Étude des transferts de masse et de chaleur dans la grotte de Lascaux : le suivi climatique et le simulateur

Résumé En Fr

Mass and heat transfer in Lascaux cave : cumatological observations and simulations The cave of Lascaux, discovered in 1940 and located in the Dordogne area in France, is inscribed in the Unesco World Heritage List. It is considered as one of the major prehistoric caves in the world. Since its discovery, several problems have occurred, due to the huge amount of visitors, and their release of vapour and carbon dioxide by their breath, causing the formation of calcite and the apparition of green algae and mosses. The Ministry of Cultural Affairs had the cave closed in 1963. Since then, prehistorians, archaeologists, geologists, and hydrogeologists have tried hard to maintain the cavity in the most stable state possible, using remote monitoring to record the variations in temperature, hygrometry, and carbon dioxide gas pressure. The biological equilibrium remained fragile, and in 2001, colonies of micro-organisms, mushrooms and bacteria developed on the rock edges and on the floor. This attack made the authorities and the Minister of Culture and Communication create the scientific international committee of Lascaux cave, a multidisciplinary committee (composed of archaeologists, physicists, geologists, hydrogeologists, and conservators working together) to understand the mechanisms of apparition of the micro-organisms in order to stop their propagation. Among the measures taken by the committee, a better understanding of the flows in the cave was considered very important, and has induced the creation of a simulation tool, the «Lascaux Simulator». The non-intrusive character of simulation is one of the major assets of this method. The numerical simulation in fluid mechanics is here dedicated to the conservation of the cave of Lascaux. The simulator is based on a computational fluid dynamics code named Aquilon. A three dimensional survey has been done in the cave using laser scanning. An accurate topology of the environment is incorporated in the simulator. Starting from this point, governing equations of the fluid mechanics are solved and parameters such as temperature, velocity or moisture content are known in every point of the cavity. Thermal conditions are chosen based on the analysis of the calculated and measured temperature data for more than 50 years. In this article, two configurations are presented, the first one in September 1981, a period during which the cave remained in a stable state regarding condensation, and the other one in December 1999 ; at this time, temperature was reversed, the ground of the cavity was colder than the ceiling. This phenomenon implied an inversion of the air flow in the cave. Finally, the removal of the dividing wall of the «Bauer airlock» has been simulated, and it has been shown that the impact on the cavity would be negligible.

La grotte de Lascaux, découverte en 1940 et située en Dordogne dans la vallée de la Vézère est inscrite au Patrimoine Mondial de l'Unesco. Elle est considérée comme l'une des grottes ornées les plus importantes au monde. Les visites qui ont suivi sa découverte ont perturbé l'équilibre de la cavité et induit sa fermeture en 1963. Depuis, elle a retrouvé un état à peu près stable, jusqu'en 2001 où une attaque de micro-organismes a eu lieu. Suite à cette prolifération, un comité scientifique international pluridisciplinaire a été créé par le ministre de la Culture et de la Communication. Ce comité a d'emblée souhaité disposer d'une meilleure compréhension des écoulements présents dans la cavité. Pour répondre à cette demande un nouvel outil a été créé, le «Simulateur Lascaux», basé sur un code de mécanique des fluides numérique. Un des principaux atouts de cette méthode est son caractère non intrusif. Deux configurations climatiques ont été choisies dans cet article. En septembre 1981, la grotte était dans des conditions «stables» : les températures dans la roche entourant la grotte suivaient le schéma classique augmentant avec la profondeur. La seconde configuration (en décembre 1999) concerne une période précédant des travaux dans la cavité : les températures se sont inversées se trouvant être plus élevées à la voûte qu'au sol. Cette inversion a conduit au confinement de la grotte. Finalement, les écoulements résultant du retrait d'une cloison ont été appréciés grâce au simulateur, et il a été montré un impact négligeable de ce retrait sur l'équilibre de la cavité.