{"word_count": 2566, "character_count": 19896}
1. La problématique                  Qu’est-ce que la « prospection          archéologique » ?          L’emploi des méthodes de prospection géophysique          en archéologie s’insère dans un cadre, celui de la prospection          archéologique. La prospection se différencie de la fouille par son          caractère non-destructif et par l’étendue du terrain investigué,          elle met en œuvre et associe des techniques variées et          complémentaires: analyse des documents anciens, prospection          « pédestre » par observation et (éventuellement) décomptes des          témoins présents à la surface du sol, cartographie des microreliefs          (Lidar aérien), exploitation des photographies aériennes obliques          comme verticales, mesures géophysiques au sol ou aériennes etc. La          prospection archéologique constitue une démarche de terrain à part          entière « susceptible de fournir des données archéologiques          interprétables en termes d’histoire de l’occupation du sol »          (Ferdière et al. 2006).          Les différents outils de la prospection ne          trouvent aujourd’hui leur pleine efficacité que par l’utilisation          d’un SIG (système d’informations géographiques). Les méthodes          géophysiques ne sont pas les seules « archéométriques » ; en          revanche, leur caractéristique propre est qu’elles explorent          directement le sous-sol et non plus seulement sa surface.                          Les propriétés physiques des sols et des          roches et les mesures qu’elles permettent          En prospection géophysique les grandeurs          physiques mesurées à partir de la surface sont sensibles à la          répartition volumique d’une ou plusieurs des propriétés du milieu          sous-jacent, sur le premier mètre le plus souvent, et au maximum sur          quelques mètres de profondeur. Mais de lourdes contraintes limitent          la gamme des propriétés utilisables, elles sont de trois ordres.                      Ces propriétés doivent montrer une            variabilité suffisante avec la nature des différents matériaux            présents sur un site archéologique : des contrastes sont            nécessaires.            La mesure ne doit modifier en rien le            milieu, elle doit être répétable pour respecter le principe de            réfutabilité.            Les mesures doivent être les plus rapides            possible : les possibilités d’interprétation seront d’autant            meilleures que la surface couverte sera étendue et que la densité            de mesure correspondra à un échantillonnage dense respectant le            critère de Nyquist.                    Si les propriétés mécaniques ont pu faire l’objet          d’applications dans un certain nombre de cas et les propriétés          thermiques donner lieu à une application aéroportée, ce sont les          propriétés électriques et magnétiques qui ont été et sont les plus          utilisées en archéologie comme pour la plupart des études portant          sur la proche surface. On utilise ainsi, au sol, principalement          quatre méthodes: la prospection magnétique (mesure des variations          locales du champ magnétique terrestre), la prospection électrique          (injection d’un courant électrique dans le sol par deux électrodes          et mesure de la différence de potentiel en résultant sur deux autres          électrodes), la prospection électromagnétique basse fréquence          (création d’un champ magnétique variable dans le temps et mesure du          champ magnétique créé par les courants ainsi induits) et la          prospection électromagnétique haute fréquence (émission d’une onde          électromagnétique et réception du signal réfléchi à l’intérieur du          sol : Radar-sol ou GPR, Ground Penetrating Radar).                          L’interprétation des mesures          Même si dans beaucoup de cas le dessin en plan          des structures détectées montre une forme qui permet de les          identifier comme anthropiques et, parfois, de les dater          approximativement, le fait que les phénomènes physiques mis en jeu          obéissent à des lois parfaitement connues permet une interprétation          quantitative des données. Elle aboutit à une description de la          répartition de la ou des propriétés considérées dans les trois          dimensions qui permet une détermination relativement précise des          volumes et de la nature des matériaux. Cette interprétation          « géophysique » doit toujours précéder l’interprétation          « archéologique ».                      