Vestiges fragiles et longtemps mésestimés, les empreintes constituent une source précieuse d’informations concernant la fréquentation d’un site. Actuellement largement étudiées en contexte de plein air, elles le sont beaucoup moins en grotte, contexte dans lequel leur étude a connu son apogée entre les années 1970 et le début des années 2000. Ces dernières années, l’intérêt des préhistoriens pour l’ichnologie en milieu souterrain s’est de nouveau manifesté et s’est concrétisé par la reprise de l’étude des empreintes dans plusieurs grottes ornées. Notre étude s’inscrit dans cette dynamique et vise à contribuer à la recherche autour des empreintes à partir du registre karstique et à participer au renouvèlement de la discipline en Préhistoire. Notre intérêt s’est porté sur les empreintes des grottes de Fontanet (Ariège) et de Cussac (Dordogne), d’abord du point de vue de leur formation et de leur conservation au cours du temps, puis de leur contribution à la compréhension de l’appréhension du monde souterrain par l’Homme au Paléolithique.À travers des observations, inventaires, mesures in situ et un travail ex situ grâce aux outils d’imagerie tridimensionnelle, nous avons mené une étude morphologique et morphométrique des empreintes fossiles. La singularité des empreintes de pied de Cussac nous a, en outre, amené à développer une approche expérimentale afin d’appréhender les différents facteurs ayant pu influencer leur morphologie au moment de leur formation et après celle-ci (taphonomie, port de chaussant, autre ?). Ces expérimentations ont mis en évidence un impact du substrat et de sa remobilisation sur la morphologie générale et les dimensions de l'empreinte, ainsi que la préservation de détails comme les orteils. La réalisation d'empreintes à l'aide de chaussants expérimentaux a conduit de plus à envisager l'utilisation de ce type de protection dans la grotte. Notre approche à la fois pluri et interdisciplinaire permet d’affirmer l’unicité des grottes de Fontanet et de Cussac d’un point de vue ichnologique, archéologique et géomorphologique. Tandis qu’à Cussac, la présence humaine semble avoir été limitée (aller/s et retour/s) et avoir répondu à un objectif précis (réalisation des gravures et dépôts humains ?), à Fontanet, la fréquentation semble s’être inscrite dans la durée et a impliqué plusieurs catégories d’individus (présence de juvéniles) et des activités variées.Des comportements souterrains similaires et qui se retrouvent durant l’ensemble du Paléolithique sont aussi mis en évidence (exploration globale des cavités, etc.). Ces travaux se présentent alors comme une contribution essentielle aux discussions relatives à la fonction de ces deux cavités. / Tracks, which are among the most fragile and underestimated archaeological remains, represent a valuable source of information on site frequentation. In the past few years, they were widely studied in open air contexts. However, their analysis in caves, a context in which their study reached its peak between the 1970s and the early 2000s, is much less common. Recently, interest towards ichnology in subterranean environments re-emerged among prehistorians, and the study of tracks in several decorated caves was resumed. Our study is part of this dynamic and aims to contribute to research on tracks from the karst register and to participate in the renewal of the discipline in Prehistory. We study the footprints of the caves of Fontanet (Ariège) and Cussac (Dordogne), focusing firstly on their formation and conservation over time, and secondly on their contribution to the understanding of the subterranean environment appropriation by human in the Palaeolithic.Through observations, inventories, in situ measurements and ex situ work based on three-dimensional imaging tools, we conducted a morphological and morphometric study of fossil tracks. In addition, we have developed an experimental approach to understand the various factors that may have influenced the morphology of footprints at the time of their formation and since their formation. This multidisciplinary and interdisciplinary approach makes it possible to affirm the uniqueness of the Fontanet and Cussac caves from an ichnological, archaeological and geomorphological point of view and at the same time reveals similar behaviours that can be found throughout the Paleolithic period. The profile of individuals who have frequented these two cavities gradually takes shape. We propose several hypotheses concerning their behaviour and activities in this confined and naturally constraining space and contribute to the discussions relating to the function of these two cavities.

