Documentation du patrimoine de l'assemblage de fossiles du site de Kromdraai contenant des hominines (Afrique du Sud) : techniques de numérisation 3D, analyse spatiale quantitative et estimation de volume

Heritage documentation from hominin-bearing fossil assemblage Kromdraai (South Africa) : techniques for 3D digitization, quantitative spatial patterning and volume estimation

• Auteur / Autrice : Nonkululeko Mantombi Nomalanga Ngoloyi
• Direction : José Braga, Jean Dumoncel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Anthropobiologie
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’Anthropobiologie et de Génomique de Toulouse (2009-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réalité virtuelle en archéologie

Cradle of Humankind World Heritage Site (Afrique du Sud)

Hominidés fossiles

Paléoanthropologie

Mots clés libres

Kromdraai

Berceau de l'humanité

Patrimoine archéologique

Numérisation 3D

Photogrammétrie

Tests statistiques

Modélisation spatiale 3D

Estimations de volume

Modélisation des métadonnées

Kromdraai

Cradle of Humankind

Archaeological heritage

3D digitization

Photogrammetry

Statistical testing

3D spatial patterning

Volume estimation

Metadata modelling

Résumé

Cette thèse explore l'utilisation de données multi-échelles pour modéliser une représentation tridimensionnelle (3D) et générer un registre numérique complet d'un assemblage de fossiles contenant des hominines à partir de l'unité lithostratigraphique P à Kromdraai situé dans le '' berceau de l'humanité '' classé au patrimoine mondial par l'UNESCO (Province de Gauteng, Afrique du Sud). Les objectifs principaux de cette recherche sont d'illustrer en 3D la progression temporelle et spatiale des fouilles de Kromdraai sur la période 2014-2018, d'analyse la distribution spatiale des vestiges d'homininés et de faune, comme des outils, et finalement, de fournir une documentation sur le patrimoine archéologique de Kromdraai. Nous avons réalisé une analyse multi-scalaire du site, avec l'application de méthodes de photogrammétrie terrestre et aérienne. Conformément aux principes et directives de la gestion du patrimoine archéologique mandatés par les agences internationales telles que l'UNESCO, nous présentons également un protocole de documentation du patrimoine. Nous avons utilisé des technologies de capture de données 3D pour numériser le site de Kromdraai et ses éléments archéologiques découverts entre 2014 et 2018 lors des fouilles. Cette recherche présente une technique originale développée pour la visualisation et la quantification des sédiments volumiques prélevés sur le site à chaque période de fouille par chaque fouilleur. Les estimations de volume calculées à l'aide de la photogrammétrie 3D fournissent un contexte temporel et spatial des sédiments prélevés lors des fouilles successives, et permettent un repositionnement virtuel et plus précis des vestiges découverts ex situ. De plus, nous avons mis en place une modélisation des métadonnées pour démontrer l'utilisation d'un système de gestion de base de données 4D pour la fusion, l'organisation et la diffusion de l'ensemble des données du site de Kromdraai et le partage de la propriété intellectuelle. Nous introduisons également l'une des premières approches statistiques de la modélisation spatiale 3D dans un site Plio-Pléistocène porteurs d'hominines en en Afrique du Sud. En mettant en œuvre des méthodes classiques de tests statistiques telles le partitionnement de données spatiales 3D, nous avons étudié les modèles de l'assemblage de fossiles dans l'unité P, ainsi qu'un échantillon de 810 spécimens catalogués entre 2014 et 2018. Le regroupement de bovidés, de carnivores, d'homininés et de primates non humains a révélé un modèle de distribution spatiale non uniforme des fossiles in situ. Cette recherche présente des méthodes précieuses qui peuvent être appliquées à d'autres sites fossiles contenant des hominines dans le berceau de l'humanité. Ces méthodes peuvent être appliquées pour documenter une fouille archéologique et reconstruire un site en 3D, ainsi que pour documenter des informations patrimoniales. Nos résultats permettent d'améliorer l'interprétation des assemblages fossiles à l'aide d'analyses basées sur des modèles 3D au sein d'un assemblage contenant des hominines.

This thesis uses multi-scalar data to create a three-dimensional (3D) representation and, to generate a complete digital record of the early hominin-bearing fossil assemblage from the lithostratigraphic Unit P at Kromdraai in the Cradle of Humankind World Heritage Site (Gauteng Province, South Africa). The main purposes of this research were to illustrate in 3D the temporal and spatial progression of the excavations at Kromdraai since 2014, to investigate the spatial distribution of the hominin, faunal assemblages and artefacts, and ultimately, to provide an archive documenting the archaeological heritage of Kromdraai. We provided a multi-scalar analysis of various aspects of the study site, with the application of methods such as multi-image land and aerial photogrammetry. In alignment with the principles and guidelines for the management of archaeological heritage mandated by international agencies such as UNESCO, we also present a protocol for heritage documentation. We used 3D data capture technologies to record the Kromdraai site and the archaeological evidence discovered between 2014 and 2018 from its main excavation. This research presents an original technique developed for the quantification and visualization of the volume sediments removed from the site during each excavation period. Volume estimations computed using 3D photogrammetry and digitization, provided a temporal and spatial context to the volume and location of material removed by each excavator and, a more precise and virtual repositioning of the fossil material discovered ex situ. Furthermore, we implemented metadata modelling to demonstrate the use of 4D relational database management systems for the fusion, organisation and dissemination of the Kromdraai site dataset and the sharing of intellectual property. We also introduce one of the first statistical approaches of 3D spatial patterning in Plio-Pleistocene early hominin-bearing assemblages in South Africa. Implementing classic statistical testing methods such as k-means and Density-Based Spatial Clustering and Application with Noise (DBSCAN) cluster computation in 3D, we investigated the spatial patterns of the fossil assemblage within Unit P, a sample of 810 individually catalogued specimens recovered between 2014 and 2018. The clustering of bovids, carnivores, hominins, and non-human primates revealed a non-uniform spatial distribution pattern of fossils in-situ. This research presents valuable methods that can be applied at other hominin-bearing fossil sites within the Cradle of Humankind to document an archaeological excavation and to reconstruct of the site in 3D, to document heritage information, and to enhance the interpretation of the fossil assemblages using evidence-based assessment of spatial patterns within a hominin-bearing assemblage.