LES PROSPECTIONS ARCHÉOLOGIQUES GÉOPHYSIQUES À SENON-AMEL (Meuse)

    (Résumé de la communication présentée lors du colloque de l'ADRAL à Verdun le 13 octobre 2013 par JCS)

 

Depuis 2005, l'association des Amis de Senon et du Pays de Spincourt, avec l'aide financière du Conseil Général de la Meuse, du Service Régional de l’Archéologie et de la société Maximo, a engagé des campagnes annuelles de prospections archéologiques par méthodes géophysiques réalisées par la société Géocarta. Ces campagnes ont essentiellement concernés les sites de Senon et d’Amel-sur-l’Etang. Ces sites archéologiques sont  connus depuis la fin du XIX^e siècle. Des fouilles ont été effectuées uniquement à Senon en  1847-1850 (J. Clerx, Vieillard) sur un établissement balnéaire puis en 1917 (F. Drexel) sur un fortin gallo-romain, un établissement public et des thermes. Dans ces dernières décennies, seulement des sondages et fouilles préventives ont été réalisés.

Afin d’étudier l’étendue et le plan des vestiges suspectés par la prospection pédestre ou découverts en prospection aérienne, nous avons fait le choix d’employer des méthodes de détections géophysiques des vestiges enfouis.

 

Méthodes géophysiques employées

Les méthodes géophysiques peuvent être classées en deux types : celles qui utilisent un champ créé par le géophysicien et celles qui utilisent un champ naturel (comme le champ magnétique terrestre). Quelle que soit la méthode utilisée, le potentiel archéologique d'un site, défini par des techniques de prospection géophysique, est le résultat de prises de mesures, à l’aide d’appareils divers, permettant de détecter les "anomalies" par rapport à la situation "naturelle" du terrain.
 

Mesure de la résistivité :

La première méthode mise en œuvre en prospection géophysique archéologique a été la mesure de la résistivité apparente du sol (apparente car le sol n’est pas homogène). La résistivité d'un matériau, représente sa capacité à s'opposer à la circulation d’un courant électrique. Elle correspond à la résistance d'un tronçon de matériau de 1 m de longueur et de 1 m² de section et elle est exprimée en Ohm.mètre (Ω.m).

Cette résistivité sera élevée pour un sol sec ou pierreux et sera basse s’il est humide, salé ou argileux

(marnes de 40 à 200 Ω.m, sol pierreux nu de 1500 à 3000 Ω.m).

Les mesures peuvent se faire manuellement et même avec des boitiers de commutation entre les différentes électrodes, elles sont fastidieuses et demandent beaucoup de temps.

Sur Senon et Amel nous avons utilisé une technique automatisée, l’ARP® (Automatic Resistivity Profiling) mis au point par M. Dabas et Géocarta en 2001. L’ARP®  utilise le principe de montage dit quadripôle où les électrodes sont placées aux quatre coins d’un carré. Plus l’écartement entre les électrodes est grand, plus la profondeur d’investigation est grande. On considère qu’une structure ne peut être détectée si son diamètre est inférieur à la profondeur d’enfouissement.

La prospection se fait le long de profils parallèles espacés de 1 m et dans le même temps le système ARP® mesure la résistivité à plusieurs profondeurs d’investigation. Dans ce profilage on s’intéresse peu aux valeurs absolues de résistivité apparente mais plutôt aux variations locales.

Le matériel utilisé se compose d’un dispositif d’injection et de mesure de courant tracté par un quad. Le premier essieu portant des roues dentées espacées de 1 m sert à injecter un courant alternatif de 120 Hz à 5 à 10 mA. Il est suivi à 0,5 m, 1 m et 2 m de 3 essieux portant des roues dentées espacées de 0,5 m, 1 m et 2 m qui permettent de mesurer la différence de potentiel et d’intégrer des volumes de sols croissants.

La mesure se fait automatiquement selon un pas choisi par l’opérateur (ici tous les 10 cm) quelle que soit la vitesse d’avancement. On obtient ainsi 300 000 mesures de résistivité par hectare.

