Des bifaces de type acheuléen (vers 300 000 à 200 000 av. J-C.) furent recueillis dans les gravières de la Ballastière de La Fosse au Pêchereau et dans celles du Palis à Argenton, lors de la construction de la voie ferrée Paris-Toulouse au milieu du XIXe s. : ils constituent les témoignages les plus anciens, à ce jour, de la présence de l'homme autour d'Argenton-sur-Creuse. Au Pêchereau, une petite grotte fut également révélée par les travaux du chemin de fer de La Châtre à Châteauroux (1898-1899). Des racloirs et des pointes en silex d'époque moustérienne (80 000 à 35 000 av. J-C.) y furent trouvés autour des restes d'un foyer.

Plus récemment, il y a quelque 19 000 ans, les populations solutréennes sillonnèrent la vallée. Des gisements préhistoriques fouillés en amont à Fressignes (Eguzon) et en aval à l'Abri Fritsch de Pouligny-Saint-Pierre attestent leur présence dans des campements en plein air ou des grottes et abris.

C'est à la fin du Paléolithique supérieur, il y a 14 000 ans, que sont occupées sporadiquement les grottes de la Garenne à Saint-Marcel. Les Magdaléniens sont alors confrontés aux ultimes phases très froides de la dernière glaciation, celle de Würm. La végétation n'est qu'une maigre steppe d'où émergent quelques rares bouquets de pins sylvestres et de bouleaux. Ce paysage désolé, balayé par les vents, est parcouru par les troupeaux de rennes, de bisons et de chevaux sauvages.

Des grottes, creusées dans les calcaires bajociens du coteau de La Garenne, ont, par leur exposition au midi, attiré et retenu les chasseurs. D'autant que ces cavités dominent un étranglement rocheux qui fait communiquer deux plaines alluviales abritées des vents du nord.

Ce goulet, large seulement d'une centaine de mètres et franchi en oblique par la Creuse, était le passage obligé des animaux pour se rendre d'un pâturage à l'autre ou lors de leurs migrations.C'était là un excellent affût de chasse et dans ce piège naturel, rennes, bisons et chevaux devenaient des proies faciles.

Le mobilier se compose de navettes (pièce en bois de renne, longue d'une vingtaine de centimètres, fendue aux deux extrémités et ainsi appelée en raison de sa ressemblance avec certaines navettes de tisserand). Avec cet instrument on pouvait travailler le bois, la corne et le bois de renne. Par l'abondance de ses navettes -71 sur les 114 connues en Europe-, La Garenne est le site de référence.

D'une grande abondance, l'industrie osseuse consiste également en sagaies -pointes de "javelot"- dont l'une, rarissime, est creusée d'une rainure conservant encore des esquilles de silex jouant le rôle de barbelures.

Auprès d'un de ces foyers, l'analyse de la répartition spatiale des objets a permis de localiser un espace d'occupation permanente et des endroits où l'on stockait le matériel. Certaines pratiques, rarement signalées dans les habitats de grotte, ont été mises en évidence. Les chasseurs avaient, comme dans un râtelier d'armes, aligné des sagaies dans des fentes de la voûte et, dans quelques anfractuosités, posé des outils en silex.

L'éclairage était assuré par des lampes à graisse. Les fouilles de La Garenne en ont livré 27 sur la centaine recensée en France. Ces lampes sont des pierres calcaires -ou exceptionnellement, en lave de Volvic- creusées d'une cavité naturelle. Du charbon de bois ou des épiphyses osseuses faisaient office de mèche tandis que la graisse animale servait de combustible.

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Sur les parois, la grotte Blanchard porte aujourd'hui encore les traces d'une sorte de badigeon d'ocre rouge, de traits et de points peints en noir et en rouge. On y observe également des marques gravées : hachures parallèles, faisceaux et cercles plus ou moins concentriques. Le seul élément figuratif est une petite tête de cheval gravée, assez rudimentaire, longue d'une douzaine de centimètres, partiellement recouverte de stries.

Cet art mobilier se singularise par la rareté des représentations animales; certes, un bois de renne où sont gravés un bison, deux biches et un cervidé. Mais, traitées de manière réaliste ou schématisée, les figurations humaines occupent ici une place privilégiée. L'exceptionnelle pendeloque "aux danseuses", avec ses six silhouettes se tenant par la main, en est une remarquable illustration.

La tête humaine, si rare dans le Magdalénien classique, est représentée sur l'extraordinaire petit bâton percé en bois de renne, portant un visage vu de face. Il s'agit d'une des pièces les plus extraordinaires livrées par le gisement des grottes de La Garenne.