En 1994, la découverte de la grotte Chauvet-Pont d'Arc (Ardèche, France) révéla des marquesthermiques, d'origine anthropique, uniques au monde. Elles sont les témoins de feux préhistoriqueseffectués dans la partie profonde de la cavité. La datation par thermoluminescence des chauffes estcohérente avec la première période de fréquentation humaine il y a entre 37 000 et 33 500 ans. Lesarchéologues ont identifié deux types de thermo-altérations : des changements de couleur et desécaillages. Les changements de couleur résultent de réactions chimiques s'opérant à hautetempérature dans le calcaire, rendant la roche rouge ou grise. Des essais ex situ ont montré que lacouleur rouge survient après une chauffe de 10 minutes à 250oC tandis qu'une température minimumde 350oC est nécessaire pour la couleur grise. Le phénomène d'écaillage provient de fortes contraintesmécaniques dans la roche causées par la dilatation thermique et des processus thermo-hydriques. Deplus, des particules de suie recouvrent encore une partie des parois dans les zones altérées. À partirde ces indices, l'objectif de la thèse est de caractériser les feux de la Galerie des Mégacéros qui sesitue dans la partie profonde de la grotte. L'estimation des quantités de bois, du nombre de feux etde la capacité à alimenter les foyers pourrait aider les archéologues à faire des hypothèses sur lafonction de ces feux.Pour des raisons de conservation, seule la simulation peut reproduire des feux dans la géométrie de lagrotte sans nécessiter sa reconstitution. Cette étude consiste à construire une modélisation numériquede feux confinés et des impacts thermiques résultants. Un couplage fluide-structure est donc développéà partir de deux logiciels open source : OpenFOAM et Cast3m. Le premier effectue la simulation descénarios de feux grâce au module FireFOAM. Le second réalise les calculs thermo-mécaniques dansle massif. Afin d'étendre le champ d'application initial de FireFOAM, des modèles numériques ontété implémentés dans le code. Ceux-ci concernent le dépôt de suie, l'évaluation des risques, lacorrection des mesures par thermocouple et une condition limite en température. De plus, quelquesexigences de modélisation améliorant la qualité des résultats sont détaillées dans le manuscrit. Lemodèle ainsi développé est validé sur des feux expérimentaux exécutés dans une ancienne carrière decalcaire dont les dimensions sont proches de celles de la Galerie des Mégacéros. Du pin sylvestre, quicorrespond à l'essence dont sont issus les échantillons de charbon analysés de la grotte, est utilisécomme combustible. La combustion aboutit à des thermo-altérations analogues à celles observéesdans la grotte Chauvet-Pont d'Arc. Des écaillages et des changements de couleur se sont produits auplafond et aux parois de la carrière. La comparaison avec la simulation est effectuée à partir desmesures de températures, de vitesses ainsi que de concentrations de gaz et de particules.Le modèle numérique est ensuite appliqué à la simulation de feux dans la géométrie de la Galerie desMégacéros. Toutes les zones altérées de cette galerie sont traitées et les scénarios qui ont pu se produiresont précisés. Ces travaux fournissent ainsi une vue d'ensemble de la localisation et de l'intensité desfeux dans cette partie de la grotte. De plus, l'adéquation avec les conditions de vie est indiquée pourles feux les plus puissants. Ces informations pourraient aider les archéologues dans la compréhensiondes fonctions de ces feux. / In 1994, the discovery of the Chauvet-Pont d'Arc cave (Ardèche, France) revealed singularanthropogenic thermal marks on walls. They are the witnesses of high intensity prehistorical firescarried out deep in the cavity. The thermoluminescence evaluation of the heating ages is consistentwith the earlier period of human occupation between 37,000 and 33,500 years ago. The archaeologistsidentified two kinds of thermo-alterations : colour changes and spallings. The colour changes resultfrom high-temperature chemical reactions in limestone, turning rock red or grey. Ex situ tests showedthat red colour happens after heating at 250oC for ten minutes while at least 350oC is necessary forgrey. Spalling stems from high stresses in rock due to restrained thermal expansion and thermohydricprocesses. In addition, part of the walls near thermo-altérations is still covered with soot. From theseclues, this investigation aims to characterize the fires of the Megaloceros Gallery which is located inthe deep part of the cave. Estimating the amounts of wood, the fires number and the ability tosupply the hearths could help make assumptions about the function of these fires.For the sake of conservation, only simulation can reproduce fires in the cave geometry withoutrequiring any reconstruction. This study is to set up a numerical modelling of fires in confinedgeometries and the induced thermal impacts on walls. A fluid-structure coupling is then developedfrom two free open source codes : OpenFOAM and Cast3m. The former manages the simulation offire scenarios through the FireFOAM tool. The latter handles the thermo-mechanical calculations inthe rock mass. To extend the initial scope of FireFOAM, some numerical models have beenimplemented in the code. This relates to soot deposit, danger assessment, thermocouple correctionand a thermal boundary condition. In addition, some modelling requirements improving the qualityof the results are detailed in the manuscript. The advanced model is then validated on experimentalfires in a former limestone quarry which has dimensions close to the Megaloceros Gallery ones. Thesame fuel (pinus sylvestris) as the one identified in the cave is burnt. The combustion led to similarthermo-alterations as those observed in the Chauvet-Pont d'Arc cave. Spallings and colour changesoccurred on the ceiling and walls of the quarry. The comparison with simulation is carried out thanksto the measurement of temperatures, velocities, soot deposits, gases and particles concentrations.The numerical model is then applied to the simulation of fires in the Megaloceros Gallery geometry.All the impacted areas of this gallery are considered and the scenarios that may have occurred arespecified. This investigation then provides an overview of the fires locations and intensities in thispart of the cave. Moreover, the compatibility with living conditions is indicated for the most powerfulfires. These information could help for archaeologists in the understanding of the functions of these fires.