2. Historique        Comme tous les commencements, celui de la        prospection géophysique en archéologie est difficile à cerner. Des        initiatives ont pu être prises par des intervenants (y compris des        bénévoles) difficiles à identifier, les premières idées et les        premiers tests n’ont pas nécessairement été suivis d’un compte rendu        écrit ou ne l’ont été que quand l’auteur les a jugés « fructueux » et        la diffusion du rapport peut avoir été très restreinte. Deux faits        survenus dans les années trente méritent cependant d’être cités car        ils constituent les premières traces écrites (donc historiques) d’un        projet d’emploi ou d’un emploi de la prospection géophysique en        archéologie.        D’une part Robert du Mesnil du Buisson a publié        dans son manuel d’archéologie (Mesnil du Buisson, 1934) tout un        paragraphe qui décrit le principe des différentes méthodes de        prospection géophysique et propose leur emploi en archéologie :        « Indices gravimétriques, magnétiques, sonores et similaires. En        dehors des taches et autres phénomènes visibles révélateurs        d'accidents souterrains, il existe à la surface des particularités qui        échappent à nos sens et sont dues aussi à l‘état du sous-sol. Des        instruments de précision permettent de découvrir ces particularités        formant aussi des espèces de taches de gravité, de magnétisme, de        conductibilité plus intenses. Nous ne pouvons que mentionner ces        méthodes dont l'emploi devient de plus en plus fréquent dans l‘étude        des mines, mais qui, à notre connaissance, n'ont pu encore être        appliquées aux fouilles archéologiques… »        D’autre part la première prospection électrique        d’un site archéologique a été réalisée en 1938 à Burton Parish Church        (Williamsburg VA, USA) par Mark Malamphy (Bevan, 1999). Ces débuts        sont finalement assez proches du début de la prospection électrique        elle-même, en Normandie, sur le site archéologique de l’abbaye du Val        Richer en 1912 (Hulin et al., 2015) (mais        l’expérimentateur, Conrad Schlumberger, n’avait pas conscience de la        présence de vestiges archéologiques).        C’est en fait à la fin des années cinquante que (en        Europe d’abord) des institutions, et du personnel à temps plein, se        sont engagées dans la prospection géophysique appliquée à        l’archéologie : création à Oxford du Research        Laboratory for Archaeology and the History of Art où la        prospection était l’une des activités principales (34 % des articles        des 5 premiers numéros de la revue Archaeometry        portent sur la prospection), création au Rhienscheslandesmuseum de Bonn d’une équipe de        prospection (1959), création au Royaume-Uni d’un service de        prospection à l’Ancient Monument Laboratory (English        Heritage), en Italie, développement de l’activité de la Fondatione Lerici (1955) dans ce domaine, aux        États-Unis, début d’une activité continue dans le cadre de l’University Museum, University of Pennsylvania        (ASCA 1965). En France, un chercheur CNRS, Albert Hesse, a été        recruté sur cette thématique en 1960 (dans le cadre d’un laboratoire        de géophysique) et deux universitaires, Michel Martinaud et Alain        Tabbagh, se sont engagés dans cette voie à la fin des années soixante,        mais en 1972 le CRA (ministère de la Culture) a refusé la création        d’un service de prospection.                  La méthode électrique          La première méthode mise en œuvre a été la          méthode électrique et les premiers travaux publiés dans une revue          bien diffusée sont ceux de R. J. C. Atkinson (1946). La résistivité          électrique est en effet une propriété qui montre une grande gamme de          variation, avec la teneur en argile, la teneur en eau et la          minéralisation de l’eau. Sa mesure est possible même avec des          appareils très simples (et peu coûteux). L’insertion manuelle des          électrodes conduit néanmoins à des mesures lentes. Le passage à des          mesures rapides acquises au sol en « déplacement continu » a été          long, il a nécessité la mise au point de résistivimètres adaptés et          de nombreux tests pour définir les électrodes (Hesse et al., 1986, Dabas et          al., 1994). La figure 1 montre l’évolution des différents          dispositifs permettant de faire des mesures « en continu » avec          comme électrodes des roues dentées. Cette méthode permet aujourd’hui          la mise en œuvre opérationnelle de mesures simultanées sur trois          profondeurs. La méthode électrostatique où l’injection et la mesure          des différences de potentiel sont assurées par des condensateurs          ouverts a permis de palier le problème du contact entre sol et          électrode et de disposer d’une méthode utilisable en milieux          urbanisés tout en gardant des mesures « en continu »          multi-profondeurs (Tabbagh et al., 2002).          Figure 1: Évolution des outils de prospection          électrique permettant avec des roues dentées la mesure « en          continu ». / Figure 1: Evolution of the mobile          arrays used in continuous while moving resistivity surveying.                              