1Les tracés linéaires constituent des opérations à part entière avec leurs contraintes propres, liées notamment à l’éventuelle étroitesse de l’emprise d’aménagement. Elles présentent cependant la particularité de recouper de vastes terroirs dont l’étude est généralement faite de manière homogène d’un point de vue scientifique par la mise en place d’une coordination spécifique. En cela, les opérations linéaires de grande envergure permettent d’appréhender une multitude de contextes, aussi bien archéologiques que pédologiques, et de tirer des enseignements souvent riches. Lors de ce type d’opération, la géophysique peut s’avérer particulièrement intéressante à condition que des questions précises lui soient posées. Par la mise en perspective des opérations archéologiques sur des tracés linéaires incluant l’approche géophysique, particulièrement lors du projet canal Seine-Nord Europe (projet CSNE), nous tenterons d’exposer les conditions qui permettent d’obtenir des résultats les plus probants.

Quand et pourquoi ?

2La question première est de savoir à quel moment et pourquoi faire intervenir la géophysique sur une opération d’archéologie préventive. La plupart des études géophysiques réalisées en France sur des tracés linéaires ont été programmées en amont du diagnostic – LGV Sud-Est (Ducomet et Druelle, 1996), A77 (Dabas, 1999a, 1999b), A66, A89 et déviation de Marines (Marmet, 2000), déviation de Wolfisheim et Oberschaeffolsheim (Francisco et al., 2011 ; Habasque, 2014), déviation de Gisors (Guyard, 2008), déviation de Mirebeau-sur-Bèze (Venault et al., 2009), RD201 (Simon, 2012). L’objectif était alors d’aider à l’identification d’anomalies d’origine archéologique avec en filigrane une diminution du taux d’ouverture par tranchées. Sur le tracé du CSNE, une telle démarche avait également été souhaitée par l’aménageur puisque, à l’époque de la mise en place du projet, d’importantes contraintes liées aux délais de réalisation du diagnostic archéologique sur une surface totale de 2 500 ha étaient présentes. Avec l’accord du service régional de l’Archéologie de Picardie, l’aménageur a alors fait réaliser un test sur une surface d’environ 60 ha afin d’établir la pertinence de la géophysique pour la détection des vestiges archéologiques. À cela s’ajoutait la nécessité pour l’aménageur d’obtenir le maximum d’informations quant à la présence d’engins pyrotechniques sur ce secteur recoupant une zone de front de la première guerre mondiale. Une étude comparative entre les résultats de la prospection géophysique (méthodes électrique et magnétique ; acquisition et traitement : Géocarta) et ceux du diagnostic conventionnel réalisé par l’Inrap et sans connaissance des résultats géophysiques montre que sur les 13 sites identifiés, 12 ont été vus par le diagnostic contre 3 par la géophysique toutes méthodes confondues (Hulin et al., à paraître). Une telle différence s’explique d’une part par le caractère ténu des vestiges archéologiques et d’autre part par la pédologie rencontrée sur le tracé du projet. Les sites reconnus sont, dans leur grande majorité, constitués de vestiges ayant peu impacté le sol (bâtiments sur poteaux, fosses peu profondes, sépultures…), vestiges qui, même dans les cas les plus favorables, restent très difficiles à repérer par les moyens géophysiques. De surcroît, les sols traversés sur cette zone test sont, dans leur majeure partie, constitués de luvisols (sols bruns lessivés) développés sur des lœss décarbonatés. Or, il s’avère que sur ce type de sol les contrastes magnétiques sont extrêmement faibles, réduisant d’autant les capacités de détection des vestiges archéologiques.

3Même s’il ne constitue qu’un cas particulier, cet exemple montre que l’usage de la géophysique en phase de diagnostic n’offre pas toujours les informations les plus pertinentes. Les études géophysiques menées sur des opérations linéaires avant diagnostic sont généralement faites avec une très faible connaissance préalable du contexte archéologique et pédologique, ce qui peut présenter le risque qu’elles se révèlent peu rentables par rapport au coût engagé. Pour pallier en partie ce problème et maximiser les capacités de détection, il est alors nécessaire d’employer au minimum deux méthodes géophysiques (le plus couramment magnétique et électrique). Même si les informations peuvent, dans certains cas, être pertinentes, elles s’avèrent très généralement insuffisantes et la réalisation d’un diagnostic conventionnel reste le seul et unique moyen de bien appréhender le contexte archéologique tout en tenant compte des contraintes de coûts et de temps inhérentes à l’archéologie préventive (Fichet de Clairfontaine, 2014 ; Hulin et al., à paraître).

