Dissertation, Otto-Friedrich-Universität Bamberg, 2021

Ausgrabung, Wiederaufbau, Konservierung und Präsentation von archäologischen Holzschiffen ist herausfordernd und mühsam. Solche Projekte dauern mehrere Jahrzehnte, kosten viel Geld und beziehen Spezialisten aus vielen Disziplinen mit ein. Wenn die Schiffe schließlich in Museen präsentiert werden, gilt die Arbeit in der Regel als abgeschlossen. Aber wie sieht es mit der langfristigen Erhaltung aus?
In Europa sind fast 90 archäologische Wasserfachzeuge in Museen ausgestellt. Es gibt verschiedene Konservierungsmethoden, aber am häufigsten ist die Anwendung von Polyethylenglykol (PEG) in verschiedenen Konzentrationen und Molekulargewichten. Das Ergebnis ist ein Verbundmaterial aus Holz und Konservierungsmittel mit unterschiedlichen strukturellen und mechanischen Eigenschaften, je nach Erhaltungszustand. Über das Langzeitverhalten eines solchen Materials ist derzeit noch sehr wenig bekannt. Dennoch wurden bereits an mehreren ausgestellten Schiffen besorgniserregende Verformungen festgestellt, die das Stützsystem und die Präsentation in Frage stellen. Die Erfassung der Schiffsgeometrie oder geometrischer Veränderungen im Laufe der Zeit würde wertvolle Information über den Zustand des Objekts liefern.
Die aktuelle Situation in Museen ist komplex. Der digitale Wandel vollzieht sich wie überall in der Gesellschaft und konzentriert sich in erster Linie auf die Digitalisierung der Sammlungen und die Verbesserung des Fernzugriffs auf die Objekte. Auf der anderen Seite debattieren die Fachleute der präventiven Konservierung über die festgelegten Werte für Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit und benötigen Daten aus dem ‚wirklichen‘ Leben, um deren Auswirkungen auf die Objekte aufzuzeigen. In der Zwischenzeit zielt die Reduzierung von Klimaanlagen und Heizungen in Museen nicht nur auf eine finanzielle Ersparnis, sondern auch von Ressourcen ab. Fragen der Nachhaltigkeit werden in der Tat langsam in die Überlegungen der Museen integriert. In diesem Zusammenhang blieb die Rolle der Restauratoren unverändert: Die Hüter der Ethik mit einer interdisziplinären Ausbildung, die darum kämpfen, ein Forschungsfeld zu werden, aber gleichzeitig davon bedroht sind, verstärkt zu Theoretikern als Praktiker zu werden.
Auf Grund dieser Tatsache und des Bedarfs an mehr Daten über den Erhaltungszustand archäologischer Holzschiffe werden in dieser Doktorarbeit folgende Forschungsfragen behandelt: 1) Wie können Verformungen an archäologischen Holzschiffen in Museen langfristig überwacht werden und 2) wie können geodätische Messsystem diesen Zweck erfüllen? 3) Kann ‚Spatial Monitoring‘ Teil präventiver Konservierungsmaßahmen sein, so wie es etwa das Klimamonitoring bereits ist? 4) Was wird in Museen benötigt, damit Restauratoren geodätische Messsystem in ihren Arbeitsablauf integrieren können?

Ziel dieser Dissertation ist es, geodätische Messsysteme zur Überwachung der Geometrie von archäologischen Holzschiffen zu untersuchen und die Relevanz eines solchen Monitorings innerhalb der präventiven Konservierung zu bewerten. Darüber hinaus zielt dieser Arbeit darauf ab, geodätische Messsysteme und entsprechende Arbeitsabläufe in die konservatorische-restauratorische Praxis einzubetten, um eine Brücke zwischen den beiden Bereichen zu schlagen.
Zunächst werden die grundlegenden Prinzipien erläutert, die für das Verständnis der dreidimensionalen Messung und Überwachung erforderlich sind, um die Wissenslücke zu schließen. Danach werden bestehende Initiativen zu mobilem Kulturgut wie Gemälden, Wandteppichen und Möbeln vorgestellt. Anschließend werden die vier bisher weltweit durchgeführten Initiativen zu archäologischen Holzschiffen im Detail präsentiert: das Kriegsschiff Vasa (1628) in Stockholm/Schweden, das Flaggschiff von Heinrich VIII. Mary-Rose (1545) in Portsmouth/England, der römische Lastkahn Arles-Rhône 3 (1. Jh. n. Chr.) in Arles/ Frankreich und das Wikingerschiff von Oseberg (ca. 800) in Oslo/Norwegen.
