Airborne LiDAR technology is widely used in archaeology and over the past decade has emerged as an accurate tool to describe anthropomorphic landforms. Archaeological features are traditionally emphasised on a LiDAR-derived Digital Terrain Model (DTM) using multiple Visualisation Techniques (VTs), and occasionally aided by automated feature detection or classification techniques. Such an approach offers limited results when applied to heterogeneous structures (different sizes, morphologies), which is often the case for archaeological remains that have been altered throughout the ages. This study proposes to overcome these limitations by developing a multi-scale analysis of topographic position combined with supervised machine learning algorithms (Random Forest). Rather than highlighting individual topographic anomalies, the multi-scalar approach allows archaeological features to be examined not only as individual objects, but within their broader spatial context. This innovative and straightforward method provides two levels of results: a composite image of topographic surface structure and a probability map of the presence of archaeological structures. The method was developed to detect and characterise megalithic funeral structures in the region of Carnac, the Bay of Quiberon, and the Gulf of Morbihan (France), which is currently considered for inclusion on the UNESCO World Heritage List. As a result, known archaeological sites have successfully been geo-referenced with a greater accuracy than before (even when located under dense vegetation) and a ground-check confirmed the identification of a previously unknown Neolithic burial mound in the commune of Carnac.

Until recently, archeological prospection using LiDAR data was based mainly on expertbased and time-consuming visual analyses. Currently, deep learning convolutional neural networks (deep CNN) are showing potential for automatic detection of objects in many fields of application, including cultural heritage. However, these computer-vision based algorithms remain strongly restricted by the large number of samples required to train models and the need to define target classes before using the models. Moreover, the methods used to date for archaeological prospection are limited to detecting objects and cannot (semi-)automatically characterize the structures of interest. In this study, we assess the contribution of deep learning methods for detecting and characterizing archeological structures by performing object segmentation using a deep CNN approach with transfer learning. The approach was applied to a terrain visualization image derived from airborne LiDAR data within a 200 km² area in Brittany, France. Our study reveals that the approach can accurately (semi-)automatically detect, delineate, and characterize topographic anomalies, and thus provides an effective tool to inventory many archaeological structures. These results provide new perspectives for large-scale archaeological mapping.

Nearshore areas around the world contain a wide variety of archeological structures, including prehistoric remains submerged by sea level rise during the Holocene glacial retreat. While natural processes, such as erosion, rising sea level, and exceptional climatic events have always threatened the integrity of this submerged cultural heritage, the importance of protecting them is becoming increasingly critical with the expanding effects of global climate change and human activities. Aerial archaeology, as a non-invasive technique, contributes greatly to documentation of archaeological remains. In an underwater context, the difficulty of crossing the water column to reach the bottom and its potential archaeological information usually requires active remote-sensing technologies such as airborne LiDAR bathymetry or ship-borne acoustic soundings. More recently, airborne hyperspectral passive sensors have shown potential for accessing water-bottom information in shallow water environments. While hyperspectral imagery has been assessed in terrestrial continental archaeological contexts, this study brings new perspectives for documenting submerged archaeological structures using airborne hyperspectral remote sensing. Airborne hyperspectral data were recorded in the Visible Near Infra-Red (VNIR) spectral range (400–1000 nm) over the submerged megalithic site of Er Lannic (Morbihan, France). The method used to process these data included (i) visualization of submerged anomalous features using a minimum noise fraction transform, (ii) automatic detection of these features using Isolation Forest and the Reed–Xiaoli detector and (iii) morphological and spectral analysis of archaeological structures from water-depth and water-bottom reflectance derived from the inversion of a radiative transfer model of the water column. The results, compared to archaeological reference data collected from in-situ archaeological surveys, showed for the first time the potential of airborne hyperspectral imagery for archaeological mapping in complex shallow water environments.