4Pour qu’une étude géophysique soit une réelle aide à l’interprétation et à la prescription, il est nécessaire, et ce quel que soit le domaine d’application, d’avoir des a priori forts sur ce que l’on recherche. L’expérience montre que le non-respect de ce principe est généralement synonyme d’échec, reléguant dès lors la géophysique au rang des méthodes peu fiables. Ces échecs relatifs peuvent être le fruit d’un mauvais choix de méthode ou de configuration de capteurs par rapport au contexte, autrement dit d’une question initialement mal posée du fait de l’absence de certaines informations (types de vestige, contrastes géophysiques, épaisseurs sédimentaires…). Ce constat amène à reconsidérer l’usage actuel de la géophysique en archéologie et à concentrer ses applications dans les cas où les connaissances sont suffisantes pour permettre une étude pertinente concourant à l’obtention de résultats interprétables de manière fiable d’un point de vue archéologique. Si cela est généralement le cas en archéologie programmée, cela ne l’est que très rarement en archéologie préventive, à plus forte raison sur les tracés linéaires où la vision est généralement restreinte spatialement.

5Le constat est tout autre si l’étude géophysique est menée lors de la phase de fouille. Dans ce cas, les connaissances acquises par les fenêtres de diagnostic et/ou de fouille permettent d’entrevoir des perspectives particulièrement intéressantes et d’utiliser la géophysique à bon escient en lui posant des questions claires et précises. C’est cette réflexion et ce choix qui ont été faits sur le projet CSNE et qui ont abouti à déterminer et à affiner des problématiques, que l’on peut classer en trois grandes catégories, à des échelles spatiales très diverses (Hulin et al., 2014a).

Appréhender l’extension d’un site

6La détection des vestiges archéologiques par le biais d’anomalies géophysiques constitue la première catégorie et l’approche la plus commune de cet outil. Elle peut être employée, soit en amont de la fouille afin d’apporter des éléments préalables au décapage, ou bien, comme c’est plus souvent le cas, au moment même de la fouille aux abords immédiats de l’emprise décapée. Son intérêt pour les tracés linéaires est particulièrement évident car elle permet d’étendre la vision, souvent très partielle, du site fouillé sur l’emprise d’aménagement. La visualisation des faits archéologiques et du substrat permet de définir la méthode géophysique la plus pertinente pour le type de contexte rencontré. Les plus communément employées sont les méthodes électrique, magnétique et géoradar. Nous sommes alors typiquement dans le cas où la présence d’informations permet de savoir exactement ce que l’on recherche et d’évaluer au mieux l’intérêt d’une étude géophysique et ses conditions de mise en place.

7De manière générale, sur le CSNE, les résultats les plus probants ont été obtenus sur des ensembles archéologiques bien structurés et sur lesquels il était possible d’associer avec certitude les anomalies géophysiques aux structures identifiées et caractérisées en fouille. Le complément des données de fouilles par la carte géophysique permet ainsi d’obtenir une vision d’ensemble pertinente du site archéologique en en retraçant les grandes lignes directrices.

Le cas de la fouille de Saint-Christ-Briost, dans la Somme.
Ce site (responsable d’opération : Claire Barbet, Inrap) constitue un exemple pertinent pour illustrer cette approche. L’intervention géophysique avait pour objectif de compléter la vision des occupations protohistoriques et gallo-romaines qui n’étaient que partiellement appréhendées par la fouille limitée au tracé du canal. La méthode électrique a été employée sur une surface d’environ 1,5 ha de part et d’autre de l’emprise. Le positionnement de la prospection s’est fait au fur et à mesure de l’avancement de la phase terrain en concertation avec l’archéologue permettant ainsi d’optimiser l’étude. La carte obtenue [ill. 1] permet de prolonger la plupart des fossés en dehors de l’emprise par l’intermédiaire d’anomalies linéaires résistantes. La présence des retours de fossés constitue une information de première importance puisqu’ils permettent de connaître les limites et les formes des différents systèmes d’enclos. La caractérisation des faits archéologiques par la fouille aide alors à restituer les grandes phases d’occupation. La pertinence des résultats obtenus ici réduit de manière considérable le champ des possibles en termes d’interprétation et permet de tendre vers une vision objective de l’occupation humaine sur ce site.

