Quand l’imagerie hyperspectrale révèle l’invisible

C’est un paradoxe bien connu des préhistoriens : ce que nous voyons sur les parois des grottes n’est souvent qu’un pâle reflet de ce qui y fut tracé il y a des millénaires. À Mayenne-Sciences (commune de Thorigné-en-Charnie, Mayenne), petite cavité ornée découverte en 1967, le temps a fait son œuvre.

À travers la calcite

Elle abrite 59 représentations, dont des chevaux, des mammouths, un bison et des empreintes de mains, tracés essentiellement au fusain noir. Si ses chevaux et mammouths gravettiens (datés d’environ 27 000 ans avant le présent) sont célèbres pour leur style unique, beaucoup de dessins semblaient perdus à jamais, masqués par d’épais voiles de calcite ou simplement effacés par le temps. Mais une technologie issue de la télédétection spatiale, l’imagerie hyperspectrale (HSI), vient de changer la donne. Une récente campagne d’étude a permis de redécouvrir des œuvres invisibles à l’œil nu, démontrant que les grottes ornées ont encore des secrets à livrer.

Quand la photographie numérique atteint ses limites

Jusqu’à présent, pour étudier une paroi difficile, les chercheurs disposaient de leurs yeux et de la photographie numérique, parfois aidée par des logiciels de traitement colorimétrique comme DStretch®. Ces outils restent toutefois limités au spectre visible : quand la matière colorante ne produit plus un contraste suffisant, qu’elle s’est estompée ou quand elle est partiellement masquée dans des dépôts de surface (comme la calcite), l’image ordinaire reste peu lisible.

Une signature lumineuse complexe

Or, et c’est son apport, l’HSI peut isoler le signal résiduel du pigment en le séparant de celui du support et des couches d’altération. De plus, contrairement à un appareil photo classique qui ne capte que trois couleurs (rouge, vert, bleu), la caméra hyperspectrale enregistre, pour chaque pixel de la paroi, une signature lumineuse complexe sur 204 bandes spectrales, allant du visible jusqu’au proche infrarouge. En l’analysant, le logiciel utilisé ne « voit » plus une couleur, mais une matière, et il est capable de faire la distinction entre le calcaire de la paroi, la calcite qui le recouvre et le charbon du dessin, même lorsque ces éléments sont indiscernables à l’œil nu.

Le défi de l’ombre

Mettre en œuvre une telle technologie au fond d’une grotte n’est pas anodin. Dans l’obscurité totale, humide et confinée de Mayenne-Sciences, l’équipe a dû déployer un protocole rigoureux. Pas question d’utiliser des LED standards dont le spectre lumineux est souvent discontinu et instable : il a fallu recourir à des projecteurs halogènes pour inonder la paroi d’une lumière homogène couvrant tout le spectre, seule capable de révéler la signature des pigments sur l’ensemble des 204 bandes enregistrées. Une fois les données acquises, un traitement mathématique complexe (l’analyse en composantes indépendantes) a permis de « démêler » les signaux pour isoler numériquement les couches picturales.

Des fantômes surgissent de la pierre

Les résultats, publiés récemment dans les Comptes Rendus Palevol, confirment l’apport de cette technologie. Sur des panneaux où les dessins étaient devenus lacunaires ou difficilement lisibles, l’imagerie a aidé à retrouver la continuité des tracés et à révéler des détails inconnus au sein des compositions. La découverte la plus marquante est sans doute celle d’un signe triangulaire inédit. Imperceptible, caché entre deux ensembles de traits, ce motif présente des bords arrondis et une base concave. Sa forme n’est pas commune : elle rappelle directement les signes typiques de la grotte voisine de Margot et ceux gravés sur des plaquettes de la grotte Rochefort. Cette « signature » graphique renforce ainsi encore les liens culturels étroits qui unissaient les sites de la vallée de l’Erve au Gravettien.

Une figure mi-humaine mi-animale

L’imagerie a également conduit à une relecture des figures connues mais très altérées. Le bison n° 14, dont une grande partie était noyée sous la ­calcite, a recouvré sa silhouette complète. L’analyse spectrale a révélé un détail anatomique : une bosse dorsale marquée par une échancrure, évoquant les « bisons-mammouths » de certaines grottes du Périgord comme Font-de-Gaume. Plus intrigant encore, sous ce bison, l’imagerie atteste la présence de tracés organisés qui pourraient correspondre à un théranthrope (une figure mi-humaine mi-animale).

Retouche ou restauration ?

Enfin, l’examen a montré que les chevaux n° 15 et 16 n’ont pas été tracés d’un seul jet. L’ordinateur a distingué deux « recettes » différentes pour les fusains utilisés, prouvant que ces figures ont été reprises ou complétées en deux temps distincts. S’agit-il d’une retouche immédiate ou d’une restauration par des générations ultérieures, comme on le voit à Pech-Merle ou Cougnac (Lot) ? Si la question reste ouverte, la matérialité de ces deux phases est désormais établie. Cette étude pilote à Mayenne-Sciences prouve que l’art pariétal ne se limite pas à ce que nous en voyons aujourd’hui. En « scannant » la matière plutôt que l’image, l’hyperspectral ouvre une voie royale pour l’étude des grottes ornées, offrant une méthode non invasive pour percevoir ce que le temps a cru effacer.

Romain Lahaye, archéologue, spécialiste des arts rupestres, docteur en histoire de l’université Paris 1 Panthéon-Sorbonne, Romain Pigeaud, chercheur associé HDR UMR 6566 CReAAH, université de Rennes-1, CRAL UMR 8566 EHESS/CNRS

Pour aller plus loin
LAHAYE R., DONZE F. V., SCHMITT B., PIGEAUD R., 2025, « Découvertes de tracés inédits par imagerie hyperspectrale dans la grotte ornée paléolithique Mayenne-Sciences (France) », Comptes Rendus Palevol, 24 (26), p. 531‑544. Doi : 10.5852/cr-palevol2025v24a26

La grotte Mayenne-Sciences ne se visite pas mais un fac-similé 3D est proposé au musée de préhistoire des grottes de Saulges : www.grottesmuseesaulges.fr