Le dernier modèle à 3 dipôles de mesures          permet trois profondeurs d’investigation différentes. / The electrodes are spiked wheels. The last version has          three different depths of investigation.                          La méthode magnétique          L’adoption de la méthode magnétique a suivi un          cheminement plus tortueux. Il a d’abord été remarqué que les terres          cuites, des tuiles romaines, donnaient des réponses avec les          détecteurs de métaux communs après la guerre (Laming, 1952), mais          cette observation n’a pas eu de suite. La recherche de structures de          cuisson porteuses d’une aimantation thermorémanente susceptible de          permettre une datation (et une meilleure connaissance des variations          passées du champ magnétique terrestre) a conduit à construire un          magnétomètre à proton à précession libre (société Littlemore          Scientific Engineering Company, ELSEC fondée à partir du laboratoire          d’Oxford) de terrain et à le mettre en œuvre en prospection          archéologique (Aitken, 1961). Son emploi a montré que d’autres          structures étaient aussi détectées : les structures en creux          remplies de sol superficiel. Cette observation a conduit à un très          large usage de cette méthode, la plus utilisée au sol aujourd’hui          dans le monde.          Le magnétomètre à précession libre ne permettant          pas des mesures rapides (son cycle de mesure est de 4 s environ), il          a été abandonné pour d’autres capteurs permettant des mesures          rapides en déplacement continu dont l’existence sur le marché est          liée à leurs applications militaires. Depuis le milieu des années          soixante, deux types de capteurs (figure 2) sont ainsi retenus comme          bien adaptés pour la prospection archéologique : les capteurs à          pompage optique qui mesurent le module du champ magnétique terrestre          et les gradiomètres « fluxgate » qui mesurent la différence de          valeur de la composante verticale entre deux hauteurs. Le champ          magnétique dérivant d’un potentiel, l’information apportée par sa          cartographie est en théorie la même quel que soit le type de          capteur. Le choix d’un capteur dépend de considérations pratiques          (minimisation des bruits parasites, facilité de mise en œuvre,          coût). Pour les méthodes électrique et magnétique, il existe          actuellement au moins une société spécialisée dans la fabrication          d’appareils de mesure dédiés à la prospection archéologique (Geoscan          Research, Ltd, Bradford).          Figure 2 : Outils de prospection magnétique :          avec comme capteurs d’une part des gradiomètres « Fluxgate » (en          haut) et d’autre part des sondes à pompage optique (en bas). / Figure 2: Magnetic surveying instruments: Fluxgate          gradiometers (top), optically pumped magnetometers          (bottom).                                              Les méthodes électromagnétiques          Comme cela avait été le cas en prospection          minière, il était logique que les difficultés rencontrées en          prospection électrique conduisent les prospecteurs à se tourner vers          les méthodes électromagnétiques basse fréquence (Electromagnetic Induction, EMI). L’analyse des          possibilités offertes dans ce domaine était cependant compliquée par          le fait qu’il fallait tenir compte à la fois des propriétés          électriques du sol et de ses propriétés magnétiques. Ainsi, alors          que les premières études ont débuté en 1962 ce n’est qu’en 1978          qu’un prototype bien adapté à la prospection archéologique a été          construit (Parchas et Tabbagh, 1978). Par la suite, le marché de la          cartographie des propriétés des sols s’est développé en agronomie et          plusieurs appareils relativement bien adaptés à la prospection          archéologique existent aujourd’hui. La figure 3 présente plusieurs          des appareils utilisés.          Figure 3 : Appareils électromagnétiques basse          fréquence (EMI) utilisés en prospection archéologique. / Figure 3: Low frequency electromagnetic apparatus          (EMI) used in archaeological prospection.                     Les modèles les plus récents comprennent          plusieurs réceptrices permettant des mesures avec plusieurs          profondeurs d’investigation simultanées. La version 2010 de l’EM38 a          2 réceptrices (à 0,5 et 1 m de l’émettrice), le CMD en a 3 (à 0,32,          0,71 et 1,18 m de l’émettrice) le DualEM 421s en a 6 (3 coplanaire          avec l’émettrice et situées à 1, 2 et 4 m, 3 perpendiculaires à          l’émettrice situées à 1,1, 2,1 et 4,1 m de l’émettrice). / Newer ones have several receiver coils thus several          depths of investigation: the 2010 version of the EM38 has two          receivers (at 0.5m and 1m distances from the transmitter coil), the          CMD has three receivers (at 0.32m, 0.71m and 1.28m), the DulaEM 421s          has six receivers (3 coplanar with the transmitter one at 1, 2 and          4m and 3 perpendicular at 1.1, 2.1 and 4.1 m).          