Intégrer un site dans son environnement

8L’intégration d’un site archéologique dans son environnement est une démarche essentielle pour déterminer et comprendre les conditions d’installation humaine, notamment dans les contextes de fond de vallée où les contraintes liées à l’eau sont particulièrement évidentes. Il s’avère que, dans ce type de contexte géomorphologique, la géophysique propose des outils efficaces en termes d’informations morpho-sédimentaires. Plus précisément, la mesure de la conductivité électrique peut nous renseigner sur les variations du taux d’argile dans le sol. Les propriétés physiques particulières de ce matériau permettent une bonne discrimination des différents ensembles géomorphologiques.

9De nombreuses études de ce type ont déjà été réalisées pour caractériser les fonds de vallée et ont montré l’intérêt et la robustesse de ce type d’approche couplée à l’étude géomorphologique conventionnelle. Malgré cela, leur mise en œuvre dans des contextes d’archéologie préventive est relativement récente (Simon, 2012 ; Marcigny et al., 2013), notamment car ce type d’étude nécessite d’investiguer de grandes surfaces sur, voire au-delà, de l’emprise du projet d’aménagement. Cette démarche, bien qu’extensive, reste néanmoins rapide puisque le choix d’un maillage adapté aux entités recherchées permet de couvrir des surfaces d’une dizaine d’hectares par jour.

10Cette approche, tout comme celle liée à la détection de l’extension des sites archéologiques, montre l’intérêt d’étendre l’étude au-delà de l’emprise de fouille. Dans de nombreux cas, elle permet d’appréhender de manière plus précise le site concerné par l’aménagement. L’investissement engagé pour la compréhension de l’environnement du site trouve alors tout son sens dans la démarche préventive en répondant à des questions que la fouille seule laisserait inévitablement en suspens. Il s’agit alors de reconsidérer, au moins partiellement, le projet scientifique construit autour du site et d’inscrire son environnement immédiat comme un élément à part entière qui ne peut être dissocié du site ou de la partie du site concerné par l’aménagement. Ce constat s’avère particulièrement pertinent sur les tracés linéaires où la faible largeur d’observation constitue une contrainte forte à la compréhension des sites. Dans ce travail, le rôle du service régional de l’Archéologie en charge du projet est primordial.

Cartographie de conductivité électrique du tronçon de la vallée de l'Oise.
Plusieurs implantations humaines allant du Mésolithique à l’âge du Fer ont été diagnostiquées (responsables d’opération : Frédéric Joseph, François Malrain et Karine Raynaud, Inrap) puis fouillées (responsables d’opération : Karine Raynaud, Caroline Riche et Gaël Barracand, Inrap). La cartographie de conductivité a été mise en œuvre en parallèle des fouilles afin de définir les grandes unités géomorphologiques sur de vastes étendues autour des sites. Ce sont donc trois secteurs proches qui ont fait l’objet d’une telle étude sur les communes de Montmacq, Thourotte ainsi que Choisy-au-Bac (Oise) à la confluence entre l’Aisne et l’Oise [ill. 2]. Au total, 103 ha ont été étudiés par méthode électromagnétique. Il a ainsi été possible de mettre en avant différents ensembles géomorphologiques avec notamment des paléochenaux présentant des comblements argileux ou bien encore des montilles se traduisant par des ensembles plus résistants et qui nous renseignent sur la dynamique fluviatile. Ce travail, réalisé en collaboration avec la géomorphologue (Céline Coussot, Inrap) permet de reconstruire les processus morpho-sédimentaires et de proposer un modèle le plus réaliste possible. D’un point de vue archéologique, la connaissance du contexte géomorphologique permet ainsi de mieux cerner les choix d’implantation des occupations mésolithiques, à proximité immédiate d’un cours d’eau.

Reconnaître et caractériser des phénomènes anthropiques sur surface décapée

11Enfin, à une tout autre échelle, la géophysique peut également être mise en œuvre directement sur surface décapée, au moment même de la fouille. Cette démarche a été mise en place et quasi systématisée pour la première fois sur le projet CSNE (Hulin et al., 2012) et d’autres applications du même type ont également suivi en Alsace (Simon, 2012). L’objectif est ici différent puisqu’il porte sur la caractérisation des niveaux de sols et des structures archéologiques.

