Apport des données LiDAR et hyperspectrales aéroportées pour la cartographie archéologique en milieux terrestres et immergés

Contribution of airborne LiDAR and hyperspectral data to archaeological mapping in terrestrial and submerged environments

• Auteur / Autrice : Alexandre Guyot
• Direction : Laurence Hubert-Moy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géomatique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Rennes 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sociétés, temps, territoires (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Littoral- Environnement- Télédétection- Géomatique UMR 6554 / LETG
• Jury : Président / Présidente : Grégor Marchand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geert Verhoeven, Marc Lennon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Clément Mallet, Rosa Lasaponara

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multiéchelle

Télémétrie laser

Imagerie spectrale

Télédétection

Lidar en archéologie

Mots clés libres

Télédétection

Cartographie archéologique

Système laser aéroporté

Imagerie spectrale

Analyse multi-échelle

Deep CNN

Remote sensing

Archaeological mapping

Airborne laser system

Spectral imagery

Multiscale analysis

Deep CNN

Résumé

Menacé par des pressions naturelles et anthropiques croissantes, le patrimoine archéologique fait l’objet d’enjeux de connaissances scientifiques et de mesures de protection. Or les prospections archéologiques sont très difficiles à mener dans des environnements forestiers ou immergés. Dans ce contexte, cette thèse vise à évaluer l’apport des données LiDAR et hyperspectrales aéroportées pour la détection et la caractérisation de structures archéologiques, ces données ayant montré leur intérêt pour accéder à des informations inédites sous la canopée ou sous l’eau. Pour répondre à cet objectif, nous avons développé de nouvelles approches de visualisation et de détection automatique basées notamment sur le deep learning. Nous avons d’abord exploité des données LiDAR topographiques afin de détecter et caractériser des structures archéologiques datant principalement de la période mégalithique, en contexte émergé sur la région de Carnac (Morbihan). Puis nous avons évalué l’imagerie hyperspectrale en contexte immergé sur le site mégalithique d’Er Lannic (Morbihan) et sur l’archipel de Molène (Finistère). Les résultats ont montré l’intérêt des approches d’analyse multi-échelles et d’apprentissage automatique appliquées aux modèles numériques dérivés des données LiDAR, en particulier sous couvert forestier. Nous avons aussi montré l’apport original de l’imagerie hyperspectrale pour la détection et la caractérisation de structures en zone de petits fonds, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives quant à l’exploration archéologique de paysages submergés.

Threatened by increasing natural and anthropic pressures, the archaeological heritage is the subject of scientific knowledge and protection measures. However, archaeological surveys are very difficult - if not impossible - to carry out in forest or submerged environments. In this context, this thesis aims to evaluate the contribution of airborne LiDAR and hyperspectral data for the detection and characterization of archaeological structures, as these data have shown their interest in providing new information under the canopy or in shallow waters. For that purpose, we have developed new visualization approaches, and automatic detection methods based on deep learning. First, we used topographic LiDAR data to detect and characterize archaeological structures dating mainly from the megalithic period, in a terrestrial context in the Carnac region (Morbihan). Then, we evaluated hyperspectral imagery in a submerged context in the megalithic site of Er Lannic (Morbihan) and in the Molène archipelago (Finistère). The results showed the interest of multi-scale analysis and machine learning approaches applied to numerical models derived from LiDAR data, in particular under forest cover. We also demonstrated the original contribution of hyperspectral imagery for the detection and characterization of structures in shallow waters, thus opening up new perspectives for the archaeological exploration of submerged landscapes.