En août 2007, des vacanciers découvrent deux couples de lames de haches polies plantées dans une vase argileuse sur l'estran de Porh Fetan, dit du Petit Rohu, qu'ils signalent au service régional de l'Archéologie de Bretagne, ainsi qu'au musée de Carnac. La morphologie de ces lames et le matériau employé permettent d'emblée de les identifier aux spécimens en roches alpines largement documentés dans la région. Une autorisation est alors sollicitée par le SRA (Rennes) pour le Laboratoire de recherches archéologiques (UMR 6566, Nantes) auprès du DRASSM (Marseille) en vue d'une opération d'archéologie sous-marine et terrestre. Une première mission menée à l'occasion des grandes marées du 28 septembre 2007 ne permet pas de ramener une nouvelle récolte d'objets, mais provoque la découverte sur site d'un ouvrage de stèles submergé, structure formant au moins un alignement de dalles chutées (un seul bloc de chant encore en place) qui sont aussitôt relevées en plan, complétées lors d'une seconde mission aux grandes marées du 27 octobre. Une troisième mission décidée aux dernières marées de l'année, le 26 novembre, conduit à la découverte d'une nouvelle lame de hache, mais en fibrolite et au contact d'une stèle. Des sols tourbeux, visibles par intermittence depuis plusieurs années sous le sable marin, sont progressivement dégagés puis détruits par l'océan sur une plage de plus en plus amaigrie au cours du temps ; ces sols conservent des traces de labours, parfois croisés, et des empreintes d'Ongulés. Le contexte environnemental permet d'avancer que les lames de haches furent enfouies dans un milieu marécageux développé derrière un cordon dunaire, au pied d'un affleurement rocheux remarquable, le rivage devant être éloigné de quelque 500 m au milieu du V e millénaire av. J.-C., date relative proposée pour le rassemblement de ces objets. L'ouvrage de stèles et l'emplacement du dépôt sont actuellement recouverts par plus de 5 m d'eau. Ces vestiges architecturaux rejoignent la liste récemment établie des découvertes sous-marines similaires faites en baie de Quiberon, ria d'Etel et 54 Serge CASSEN et al.

Pour comprendre les modalités de l’implantation de la résidence, l’étude a été élargie à son contexte local et régional. Un premier territoire de 10 km2 a fait l’objet d’un relevé lidar [fig. 301]. Celui-ci a fait apparaître une série de sites, complétant ceux qui étaient déjà connus aux alentours. De nombreux tumuli [fig. 302], répartis le long de la grande voie est-ouest [fig. 307] et de sa perpendiculaire nord-sud, sont attribués à l’âge du Bronze. Ils côtoient cinq enclos quadrangulaires de 70-80 m de côté [fig. 303] qui sont semblables à certains habitats du second âge du Fer étudiés dans la région [fig. 304]. Aucun habitat antique cependant, mais on note que c’est aux sources de St-Symphorien que le seul aqueduc romain de Bretagne vient capter son eau. Au viie s., une puissante résidence élitaire s’installe juste au nord, à Bressilien [fig. 305]. Elle est entourée de nombreux enclos curvilignes attribués au haut Moyen Âge d’après ceux qui ont été fouillés dans la région. L’un d’eux abritait un atelier de sidérurgie [fig. 301 : 15]. Une petite motte castrale s’implantera ensuite sur cet atelier, le long de la voie, et une autre plus imposante à quelques kilomètres plus à l’ouest [fig. 306]. Sont apparus également plusieurs sites d’exploitation minière [fig. 308]. L’étude archéologique a pu bénéficier des résultats obtenus par le BRGM dans sa propre recherche [fig. 309] : la présence d’or alluvionnaire est récurrente, et une vingtaine de gisements aurifères ont été repérés au nord du bassin de Châteaulin ; au sud, ils sont moins nombreux mais les tests géochimiques ont été positifs à quatre reprises autour de Saint-Symphorien. Dater ces mines est difficile en l’absence de fouilles ; une partie devait être active aux phases 4 et 5 de Paule, d’après les indices recueillis sur le site.Le rayonnement de la résidence devait excéder 10 km2. Un deuxième territoire a donc été défini et étudié en prospection aérienne et terrestre en parallèle des fouilles : le « Centre Bretagne ». Une cartographie des sites attribués à l’âge du Fer d’après leur morphologie ou les objets qui y ont été découverts en a été tirée [fig. 310]. Elle recense 150 habitats enclos comparables à ceux des phases 1 et 2 de Paule [fig. 311]. Certains, d’après leur forme ou la présence d’enclos funéraires, doivent être contemporains de la phase 1 [fig. 312]. Un travail est en cours sur les autres enclos, qui ont été édifiés en grand nombre entre le iiie et le ier s. av. J.-C. Ils sont plus difficiles à caractériser car leur typologie est variée. Le fait que les données de fouille soient peu nombreuses sur le Centre Bretagne oblige à étendre l’examen de ce point à toute la région [fig. 313]. On constate ainsi que durant les trois derniers siècles avant notre ère, le plan des habitats enclos est le plus souvent quadrangulaire, avec un superficie parfois voisine de celle de la phase 2 de Paule. Tout change à la phase 3, lorsque le site est protégé par une clôture monumentale : seules six enceintes quadrangulaires délimitées par des remparts d’une hauteur supérieure à 2,50 m [fig. 314] sont connues en Centre Bretagne. Les seules fouillées jusqu’ici, Paule et Trégueux, ont été édifiées aux iiie et iie s. av. J.-C. Celle de Paule n’est pas la plus vaste ni la plus imposante. Le rempart de Saint-Nicolas-du-Pélem mesure encore 4 m de haut, et deux remparts concentriques délimitaient Plonévez-du-Faou. L’enceinte de contour édifiée à Paule lors de sa phase 4 est encore plus rare. La seule identifiée est celle de Huelgoat / Le Camp d’Artus dans le Finistère [fig. 315]. Daté des iie et ier s. av. J.-C., trois fois plus vaste que Paule, le site est considéré comme l’agglomération majeure de la cité des Osismes. Par ailleurs, la répartition des enceintes quadrangulaires et de contour montre que, pour la plupart, elles sont positionnées près de voies antérieures à la fondation de Carhaix-Vorgium. On peut donc penser qu’elles avaient pour fonction le contrôle et l’entretien du réseau viaire [fig. 316].Deux cités occupaient autrefois la partie occidentale de la péninsule Armoricaine : celle des Osismes et celle des Vénètes. Sur ce vaste territoire, 72 enceintes sont datées de l’âge du Fer : 42 sont des barrages d’éperon de moins de 2 ha répartis le long des côtes, des rivières et des rias, et 25 des enceintes quadrangulaires assez semblables à celle de Paule [fig. 317], si l’on en juge par la fouille de Trégueux / La Porte Allain (Côtes-d’Armor) ou par les prospections effectuées sur d’autres sites [fig. 318]. Six enceintes de contour sont recensées : trois couvrent entre 2 et 6 ha et deux sortent du lot avec 30 ha : Guégon / Le Camp de Lescouët (Morbihan), peut-être capitale des Vénètes, et Huelgoat. Paule se situe à l’interface, avec 10 ha.Sa basse-cour, imperceptible avant la fouille, montre que seuls les sites dont les remparts périphériques ne sont pas arasés sont connus. Les recherches engagées sur les enceintes quadrangulaires les plus petites (< 2 000 m2) révèlent en effet qu’elles sont entourées d’autres enclos dont la plupart abritent des dépendances [fig. 319-320]. Même constatation pour les enceintes d’une superficie proche de 1 ha. À partir des trois cas les mieux étudiés en Bretagne, Paule, Plaudren et Trégueux, on peut même proposer un modèle d’organisation pour les iie et ier s. av. J.-C., dans lequel l’enceinte quadrangulaire domine une agglomération [fig. 321-322]. Implantée sur l’un des principaux carrefours de la péninsule à l’âge du Fer, celle de Paule occupe une position remarquable. Sa proximité avec la frontière présumée entre les cités osisme et vénète incite par ailleurs à s’interroger sur le rôle de certaines de ces enceintes dans la défense du territoire.