TRE a été mis en place à la paroi dans une carrière souterraine, permettant une mesure de TRE à une échelle submétrique et une résolution centimétrique. A cette résolution apparaît un effet d’électrode que nous corrigeons lors de l’inversion des données de TRE par l’utilisation d’une Electrode Equivalente Ponctuelle (EEP) placée à une profondeur caractéristique. La paroi étudiée a été soumise à des feux. On montre par un suivi TRE sur plusieurs mois et des analyses pétrophysiques complémentaires que les feux impactent de façon tangible les premiers centimètres de la paroi dont la porosité et la connectivité sont modifiées. On montre en outre que des variations saisonnières de saturation sont mises en évidence à cette petite échelle. Ce dispositif pourrait être appliqué au site de Lascaux pour, à terme, mesurer et prédire les arrivées d’eau à la paroi, en lien ou pas avec la circulation modélisée à l’échelle du massif. Une telle démarche pourrait devenir un outil de conservation de parois rocheuses support d’œuvres pariétales.