Débutées en 1955 et poursuivies jusqu'en 1968 sous la direction de P.R. Giot, les fouilles permirent petit à petit de dégager l'édifice et de mettre en évidence sa structure.

Un premier bilan permettra de découvrir 10 chambres à couloir notées de A à J auxquelles viendra s'ajouter par la suite une onzième notée G' qui avait échappé aux archéologues.
Le dégagement des murets de parement laissera également apparaître l'aspect complexe extérieur du cairn et une construction en deux phases (cairn primaire ou oriental et cairn secondaire ou occidental) ainsi que ses dimensions.
72 mètres de long, large de 20 à 25, le cairn a été édifié à la fin des civilisations du néolithique moyen d'Europe occidentale, c'est à dire il y a environ 6400 à 6700 ans par rapport à maintenant.
Si toutes les chambres possèdent un long couloir d'accès de 7 à 12 mètres, c'est au niveau de leurs modes de construction que se situent les plus grandes différences. En effet, si plusieurs d'entre elles sont de structure purement mégalithique, c'est à dire composées d'imposant blocs de granit, la majorité des autres sont de type "dolmen en tholos" ; des chambres voutées obtenues par un empilement de pierres sèches.
Lors de la restauration, le volume du cairn de Barnenez a pu être estimé à 7000 m3 soit entre 12 000 et 14 000 tonnes de roches, ce qui a du même coup engendré de nouvelles théories quand aux populations du néolithique et leur dégré de connaissance...
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