L'archéologie numérique, parfois appelée cyber-archéologie, archéologie informatique ou encore archéologie virtuelle, est un domaine de l'archéologie qui fait appel à la modélisation 3D combinée à des technologies de numérisation sur le terrain telle la photogrammétrie numérique. La numérisation in situ fait appel à des appareils tels que les lidars basés sur la télémètrie laser. Ces technologies offrent de multiples avantages aux chercheurs. Ainsi les fouilles elles-mêmes peuvent être numérisées leur permettant de revoir à tout moment l'état des lieux à l’un des moments choisi de l’excavation. La numérisation des sites peut s'avérer être aussi un des moyens de sauvegarde du patrimoine archéologique.
Description
Selon Mathieu Rocheleau, la modélisation 3D ne constitue pas seulement qu'un résumé des connaissances acquises des vestiges archéologiques qu'il s'agisse d'un bâtiment ou d'une ville. Grâce à ces technologiques numériques, de nouvelles découvertes sont réalisées :
La restitution virtuelle du Circus Maximus de Rome ayant nécessité huit ans de travaux regroupant plusieurs experts provenant de divers horizons a abouti à un modèle scientifiquement valable de l'avis des experts concernés.
Les travaux de reconstitution numérique du Colisée de Rome permirent aux archéologues d'invalider certaines hypothèses. Certaines d'entre elles voulaient que le nombre de spectateurs que pouvaient accueillir l'amphithéâtre variait de 40 000 à 73 000 spectateurs selon l'hypothèse retenueDiego Gutierrez et al., « AI and Virtual Crowds: Populating the Colosseum », Journal of Cultural Heritage, vol. 8, no 2 (2007), p. 4.. Il a été possible aux chercheurs d'avancer une hypothèse plus rigoureuse grâce à une simulation de l'amphithéâtre qui put être rempli d'avatars. Ils purent ainsi préciser que de 48 000 à 50 000 spectateurs pouvaient prendre place dans le Colisée..Ces mêmes travaux leur permirent de réfuter l’idée généralement admise que l'architecture de l'édifice était conçue de façon exemplaire afin de permettre aisément les déplacements d’une foule nombreuse. La reconstitution virtuelle démontra au contraire que d’importants bouchons de circulation se créaient, à certains endroits, surtout pour les niveaux supérieursGutierrez et al.,loc. cit., p. 17..
Outils et techniques issus de la géophysique L'adaptation d'instruments issus de la prospection géophysique vint enrichir la panoplie des outils au service des archéologues. Le radar à pénétration de sol, l'imagerie par résistivité électrique, la magnétométrie et l'induction électromagnétique comptent parmi les outils et technologies qui sont utilisés dans ce domaine, souvent de façon complémentaire. Les magnétomètres, par exemple, sont souvent utilisés pour des relevés d'urgence avant la réalisation de travaux de construction sur un site alors que le radar à pénétration de sol est l'instrument le plus indiqué pour fournir de véritables informations de profondeur pouvant être étalonnées.
Radars à pénétration de sol vignette|Utilisation du radar à pénétration de sol sur le site de Wadi Rum, en Jordanie. Le radar à pénétration de sol (ou GPR) fonctionne en envoyant une faible impulsion d'énergie dans un matériau via une antenne. Un ordinateur intégré enregistre l'intensité et le temps requis pour le retour des signaux réfléchis. Les variations souterraines créent des réflexions qui sont captées par le système et stockées sur des supports numériques. Les archéologues ne peuvent toutefois pas bénéficier de cette technologie sur les côtes où il y a une forte teneur en sel, par exemple dans les marais salés, ni pour prospecter les sols denses à base d'argile que les ondes du GPR ont de la difficulté à pénétrer. L'instrument ne permet pas de voir à travers le métal et est également incapable d'identifier les structures osseuses. Le plus grand avantage des méthodes radar à pénétration de sol est qu'elles recueillent une immense quantité d'informations proche de la surface d'une manière totalement non invasive et non destructive, ce qui permet de voir et d'analyser efficacement et avec précision les grands sites contenant des restes cachés, tout en les protégeant et les préservant. Les cartes générées par le GPR fournissent des données primaires qui sont utilisées pour orienter l'établissement des sites de fouilles ou pour identifier les zones sensibles contenant des vestiges culturels, tels que les sites d'inhumation, qu'il serait préférable de conserver tels quels. L'information obtenue peut donc ainsi aider les archéologues à éviter de perturber ces sites. Les archéologues peuvent détecter les petits objets comme les outils et autres artéfacts mais aussi mettre en évidence des structures plus grandes telles que les anciennes routes, les planchers des habitations, les éléments architecturaux tels que les murs, les cavités et les puits de même que des éléments géophysiques tels que les lits des rivières.
Imagerie par résistivité électrique L'imagerie par résistivité électrique (ou ERI) est utilisé pour cartographier la profondeur des sols et des roches. Il s'agit de placer des piquets dans le sol et de mesurer la résistance électrique après avoir installé une rangée d'environ 24 à 48 capteurs, généralement en ligne droite. vignette|left|Imagerie par résistivité électrique de structures souterraines de la cité antique d'Aphrodisias, en Anatolie, faisant apparaître les rues de la ville et la délimitation de bâtiments. L'information n'est recueillie que le long de cette ligne. Cet outil fonctionne bien dans un sol argileux, mais prend plus de temps et coûte plus cher pour obtenir la couverture de données requise que le GPR. On peut collecter de 20 à 40 fois plus de profils avec le GPR qu'avec l'ERI pour une même longueur prospectée soit environ 80 profils de relevé avec le géoradar GPR dans le même temps qu'il faut pour collecter 2 à 4 profils avec l'ERI.
