Université de Bordeaux
LabEx LaScArBxCluster of Excellence
Cluster of excellence

Projet HYPERSPEC ou l'apport de la spectro-imagerie à l’étude des peintures et à la taphonomie des grottes ornées

Le projet HYPERSPEC (Imagerie hyperspectrale et spectrofluométrie appliquée aux matériaux archéologiques) propose une nouvelle approche de l’imagerie, en appui aux  méthodes habituellement mises en œuvre dans l’analyse et la caractérisation des archéomatériaux (peintures murales, taphonomie des grottes ornées), via l’acquisition d’un équipement d’analyse hyperspectrale... 


Porteur du projet : Floréal Daniel

Partenaires :

PACEA, Université Bordeaux 1  

Institut des Sciences Moléculaires, Université Bordeaux 1

Université du Pays Basque (Espagne). 

Date : sept. 2013 – déc. 2014 (AAP n°3)

Financement : 34 516 €


Mots clés : imagerie hyperspectrale, pigments, liants, roches, altérations, conservation.



Projet HYPERSPEC – Imagerie hyperspectrale et spectrofluorimétrie appliquée aux matériaux archéologiques

(caractérisation, altérations, taphonomie)


Le projet HYPERSPEC (Imagerie hyperspectrale et spectrofluométrie appliquée aux matériaux archéologiques) propose une nouvelle approche, en appui aux méthodes habituellement mises en œuvre, de l’analyse et la caractérisation des archéomatériaux (peintures murales, taphonomie des grottes ornées), via l’acquisition d’un équipement d’analyse hyperspectrale.


L’imagerie hyperspectrale apparait dans les années 1980. Elle est définie comme l’acquisition d’images dans des centaines de bandes spectrales contiguës, de façon qu’à chaque pixel de l’image un spectre de réflectance puisse être obtenu (Goetz, 1985). Elle a été développée pour la détection à distance en astronomie, géographie,… et a trouvé ses premières applications dans le champ du patrimoine culturel depuis les années 1990.


L’IRAMAT-CRP2A a acquis, en 2013, grâce à des financements LabEx, une caméra hyperspectrale pour les besoins de ses projets de recherche.


Le projet LaScArBx HYPERSPEC (sept. 2013 – déc. 2014) consiste à explorer les potentialités et l’adaptation du système hyperspectral pour l’étude d’objets archéologiques ou du patrimoine pour lesquels l’exigence d’utilisation de méthodes d’analyses in situ et non invasives est impérative (fort enjeu patrimonial) comme les peintures (murales, de manuscrits,…) ou les grottes ornées. 


Les caméras classiques dites multispectrales qui sont utilisées d’ordinaire pour l’analyse des peintures, restituent une image à l'aide de l'analyse de trois composantes du spectre du visible : le bleu, le rouge et le vert. L'imagerie hyperspectrale permet quant à elle, d'acquérir simultanément les images de nombreuses bandes spectrales (jusqu'à plus de 500) séparées seulement de quelques nanomètres. Elles apportent en conséquent, beaucoup plus d’informations et permettent une analyse beaucoup plus fine (identification de pigments, par exemple). Par ailleurs, les informations obtenues permettent d'appliquer, en plus des traitements propres à l'imagerie, des traitements mathématiques (statistiques etc..) issus de la spectroscopie.  Le système, polyvalent, est adapté aussi bien aux études en laboratoire (petits objets, tableaux, enluminures, matériaux de référence..) mais il a également été conçu pour être mobile en vue d’applications sur des sites extérieurs (peintures murales, grottes..). 


Les applications prévues dans le cadre du projet HYPERSPEC concernent essentiellement l’étude des peintures (murales, pariétales..) et la taphonomie des grottes  ornées.


Sur l’étude des peintures, l’imagerie sous UV permet d’observer des fluorescences dues à des ajouts postérieurs, des repeints, des liants organiques, des vernis… Les retouches apparaissent en sombre et la couche picturale d’origine reste claire. Le rayonnement UV permet donc d’établir l’état de conservation des peintures et de voir si elles ont subi des repeints. L’imagerie infrarouge révèle quant à elle, le dessin préparatoire sous une couche picturale, apporte des informations sur l’état de dégradation des encres, révèle les signatures cachées etc… 


Enluminures médiévales

La caméra hyperspectrale a trouvé sa première application dans le cadre du projet Région « Enluminures » (2012-2015) qui concerne l’étude des enluminures médiévales de la Collection Marcadé (Trésor de la cathédrale de Bordeaux).