Die Bremer Kogge, ein 1962 in Bremen entdecktes mittelalterliches Schiff, das rekonstruiert, konserviert und im Deutschen Schifffahrtsmuseum (DSM) ausgestellt wurde, ist das Kernstück dieser Forschung und die Fallstudie. Im Jahr 2001, nach mehr als 20 Jahren Konservierung, wurden die ersten Verformungen festgestellt, die eine "Korrektur, Stabilisierung und Präsentation" erforderlich machten. Obwohl zuvor mehrere Vermessungen durchgeführt wurden, entstanden 2014 die ersten Skizzen eines Monitorings zur Untersuchung von Verformungen. Während verschiedener Tests, die von der EU-COST-Action "Colour and Space in Cultural Heritage" von 2014 bis 2016 unterstützt wurden, reifte die Monitoring-Methodik und ihre Ziele langsam heran. Die Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik der Jade Hochschule in Oldenburg lieferte die wissenschaftliche Grundlage für die Erstellung des endgültigen Protokolls.
Geodätische Messsysteme bieten nicht nur das Know-How, um Verformungen von archäologischen Holzschiffen zu überwachen, sondern auch die denkmalpflegerische Denkweise. Jeder Schritt wird durchdacht und ein hohes Maß an Selbstkritik sowie das Hinterfragen der eigenen Arbeitsprozesse entsprechen der Konservierungsethik. Drei archäologische Schiffe werden mit laserbasierten (Vasa, Mary-Rose, Arles-Rhône 3) und zwei mit bildbasierten Messverfahren (Oseberg und Bremer Kogge) überwacht. Jede Initiative arbeitet mit Experten aus der Geodäsie/ Metrologie zusammen.

In Stockholm ermöglichten die Ergebnisse der Überwachung eine Neubewertung der Leistung der Klimaanlagen und führten zu einem Austausch der Geräte. In Portsmouth wurden dank der Überwachung Anpassungen an der Stützung während des Trocknungsprozesses vorgenommen. In Arles stellt die Überwachung bereits jetzt die Entscheidung in Frage, den Lastkahn "wie segelnd" zu präsentieren, da das Holz dazu neigt, sich in seine in-situ-Form zurückzulegen. In Oslo muss die Stabilität des Schiffes vor dem Umzug bewertet werden. In Bremerhaven müssen Informationen gesammelt werden, um ein neues Stützsystem zu entwerfen.
Der Vergleich der fünf Initiativen, die sich mit der ‚Spatial Monitoring‘ von archäologischen Holzschiffen in Museen beschäftigen, zeigt, dass geodätische Messsysteme relevante Ergebnisse für die langfristige Erhaltung liefern. Daraufhin muss ‚Spatial Monitoring‘ vor, während und nach der Konservierung integriert werden, da die Überwachung von Geometrieveränderungen ein Teil der Zustandsbewertung sein sollte. Auf Grund der mit der Kogge gesammelten Erfahrungen und der bei anderen Initiativen gemachten Beobachtungen wird ein Arbeitsablauf vorgeschlagen, der anderen Fachleute bei der Gestaltung eines ‚Spatial Monitorings‘ helfen soll.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Bewusstsein für ‚Spatial Monitoring‘ bei den Restauratoren, aber auch unter den entsprechenden Interessenvertretern noch geschärft werden muss. Zusätzlich sollten die Kapazitäten für die benötigte Infrastruktur in den Museen, wie z.B. das erforderliche Fachwissen und die Ausrüstung, aufgebaut werden. Begriffe und Grundlagen aus dem Bereich der Geodäsie und Metrologie sollten in die Lehrpläne der Restauratoren aufgenommen werden und es sollten Möglichkeiten für lebenslange Weiterbildung für aktive Restauratoren geschaffen werden. ‚Spatial Monitoring‘ bietet viele Möglichkeiten in der präventiven Konservierung und hat das Potenzial, auch auf andere große Museumsobjekte angewendet zu werden.

This research was conducted as part of a three-years-doctoral fellowship funded by the German Maritime Museum (DSM), Leibniz Institute for Maritime History, in Bremerhaven (Germany). The goal set up by the institution was “to investigate the possibilities and limits of non-invasive documentation technologies to study long-term behaviours of large-scale museum objects; in cooperation with the engineering research field and the industry, in order to answer conservation-restauration issues.”