Un exemple de données recueillies dans le domaine archéologique par l'usage de cette technique d'investigation géophysique est fourni par un relevé du site archéologique d'Aphrodisias, en Turquie, effectué dans le cadre d'un programme de recherche parrainé par l'université de New York. L'étude de la résistance électrique de ce site de l'époque hellénistique menée par Lewis Somers, entre 1995 et 1998, a couvert environ 20 hectares de terrain non excavé, environ mètres carrés. L'étude a permis de révéler que le tracé de la ville s'est conformé à suivre un plan en grille et de préciser que dans les zones d'habitation, les îlots urbains, ont une largeur de 35,5 mètres ou 120 pieds ioniques et une longueur de 39,0 mètres ou 132 pieds ioniques. De même, elle a révélé que les places publiques et les bâtiments civils du centre de la ville ont été planifiés selon la même grille, comme le montre très clairement le tracé de l'Agora du Nord (la place publique principale).
Magnétomètres Les magnétomètres sont des capteurs passifs qui mesurent l'intensité et parfois la direction d'un champ magnétique. En détectant les irrégularités du champ magnétique terrestre. Un magnétomètre peut indiquer l'emplacement des objets en matériau ferreux. Les archéologues les utilisent pour localiser les sites d'activité humaine. Les anciens foyers ont des valeurs magnétiques plus élevées, tout comme les briques, les fosses de stockage et même les vieilles tranchées. Les magnétomètres ne fournissent cependant pas d'informations précises sur la profondeur.
Dispositifs à induction électromagnétique vignette|Image géomagnétique de Great Bear Mound du Monument national des Effigy Mounds, en Iowa, aux États-Unis Les appareils à induction électromagnétique (ou EMI) mesurent la variation de l'impédance mutuelle entre une paire de bobines sur ou au-dessus de la surface de la terre. La plupart des instruments de ce type sont composés de deux ou plusieurs ensembles de bobines, reliées électriquement et séparées par une distance fixe. Les dispositifs EMI peuvent examiner simultanément les conditions du sol et localiser les objets trouvés sous la surface de la terre dans l'espace sans fournir de bonnes informations sur la profondeur des objets localisés.
Les données recueillies doivent faire l'objet d'interprétation. C'est le cas pour celles du GPR. Des logiciels ont été conçus à cette fin. Tout comme les logiciels utilisés pour traiter les images des caméras, le traitement informatique des images brutes permet aux chercheurs de minimiser certaines caractéristiques et d'en mettre d'autres en évidence. Le bruit est inhérent aux données numériques GPR, et le logiciel de post-traitement permet aux utilisateurs de réduire ou de supprimer le bruit pour accentuer ce qu'ils recherchent.
Utilisation de la télédétection Certaines technologiques d'acquisition de données au moyen de satellites profitent désormais à l'archéologie ayant donné naissance à l'archéologie spatiale. Bénéficiant du traitement informatique, les images satellitaires obtenues apportent une moisson d'informations utiles aux chercheurs. Parmi les dispositifs et techniques utilisés, le radar à synthèse d'ouverture, l'imagerie thermique ou thermographie, ou imagerie infrarouge, et l'imagerie ultraviolet font partie de cette discipline qui part du constat que les structures archéologiques enfouies, qu'il s'agisse de terrassements ou de bâtiments, laissent souvent des traces à la surface en modifiant les propriétés des matériaux qui les recouvrent tels que le sol et la végétation et que ces traces peuvent être plus facilement visibles d'un point de vue éloigné qu'en prospectant en surface. Avec le , l'intensité, la cohérence et l'interférométrie de rétrodiffusion des ondes radar peuvent être utilisées pour identifier des structures archéologiques comme ce fut fait dans un certain nombre de zones dans les environs de Rome, en Italie.
De son côté, l'archéologue américaine Sarah Parcak utilise l'imagerie satellite infrarouge à l'aide de satellites de la NASA pour ses recherches.. Travaillant alors à l'université de l'Alabama à Birmingham, Parcak et son équipe ont mis au jour dans les images infrarouges ainsi collectées dix-sept pyramides, plus de 1 000 tombes et 3 000 établissements anciens enfouis dans les sables du désert égyptien. Des fouilles confirmèrent l'existence de deux pyramides présumées situées près de Saqqarah issues de ce travail de recherche.
Photogrammétrie numérique
thumb|L'un des monolithes d'Alok Ikom, dans l'État de Cross River, au Nigeria.
La photogrammétrie numérique est une autre technologie permettant aux archéologues de procéder au sauvetage numérique de sites en danger en procédant à la numérisation d'enregistrements photogrammétriques 3D de divers artéfacts sur les sites archéologiques qui se détériorent. En utilisant cette technique, une équipe a procédé à la numérisation 3D de plus de 250 monolithes situés au sud-est du Nigeria, les monolithes d'Alok Ikom, inscrits depuis 2007 sur la liste indicative des sites du patrimoine mondial de l'Unesco. Tomodensitométrie et impression 3D Présentation Outre la modélisation 3D et les technologies issues de la géophysique, la tomodensitométrie et l’impression 3D sont désormais des outils au service de l'archéologue. La tomodensitométrie, ou la scanographie par rayons X, permet d'obtenir des images d'éléments internes d'objets sans devoir les détruire évitant ainsi des pertes d'informations tout en permettant d’en comprendre les structures internes, le mode de fabrication et d'en évaluer l’état de conservation grâce à un logiciel qui permet une reconstitution 3D des structures à partir des images en coupe obtenues.
Exemples de travaux réalisés Urne de Guipry