Le positionnement précis des mesures est effectué grâce à un GPS RTK qui informe du positionnement relatif par rapport à un point fixe, il est couplé à un radar doppler qui assure la régularité de la distance entre chaque mesure.

Les coordonnées de ces points et les mesures sont enregistrées directement sur un ordinateur embarqué. Par cette méthode on a des informations sur la résistivité du sol entre 0 et 50 cm, entre 0 et 1 m et entre 0 et 1,70 m de profondeur. La résistivité varie selon les structures présentes à ces profondeurs, les murs et pierriers sont plus résistants que des fossés comblés. Cette technique de prospection  donne une indication sur la profondeur d'enfouissement et les dimensions réelles des structures.

 

Prospection magnétique

Avec l’Automatic Magnetic Profiling (AMP) employé  par Géocarta on mesure le gradient des variations de la composante verticale du champ magnétique terrestre, la valeur de cette composante étant perturbée par des structures sous-jacentes. Un chariot non magnétique tiré par un quad porte une antenne GPS et cinq gradiomètres (ici deux magnétomètres à saturation de flux (fluxgate) Bartington distants verticalement de 1 m) espacés les uns des autres de 50 cm.  Ce montage permet d’éliminer des variations du champ magnétique terrestre qui ne sont pas liées au sous-sol et aussi éliminer l’influence des structures profondes (plusieurs mètres à plusieurs km). La gamme de mesure va de + ou – 100 nT/m (nanoTesla). Le gradient ne varie que de quelques nT seulement sur les structures archéologiques de type bâti ou fossé à quelques dizaines, voire centaines de nT sur les structures de chauffe (briques, four, etc.) ou métalliques et la résolution est de 0,05 nT/m. Le quad effectue des trajets parallèles tous les 2,5 m dans le sens des cultures à la vitesse maximale de 15 km/h. Les mesures sont effectuées tous les 7 à 8 cm, les données ainsi que le positionnement sont enregistrés sur un ordinateur embarqué sur le quad (250 000 à 300 000 mesures par ha).

 Avec cette méthode nous n'avons pas d'information sur la profondeur d'enfouissement des structures ni sur leur taille réelle.

 

Prospection radar (GPR : Ground Penetrating Radar, radar à pénétration de sol ou géo-radar)

Le radar transmet un signal électromagnétique d’une certaine fréquence en salve et enregistre la réflexion de cette onde en fonction de ses interactions avec les objets ou structures et les différentes strates se trouvant sous la surface du sol.

La force des réflexions enregistrées est proportionnelle aux propriétés diélectriques et de conduction des strates et des objets que l’énergie transmise rencontre. L’intensité du signal retour se traduit par les contrastes de couleur noir-blanc au niveau des radargrammes. Plus le signal est blanc ou noir plus la variation d’intensité est importante.

En basse fréquence (200 MHz) et selon le terrain rencontré, la profondeur d’investigation est de l’ordre de 2 à 3 m avec une résolution latérale décimétrique. En moyenne fréquence (600 MHz), la résolution latérale est centimétrique mais la profondeur de pénétration des ondes est plus faible (entre 50 cm et 1 m en fonction de la nature du terrain).

Cette technique adaptée tant aux environnements ruraux qu’urbains, permet l’identification et la localisation en profondeur des vestiges à travers le sol, le macadam et le béton. Elle permet de détecter  les fondations, les murs, les niveaux de sols et les cavités. Dans les terrains argileux le radar n'est pas performant.

Le matériel utilisé est un radar STREAM X à 200 MHz. C’est un système modulaire multi-antennes (8 antennes espacées de 12 cm pour le radar de 1 m de largeur) qui peut être monté sur un chariot poussé à la main ou tiré par un quad. Après mise en place de repères orthonormés, l’acquisition se fait tous les trois centimètres, le long de profils rectilignes espacés de 1 m.

Le radar est couplé à un GPS RTK. La prise de données tous les 3 cm est gérée par une roue codeuse (chariot manuel utilisé en 2012) ou un radar doppler (chariot tracté utilisé en 2013). L’image radar donne une indication des dimensions  et de profondeur réelles des structures enfouies.

