Géophysique

Initialement mise au point pour des études en géologie et pour la prospection minière et pétrolière, la prospection géophysique entre dans les pratiques de l'archéologie dans les années 40. Les matériels et logiciels de traitement qui sont utilisés dans le cadre de ces travaux sont rodés et leurs capacités de détection archéologique ne sont plus à démontrer. Ces outils permettent d'étudier le sous-sol à partir de mesures de certaines de ses propriétés.

Dans le cadre du programme TAHMM, seront utilisés le géoradar et le magnétomètre.

Géoradar

Le géoradar ou GPR (Ground Penetrating Radar) est un des outils de la géophysique. Il envoie des ondes électromagnétiques dans le sous-sol grâce à une antenne émettrice. Lorsque ces ondes rencontrent des changements de textures et/ou de composition du sous-sol, une partie du signal est renvoyé vers la surface et enregistré par une antenne réceptrice.

La profondeur d'acquisition des données dépend des types d'antenne et des longueurs d'ondes qu'elle peut envoyer dans le sous-sol mais aussi de la conductivité de ce dernier. Plus le sous-sol sera conducteur et plus le relevé sera limité en profondeur. De plus, il faut prendre en compte la fréquence de l'antenne émettrice. Plus elle est élevée plus la résolution des données sera fine mais la perception sera moins profonde qu'avec une antenne à fréquence plus faible. (Fig. 1)

Figure 1 - Principe de fonctionnement du géoradar

Le relevé s'effectue en déplaçant l'antenne émettrice et le boîtier de commande sur le terrain à prospecter suivant des lignes parallèles régulièrement espacées (Fig. 2). L'antenne doit toujours être en contact avec le sol. L'écart entre chaque ligne de relevé déterminera la précision de ce dernier. Plus l'écart sera large et moins précis sera le relevé. D'une façon générale, elles sont le plus souvent écartées de 50 cm.

Le résultat de l'acquisition est un ensemble de radiogrammes (un radiogramme par ligne de relevés effectués) qui sont ensuite traités dans un logiciel dédié. Après association et filtrage, il est possible d'obtenir une cartographie 3D du sous-sol.

Le géoradar permet donc d\'obtenir une représentation 3D des contrastes de permittivités ou de conductivités rencontrés par les ondes électromagnétiques émises et d\'y distinguer des anomalies pouvant correspondre à des structures archéologiques. Cet outil a été utilisé par Ted Gracson à Laurrau (Pyrénées-Atlantiques) dans le cadre des prospections archéologiques dirigées par Mélanie Le Couédic (Le Couédic, Champagne, Contamine, Coughlan, Gragson, & Haley, 2014). Il a montré tout son intérêt en milieu de haute et moyenne montagne en dévoilant, sur plusieurs sites, des anomalies pouvant correspondre à des vestiges d\'aménagements enfouis sous la surface.

Figure 2 - Relevé au géoradar (Photo Poirier. Nicolas)

Le laboratoire TRACES est équipé d'un géoradar de la marque GSSI équipé d'une unité de contrôle SIR 4000 et de 3 antennes émettrices (200 MHz, 400MHz et 900MHz) permettant des acquisitions entre 50 cm et 6 m de profondeur. L'antenne de 400MHz peut être opérée sur le terrain à l'aide d'un chariot à 3 roues poussé ou tiré par l'opérateur (Fig. 2). Les données acquises sont traitées avec le logiciel RADAN7. (Poirier, Géophysique, 2016)

Magnétomètre

Le magnétomètre est un appareil de géophysique qui mesure en surface et enregistre les légères variations locales du champ magnétique terrestre qui sont liées à des variations d'aimantations dans le sous-sol. Ces mesures se font en nano tesla (nT). (Gavazzi & Calou, 2016). (Fig. 3)

Figure 3 - Principe de fonctionnement du magnétomètre

Les anomalies magnétiques ont toujours une partie positive et une autre négative. La forme de ce dipôle dépend de la direction du champ magnétique régional ainsi que des propriétés de la source de l'anomalie

Cet outil est particulièrement adapté pour identifier les structures en creux de type fosses, fossés, des zones ayant subi l\'action du feu (foyer, four, forge) et dans certains cas des murs.

Le laboratoire TRACES (UMR 5608) a acquis un magnétomètre à protons champ total GSM-19. Sa technologie « overhauser » permet de décupler sa sensibilité jusqu'à 0,01 nT avec un échantillon par seconde de relevé. Il est équipé d'un GPS permettant l'acquisition en continu au fil de la marche. Il se compose de deux capteurs installés à la verticale sur une perche accrochée à un sac à dos. Le boîtier de contrôle est positionné sur le ventre du prospecteur et est clipsé au sac à dos. (Poirier, Géophysique, 2016) (Fig. 4)

Figure 4 - Magnétomètre GSM-19