12Cette caractérisation s’appuie sur des paramètres magnétiques. Il est en effet reconnu que certaines activités humaines peuvent modifier la teneur et la composition des oxydes de fer dans les sols et par conséquent leurs propriétés magnétiques. Parmi celles-ci, on note les phénomènes de chauffe, le travail du fer ou, dans une moindre mesure, la matière organique (Le Borgne, 1955, 1960, 1965 ; Aitken et al., 1958 ; Tite & Mullins, 1971 ; Marmet, 2000). Ainsi, la mesure de paramètres tels que la susceptibilité magnétique ou la viscosité magnétique peut apporter de précieux indices sur ces différents phénomènes d’origine humaine. Cette caractérisation magnétique vient alors s’ajouter aux observations faites par l’archéologue sur le terrain, permettant ainsi de mieux appréhender tout ou partie du site.

13La caractéristique première de ce type d’étude est que les mesures sont réalisées sur surface décapée. Le retrait des horizons de sol superficiels offre deux avantages majeurs. Il offre d’une part la possibilité de se rapprocher des niveaux archéologiques et d’obtenir un signal géophysique plus fort. D’autre part, il permet de s’affranchir d’une source importante de bruit magnétique généré par l’hétérogénéité de l’horizon superficiel. Ainsi, les mesures réalisées sur surface décapée sont moins bruitées et possèdent une dynamique plus importante du signal d’origine archéologique. Il devient alors possible d’observer des variations plus fines et en particulier des phénomènes n’ayant laissé aucune trace visible sur le terrain. On parle alors de fantômes magnétiques (Linford, 2004 ; Fröhlich et al., 2005 ; Hulin et al., 2012 ; Simon et al., 2012).

14Les applications sont multiples mais la plus pertinente reste sans nul doute la détection des zones de forge. Cette démarche mise en œuvre sur le CSNE a permis de repérer ce type d’activité sur trois sites différents alors qu’aucun élément factuel ne laissait présager leur présence (Hulin et al., 2014b). L’association de la géophysique avec une étude paléométallurgique a permis de cerner rapidement et caractériser avec précision ces zones invisibles à l’œil nu et ce aussi bien sur les niveaux archéologiques que sur le terrain naturel. Cette approche trouve tout son intérêt sur les tracés linéaires où l’étroitesse des emprises de fouille ne permet pas forcément d’appréhender correctement les faits archéologiques. Tout élément de caractérisation supplémentaire est alors le bienvenu pour aider à la compréhension globale du site.

La villa gallo-romaine de Noyon.
Sur ce site (responsable d’opération : Marjolaine de Muylder, Inrap), une zone de forte susceptibilité magnétique aux contours bien marqués a pu être identifiée [ill. 3]. L’observation visuelle a permis de relier ces fortes valeurs à la présence de battitures et un protocole de prélèvement pour l’étude paléométallurgique a été mis en place. Un sol de forge en place et en lien direct avec le plan d’un bâtiment a pu être mis en évidence. Sans l’étude géophysique, le repérage de cette forge datée entre le II^e et le IV^e siècle de notre ère aurait été quasiment impossible du fait du caractère particulièrement ténu des indices visuels.

15Actuellement, que ce soit pour les tracés linéaires ou pour tout autre type d’aménagement, la géophysique ne peut se substituer au travail de l’archéologue mais vise à le compléter. Ainsi, le diagnostic en tranchées demeure le mode d’évaluation indispensable à l’évaluation du potentiel archéologique. Il est le seul moyen fiable de détecter, de repérer et de caractériser les sites, dans un même temps, tout en respectant les contraintes de budget et de délais propres à l’archéologie préventive. L’intérêt des prospections géophysiques en phase de diagnostic peut, en revanche, se révéler très positif dans quelques cas bien précis, notamment lorsque les aménagements recoupent des sites déjà bien connus, lorsque des contraintes techniques particulières sont présentes (conditions d’accès difficiles pour une pelle mécanique, en contexte urbain...) ou pour la recherche de phénomènes géomorphologiques (paléochenaux, dolines, cavités…). L’apport de la géophysique en archéologie préventive prend tout son sens lors de la phase de fouille où les applications sont nombreuses et généralement particulièrement informatives puisque des questions précises peuvent être posées au géophysicien. Les connaissances préalables constituent, à n’en pas douter, un des éléments essentiels à la réussite d’une étude géophysique et ce d’autant plus sur les tracés linéaires où le format même de l’aménagement implique une très grande variabilité de contextes. À partir de ces prérequis indispensables, la géophysique pourra alors permettre de fournir une vision plus large du site et de s’affranchir, au moins en partie, des limites propres à l’aménagement.