La conservation du patrimoine constitué par les grottes ornées paléolithiques, fragile car très ancien, est un enjeu capital. Dans ce cadre, une approche taphonomique de l’état de surface des parois est envisagée à travers l’étude des concrétions qui recouvrent les parois de grottes. Ceci est primordial pour la compréhension de leurs mécanismes de genèse et de développement qui s’opèrent à l’échelle d’une grotte, d’une salle, d’une paroi ou d’un panneau orné. En effet, ces concrétions peuvent recouvrir de manière partielle ou totale des peintures ou gravures sous-jacentes. L’étude réalisée ici porte sur la caractérisation multiphysique et la variabilité spatiale de deux types de concrétions calcitiques, le mondmilch et les coralloïdes, qui sont fréquemment retrouvés dans les grottes ornées. Elle a été menée principalement dans une grotte laboratoire, la grotte de Leye, à Marquay (Dordogne, France), dépourvue d’intérêt archéologique et située dans la vallée de la Vézère, l’une des régions les plus riches en grottes ornées de France. La composition chimique et la structure des revêtements calcitiques ont été déterminées par l’utilisation conjointe de méthodes de caractérisation physico-chimique comme la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) et la spectroscopie Raman, couplées à des observations morphologiques en microscopies optique et électronique. Les coralloïdes, qui ont été très peu étudiés jusqu’à aujourd’hui, ont fait l’objet d’une attention particulière. La mise en perspective des résultats des analyses physico-chimiques portant sur les concrétions, avec d’une part des données concernant l’environnement souterrain telles que le comportement climatique et hydrologique de la cavité, la présence de micro-organismes, et d’autre part des données relatives à l’isotopie et à la datation de la calcite, permet de discuter les hypothèses de formation des faciès. Enfin, l’analyse statistique d’une base de données de cavités constituée à l’échelle de la vallée de la Vézère contribue à alimenter la réflexion sur les paramètres corrélés à la présence des concrétions. / Paleolithic ornated cave conservation is an issue of major interest for curators who are facing several kinds of alterations. The study of speleothems covering cave walls is crucial to have a better understanding of their formation processes at the scale of a cave, a wall, or a panel. They can indeed, partially or totally, cover paintings and engravings. The present work focuses on the physicochemical characterization and spatial variability of two calcitic concretions, moonmilk and coralloids, that are frequently found in prehistoric caves. This study was conducted in a laboratory-cave called the Leye cave (Marquay, France), a cavity affected by these two types of concretions, but without archeological art and located in the Vézère valley (Dordogne, France), a region with a high density of prehistoric caves. Chemical composition and internal structure of these concretions were obtained by combining physicochemical characterization methods like Raman spectroscopy and Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) coupled with morphological observations. We pay particular attention to coralloids, which were far less studied than moonmilk up to now. Environmental conditions such as climatology and hydrology of the cave, as well as the presence of microbial activity are taken into account in order to interpret the results. Putting these results in perspective with dating and isotopic data allows to discuss different assumptions regarding the formation scenario of these concretions. Finally, a statistical analysis on a database of caves established at the scale of the Vézère valley provides information regarding the correlation between some particular parameters and the presence of the concretions.