Établir les spécificités du Camp de Saint-Symphorien dans le corpus des habitats de l’âge du Fer bretons impose de distinguer les trois étapes principales de son évolution. Dans sa première phase (vie s.-début du iiie s. av. J.-C.), il peut être comparé à la quinzaine d’habitats contemporains fouillés dans la région et aux centaines de fermes encloses de la même période révélées par la prospection. Sa seule particularité tient à l’ampleur de ses installations et à son plan élaboré, sans équivalent. Sa deuxième phase (début du iiie s. av. J.-C.) voit l’édification d’un petit rempart et de tours qui lui confèrent un aspect monumental. Les seuls sites fouillés comparables dans la région sont ceux d’Inguiniel et de Trégueux. Mais d’autres sont à identifier parmi les centaines qui ont été vus d’avion ; certains ont pu être dotés de tours portières ou de tours d’angle comme Paule. La troisième phase (seconde moitié du iiie s. av. J.-C.), qui voit la construction d’une résidence fortifiée, demeure exceptionnelle dans la péninsule, mais là encore, il paraît difficile de croire à son caractère unique. Une centaine de grands enclos délimités par de larges fossés peuvent supporter la comparaison. Leur forme est quadrangulaire lorsqu’elle n’est pas guidée par le relief du terrain ; ils couvrent de 1,4 à 2 ha, et leur dispositif remparé est large d’env. 10 m.En résumé, la grande « ferme » des origines, qui abritait toute la maisonnée sous un seul toit, est devenue – pour reprendre les termes utilisés pour les habitats élitaires du Moyen Âge – une « maison forte », caractérisée par des constructions plus imposantes que celles des « maisons planes » contemporaines. Puis elle s’est transformée en un « château fort » dans lequel résidait la famille, les personnes qui travaillaient à son service étant cantonnées dans une cour séparée. Enfin, durant les iie et ier s. av. J.-C., naît un « bourg castral », une agglomération placée sous son contrôle. Cet essor sans pareil traduit vraisemblablement l’accroissement de la richesse et de la puissance d’une famille. Tout témoigne en effet d’un enrichissement constant qui se traduit aussi bien dans la qualité des constructions que dans la diversité des objets jetés ou perdus.La conquête romaine va changer la donne. Les Osismes sont soumis en 57 av. J.-C. avec les autres peuples armoricains. Aucune colonie n’a été installée sur leur territoire. Moyennant le versement d’un tribut, la vie a pu continuer selon les anciennes lois et coutumes. Puis, vers -15, il a fallu doter la cité d’une capitale digne d’accueillir le siège des nouvelles institutions. Rome a choisi de fonder une ville ex nihilo sur un plateau bordé d’une rivière, au cœur du bassin de Châteaulin et à mi-chemin entre les enceintes de Paule et de Huelgoat, implantées sur les hauteurs. L’enceinte et l’agglomération de Paule ont été démolies. Un lieu de culte a perpétué leur mémoire, marquant l’ancestralité et la légitimité de la famille propriétaire au moment où elle s’impliquait sans doute dans les transformations politiques de la cité. Le lien de l’ancienne agglomération avec la capitale de cité antique s’incarne d’ailleurs dans l’aqueduc qui, aux iie et iiie s. ap. J.-C., capte les sources de St-Symphorien pour l’alimenter. La puissante famille qui possédait ces terres en a-t-elle facilité la construction ? Dans ce contexte, on ne peut qu’être surpris par l’édification d’une nouvelle résidence élitaire dans les mêmes lieux au viie s. Ce choix tient-il à la proximité des grands axes, à la présence des sources, aux mines dont l’activité aurait été relancée ou au retour de la famille sur ses terres ancestrales ?