 

                                                      

                                                                                 ARP

 

                                                             

                                                                                       AMP

 

                                                                                                       

                                                                            Géo-radar manuel

                                                                               

Traitement des données géophysiques

Les données brutes obtenues comportent des erreurs de différentes nature ou même sont  ininterprétables dans le cas du radar (hyperboles). Elles sont donc traitées par différents filtrages pour éliminer les points aberrants, corriger les changements d’orientation des magnétomètres, éliminer les effets de la pollution magnétique de surface, atténuer les effets régionaux d’origine géologique ou anthropique. Une interpolation est effectuée avec une maille de 30x30 cm en ARP et 15x15 cm en AMP.

 

Analyse des résultats

Cette étape nécessite la confrontation de toutes les données disponibles (orales, écrites, cartographiques, photos aériennes, prospection pédestre, sondages). Un SIG peut faciliter la caractérisation des structures anthropiques récentes (chemins, voie ferrée, drains agricoles),  la visualisation de différentes caractéristiques (dimensions, orientation) des structures archéologiques et leur interprétation par rapport aux données enregistrées sur chaque couche (cartes IGN, cadastre, photos aériennes).

Sur la commune d’Amel, la prospection électrique a révélé un complexe cultuel (théâtre, temples, thermes probables) entouré de divers bâtiments dont la fonction n’est pas déterminée et d’habitations plus ou moins grandes. Les vestiges s’étendent sur une surface d’environ 15 ha.

Sur Senon, un vicus gallo-romain d’une superficie d’environ 35 à 40 ha a été mis en évidence par la prospection magnétique. On remarque la présence de voies de circulation dont une est bordée par des maisons rectangulaires allongées qui sont interprétées comme des boutiques. Il existe aussi un théâtre (45 m de diamètre) et un enclos cultuel contenant plusieurs fana.

Les structures du centre de la petite cité sont très concentrées et leur densité est beaucoup plus lâche en périphérie, où l’on observe des habitations plus étendues (domus).

 

Conclusion

Ces techniques de prospections sont des méthodes non destructives complémentaires. Les informations obtenues sont à confronter aux données de prospection pédestre, aérienne, iconographiques. Elles permettent l’étude extensive d’un site ou des détails d’une structure particulière (radar) ainsi que la détermination de la nature et du degré de conservation des structures enfouies. Ces méthodes peuvent apporter une aide à la planification urbaine (PLU Plan Local d'Urbanisme) en établissant un diagnostic archéologique et éventuellement permettre une fouille ciblée sur une structure particulière. En l’absence de fouilles, afin d’apporter une information accessible et attrayante au grand public, la précision des données peut aussi autoriser une restitution 3D des structures avec toutes les réserves d’interprétation que cela implique.

 

 

Bibliographie

Clerx J. Notice sur d’anciennes constructions romaines découvertes en 1847 au village de Senon, département de la Meuse, à 28 kilomètres de Verdun, sur la  route qui conduit à Longwy.

Mémoires de l’Académie Nationale de Metz, 1847-1848, XXIX° année, p. 145-146

Dabas M., (in collection Archéologies, La prospection, Ferdière A. dir.), Errance, Paris, 1998, 224 p.

La prospection géophysique, p. 161-206

Geocarta (société) Cartographie géophysique Senon / Amel (55), décembre 2012

Reiners H., Drexel F. Eine Römersiedlung vor Verdun, herausgegeben im Auftrage des AOK 5, München, Bruckmann, 1918, 33 p., 16 pl.

Vieillard  Bains gallo-romains découverts à Senon. (Extrait d’une lettre adressée à M. de Caumont)

Bulletin monumental, 1852, p. 368-375

Web : www.senon-epona.fr  (divers articles sur Senon et Amel dans la section DOSSIERS/ARCHÉOLOGIE)

 

  

                                     Vue partielle du complexe cultuel d’Amel (résistivité)   

                             

   

 

 

                                                 Vue partielle du vicus de Senon (magnétique)

 

               

            

 

                                           Senon (zone du théâtre en prospection géoradar