Using 3D technologies to look at the deformation(s) on the Bremen Cog, 14th century-wooden vessel on display at the DSM, is an original idea from the author alone. After several years of ‘standstill’, the question of building an adequate support for the ship came back into the foreground and was discussed during a workshop organised by the museum in November 2013. All experts present agreed that nothing could be proposed without knowing more about the object’s current conservation state. The structural weaknesses had to first be identified and understood in order to design the new support. Since wood can be considered as a ‘living’ entity, the question of deformation was essential, to slow down crack formation and anticipate breakage. Monitoring the geometry would help to understand all types of deformations involved in the process, for example seasonal changes as well as more linear and continuous deformation jeopardizing the structure over the long-term. This is how the journey began.
But it took several months for the idea to take root and become reality. Thanks to the participation of Dr. Ursula Warnke, former DSM director, the author was invited in early 2014 to the COST-Action “Colour and Space in Cultural Heritage” COSCH. This platform became an extraordinary opportunity to gain access to specialists and knowledge in the field of 3D technologies, and to be exposed to new ideas. The role of the COSCH in this project is significant and provided the impulse for the doctoral research. In September 2014, the Bremen Cog became a case study to test on three methodologies for acquiring the ship’s deformation(s). Based on the feedbacks from several specialists attesting the scientific relevance of deformation monitoring on an archaeological ship, a doctoral fellowship was funded by the DSM between March 2016 and June 2019.
The very close collaboration with the Institute of Applied Photogrammetry and Geoinformatics (IAPG) from the Jade University of Applied Sciences, in the person of Professor Thomas Luhmann, head of the institute, and scientific staff member Heidi Hastedt, has impacted considerably this work.

Fouiller, reconstruire, conserver et présenter des navires en bois issus de contexte archéologique est une entreprise difficile et fastidieuse. Ces projets s’étalent sur plusieurs décennies, coûtent beaucoup d’argent et requièrent les compétences de nombreuses disciplines. Lorsque les navires sont enfin présentés dans les musées, le travail est considéré comme achevé. Mais qu’en est-il de la préservation à long terme?
En Europe, plus de 90 bateaux issus de contexte archéologique sont présentés dans des musées. Il existe différents traitements de conservation, mais le plus utilisé reste le Polyéthylène Glycol (PEG), ce à des concentrations et des poids moléculaires variés, et le résultat final est un matériau composite bois/consolidant dont les propriétés mécaniques sont variables en fonction du niveau de dégradation du bois. À l'heure actuelle, on sait très peu sur le comportement à long terme de ces matériaux. Pourtant, des déformations inquiétantes ont été observées sur plusieurs embarcations exposées, remettant en cause le support et la présentation. L'acquisition de la géométrie des bateaux ou des changements géométriques dans le temps fournirait des informations précieuses sur l'état de l'objet.
La situation actuelle dans les musées est complexe. Une transformation numérique s'opère comme ailleurs dans la société, se concentrant principalement sur la numérisation des collections et l'augmentation de l'accès aux objets à distance. D'autre part, les spécialistes de la conservation préventive débattent des valeurs fixes de température et d'humidité relative et ont besoin de données provenant de la vie "réelle" pour montrer leurs effets sur les objets. Par ailleurs, la réduction de la climatisation et du chauffage vise non seulement à économiser de l'argent, mais aussi des ressources. Les questions de durabilité sont en effet peu à peu intégrées dans le raisonnement des musées. Dans ce contexte, le rôle des restaurateurs reste inchangé : ils sont les gardiens de l'éthique avec une formation interdisciplinaire, luttant pour devenir un domaine de recherche et menacés en même temps de devenir des théoriciens plutôt que des praticiens.
Compte tenu du contexte et de la nécessité de disposer de plus de données sur l'état de conservation des navires archéologiques en bois, les axes de recherche suivants sont traités dans cette thèse : 1) Comment la déformation des navires archéologiques en bois dans les musées peut-elle être suivie dans le temps et 2) comment les systèmes de mesure géodésique peuvent-ils remplir cette fonction ? 3) Le suivi 3D peut-il faire partie des mesures de conservation préventive, comme c'est déjà le cas pour le suivi environnemental ? 4) Que faut-il faire dans les musées pour permettre aux conservateurs d'intégrer les systèmes de mesure géodésique dans leur travail ?