En hautes fréquences, pour les radars-sol où la          propriété qui gouverne la vitesse de propagation est la          permittivité, on a dû attendre le développement des applications en          reconnaissance des sols en géotechnique pour que des appareils          soient disponibles. Les premières applications publiées l’ont été en          1975.                          Mise en œuvre de la prospection          géophysique          À côté de la recherche méthodologique et          thématique s’est posé le problème de la mise en place d’une pratique          « industrialisée » de la prospection à même de répondre au besoin de          l’archéologie préventive et programmée sur le territoire national          comme à l’étranger. Cette possibilité, en place dès le début en          Angleterre avec un service public relayé ensuite par des sociétés          privées, a longtemps été bloquée en France par le refus du ministère          et de l’AFAN/INRAP de mettre en place un service adéquat. Il a fallu          attendre que le développement de la cartographie en pédologie          permette les investissements nécessaires (Société Geocarta SA) à la          constitution d’un parc d’appareils en prospection magnétique,          électrique et électromagnétique multi-profondeurs pour qu’une          application « industrialisée » soit réalisable.                      3. Perspectives                  Perspectives quant aux méthodes          Le développement des GNSS          (Global Navigation Satellite Systems) a permis un gain qualitatif en          matière de précision du positionnement et des gains de temps très          significatifs lors des mesures sur le terrain. Sans une localisation          précise, l’utilité des gains en précision de la mesure est en fait          très incertaine. Ce point acquis on cherchera toujours à gagner          encore en vitesse d’acquisition sur le terrain.          L’interprétation va se          développer ; elle s’est souvent limitée à la reconnaissance des          formes apparaissant sur les cartographies mais va devenir de plus en          plus quantitative et si possible immédiate après, voire pendant,          l’acquisition. Elle tendra surtout à être multi-méthodes et          multi-propriétés afin de pouvoir mieux caractériser les matériaux          présents.          La prospection thermique va          désormais pouvoir être mise en œuvre beaucoup plus facilement          qu’avant avec l’emploi de drones et de radiomètres de faible          poids.          La prospection électromagnétique          multi-fréquentielle dans le domaine de l’induction (EMI) qui          permet de mesurer simultanément les quatre propriétés E.M.          (conductivité électrique, permittivité, susceptibilité et viscosité          magnétiques) commence à être appliquée (Simon et          al., 2017). Elle devrait connaître d’importants développements          dans un futur proche.          D’une manière générale depuis une vingtaine          d’années, l’emploi des méthodes géophysiques en faible profondeur          s’est beaucoup développé pour des applications en          agronomie/pédologie et en génie civil notamment (domaine qu’on          appelle en anglais environmental and          engineering). Ce fait garantit l’existence sur le marché          d’appareillages relativement bien adaptés pour la prospection          archéologique alors que de grandes difficultés avaient été          rencontrées pour mettre au point (et financer) des instruments          adaptés en prospection électrique et électromagnétique basse          fréquence. Il est aussi fort possible que de nouveaux outils          d’investigation qui seraient mis au point pour des études          environnementales s’avèrent avoir un usage pertinent en          archéologie.                          Perspectives « métier »          Elles sont très difficiles à cerner, le sentiment          dominant étant que nous sommes en phase d’évolution. Deux points          ressortent : (1) le début du déblocage de la situation à l’INRAP          (qui a engagé un géophysicien en CDI en 2015) et qui voit un grand          intérêt aux prospections après décapage, (2) la prise de conscience          que l’archéologie ne peut se pratiquer qu’en équipe          « pluridisciplinaire » et que chaque équipe de terrain doit faire          intervenir une ou plusieurs personnes maîtrisant les méthodes de          prospection, c’est-à-dire capable d’exécuter elles-mêmes la          prospection et/ou d’établir un cahier des charges pour un          sous-traitant en acquisition de mesures ou en traitement.