  • L’étude des peintures de manuscrits est relativement peu développée actuellement en raison d’une part, de la nature de ces objets du patrimoine qui ne tolèrent aucun prélèvement, et d’autre part, des limites des techniques d’analyse existantes. Dans le même temps, la demande en termes de connaissance des matériaux et des techniques dans le domaine de l’art est importante, ce qui justifie l’application de l’imagerie hyperspectrale à ce type d’objet patrimonial. En effet, cette méthode (imagerie infrarouge ou  UV) associée à d’autres, permettra de reconnaître les zones qui ont fait l’objet d’un ajout (dorure, repeint, restauration,…), d’étudier les dessins préparatoires, de compléter la vision de l’objet, d’identifier la nature des pigments et des liants.  Les essais préliminaires, de mise au point, ont été réalisés sur un fac simile et les premières analyses sur quelques enluminures de la collection auront lieu début mars avec la collaboration de Coralie Barbe, restauratrice.

Peintures murales

Dans le cadre du projet, outre l’étude des enluminures médiévales de la collection Marcadé, nous avons effectué des analyses in situ sur les peintures murales de Belvès (Dordogne) et de Biañez (Biscaye, Espagne) (en collaboration avec l’Université du Pays Basque, K. Castro, S. Fernandez).

  • Les peintures de Belvès (15e s.) sont situées au dernier étage d’une maison médiévale, aujourd’hui transformé en grenier. Le thème est celui des Neuf Preux, groupe de héros légendaires et historiques, porteurs des vertus chevaleresques pour la noblesse d’épée du bas Moyen Âge. Le système hyperspectral a permis d’acquérir des images RGB et en fausses couleurs IR, révélant les différents types de pigments utilisés ainsi que les zones de restauration et de repeints.
  • L’église San Andrés de Biañez conserve dans son chevet sur le mur frontal une peinture du XVIe siècle, découverte derrière un retable en bois du XVIIIe. Ces peintures ont fait l’objet d’une campagne de restauration en 1993. L’objectif de l’étude est de « scanner » une partie des peintures des parties basses, représentant la Cène et une Sainte tenant un livre, à l’aide de la caméra hyperspectrale pour identifier les pigments et comparer les résultats obtenus avec ceux obtenus par l’équipe de l’université de Bilbao avec un Raman portable (laser 785 nm) et une fluorescence X portable. Vu la hauteur des peintures par rapport au niveau du sol médiéval, une plateforme a été installée et la caméra a été utilisée dans sa position la plus haute (environ 2m). Les résultats correspondent à ceux obtenus par Raman et EDXRF par l’équipe de l’université du Pays-Basque, partenaire du projet HYPERSPEC. Leurs analyses ont effectivement montré notamment la présence de jaune de plomb et d’étain pour les auréoles des personnages et de cinabre et de minium pour certains rouges.

Détail des peintures de l’église San Andres de Biañez. Image RGB et IR fausses couleurs.


Grottes ornées

Sur l’étude des altérations et de la taphonomie des grottes ornées, l’imagerie hyperspectrale permet de caractériser un type d’altération spécifique due aux conditions environnementales naturelles ou aux effets de la chauffe sur les parois.  Le projet HYPERSPEC prévoit ainsi d’intervenir dans le cadre de plusieurs projets de recherche du LaScArBx concernés par le sujet : les projets IThEM[1], ESPACE GROTTE[2], ArTaPoC[3].

  • En ce qui concerne les contraintes particulières liées à l’environnement des grottes, un essai a été réalisé (avec la collaboration de PACEA, C. Ferrier) à Lugasson sur une paroi en calcaire urgonien soumise à un feu (projet ITHEM) et les spectres de réflectance obtenus ont été comparés à des références de calcaire du même type chauffés en laboratoire à différentes températures entre 200 et 800°C. Le calcaire apparait rosé à partir de 300°C, jusqu’à 400°C puis gris jusqu’à 700°C. A 800°C, le calcaire est devenu blanc, en raison de sa transformation en chaux. Les résultats sont similaires à ceux obtenus par spectroradiométrie pour caractériser les spectres de réflectance des parois en fonction des températures atteintes lors d’un feu dans ce milieu confiné. 

Références de calcaires chauffés (image RGB) et spectres de réflectance correspondants.

  • Une mission est programmée en avril (avec la collaboration de PACEA (C. Ferrier, S. Konik), TRACES (C. Bourdier), l’Ecole des mines d’Alès (D. Lafon),…) à l’abri Cap Blanc pour traiter des traces colorées sur des sculptures préhistoriques.


>>>En savoir plus sur le projet Hyperspec (cf présentation du projet lors de l'AG du LaScArBx, novembre 2013) et la caméra hyperspectrale


[1] IThEM :
Les traces de feu de la grotte Chauvet : Des Impacts Thermiques sur les parois à la caractérisation des feux, Expérimentation et Modélisation (AAP1-LaScArBx, P. Guibert)

[2] ESPACE Grotte : Etats de Surface et Phénomènes d’Altération des Calcaires dus à l’Environnement en Grotte (AAP2-LaScArBx, C. Ferrier)

[3] ArTaPoC : ARchéologie et TAphonomie de la Paroi Ornée à Cussac (AAP2-LaScArBx, J. Jaubert)

Figure dans les rubriques
Avancement des projets de recherche


HAUT