Cette thèse a pour but d'étudier les systèmes de mesure géodésique pour contrôler la géométrie des navires archéologiques en bois et d'évaluer la pertinence d'un tel suivi 3D (spatial monitoring) dans le cadre de la conservation préventive. De plus, cette thèse vise à intégrer les systèmes de mesure géodésique et les processus de travail correspondants dans la pratique de la conservation-restauration afin créer un pont entre les deux domaines.
Dans un premier temps, les notions fondamentales nécessaires pour comprendre la mesure et le suivi en trois dimensions nous permettent de combler le manque de connaissances. Ensuite, l'étude présente les initiatives existantes pour le patrimoine culturel mobilier, tel que les peintures, les tapisseries et les meubles. Ensuite, les quatre initiatives sur les navires archéologiques en bois, qui ont été menées mondialement à ce jour, sont présentées en détail : le navire de guerre Vasa (1628) à Stockholm, Suède, le navire amiral d'Henri VIII Mary-Rose (1545) à Portsmouth, Angleterre, la barge romaine Arles-Rhône 3 (1er siècle après J.-C.) à Arles, France et le navire viking d'Oseberg (env. 800) à Oslo, Norvège.
La Cogue de Brême, navire médiéval découvert à Brême en 1962, reconstruit, conservé et exposé au musée maritime allemand (DSM), est la pièce maîtresse de cette recherche et l'étude de cas. En 2001, après plus de 20 ans de conservation, les premières déformations ont été observées, nécessitant "correction, stabilisation et présentation"3. Bien que plusieurs études aient été menées auparavant, ce n'est qu'en 2014 que les premières esquisses d'un suivi des déformations ont pris forme. Au cours de différents tests soutenus par l'action EU-COST "Colour and Space in Cultural Heritage" de 2014 à 2016, la méthodologie de suivi et ses objectifs ont lentement mûri.
La collaboration avec l'institut de photogrammétrie appliquée et de géo-informatique (IAPG) de l'université des sciences appliquées de Jade, à Oldenburg, a fourni la base scientifique nécessaire à la mise en place du protocole de suivi final.
Les systèmes de mesure géodésique offrent non seulement le savoir-faire nécessaire au suivi des déformations des navires archéologiques en bois, mais l’état d’esprit a beaucoup en commun avec la conservation du patrimoine. Chaque étape est réfléchie et l'autocritique ainsi que la remise en question de ses propres méthodes de travail sont conformes à la déontologie de la conservation. Trois navires sont suivis via des technologies laser (Vasa, Mary-Rose, Arles-Rhône 3), et les deux autres basées sur l’image (Oseberg et Cogue de Brême). Chaque initiative a collaboré avec des experts en géodésie/ métrologie. À Stockholm, les résultats ont permis d’évaluer la performance de la climatisation menant à une optimisation de l’équipement.
À Portsmouth, des ajustements du support ont pu être effectués durant le séchage. À Arles, le suivi remet d’ores et déjà en question le choix de la présentation « en position de navigation » et montre que le bois à tendance à revenir à sa forme in-situ. À Oslo, la stabilité du bateau est en cours d’évaluation en vue de son déplacement dans le nouveau musée.
À Bremerhaven, les informations sont en cours de collecte afin de pouvoir concevoir un nouveau support.
Comparer ces cinq initiatives de suivi 3D (spatial monitoring) des navires archéologiques en bois dans les musées a permis de montrer que les systèmes de mesure géodésique donnent des résultats pertinents pour la conservation à long terme. Ainsi, le suivi 3D (spatial monitoring) devrait être intégré avant, pendant et après la conservation afin de suivre l’état de conservation et les changements de géométrie. Basé sur l’expérience de la Cogue de Brême et les observations faites dans le cadre d’autres initiatives, un processus de travail a pu être proposé pour aider d’autres professionnels à la conception d’un suivi 3D (spatial monitoring).
En conclusion, le suivi 3D (spatial monitoring) doit encore faire l’objet d’une plus grande sensibilisation auprès des conservateurs-restaurateurs, mais aussi du personnel décisionnaire. De plus, les capacités doivent être développées en ce qui concerne l’infrastructure dans les musées, telle que l’expertise et l’équipement nécessaire. Les notions fondamentales de géodésie et de métrologie doivent être intégrées aux formations initiales en conservation-restauration et des formation continues dédiés aux praticiens actifs devraient être créées. Le suivi 3D (spatial monitoring) offre de nombreuses options en matière de conservation préventive et peut être appliqué à d’autres objets muséaux de grandes dimensions.