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RAPPORT GEOPHYSIQUE

TOLEDE

06/02/2009

SERVICES CARTOGRAPHIQUES Agriculture – Viticulture – Archéologie – Environnement

FICHE D’ETUDE GEOPHYSIQUE Titre : Etude de la zone archéologique de la ville de Tolède Statut du rapport : Rapport intermédiaire Date : 06/02/2009

17 pages

Auteur : Sylvain Trillaud

Date du rapport :

Société : GEOCARTA

06/02/2009

Relecture : M. Dabas Adresse : 16 rue du Sentier 75002 Paris Mail : archeologie@geocarta.net Tel : 01.55.80.76.38 Fax : 01.55.80.76.37 Financement : Toletum Visigodo Adresse : C/Trinidad, 5, 1° A – 45002 Toledo Emetteur de la recherche : IGT – International Geophysical Technology Adresse : Fuerteventura 4, 1°-4 – 28700 San Sebastian de los Reyes, Madrid.

Tel : 91 519 99 15 Acquisition : GEOCARTA

Date d’acquisition :

Opérateurs : X. Cassassolles, M. Dabas, G. Caraire.

12-15/01/2009

Matériel :

ARP

Traitement des données : S. Trillaud

Date de traitement :

Société : GEOCARTA

26/01/2009-05/02/2009

Mention de protection : protégé Mention de diffusion : Interne et externe Documents fournis : Observations diverses :

Acquisitions : MD-XC-GC

Traitements : ST

Rapport : ST

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– SOMMAIRE –

Introduction________________________________________________________ 3 1

Prospection géophysique par méthode électrique ________________________ 4

1.1 Principe de base __________________________________________________ 4 1.2 Matériel utilisé ____________________________________________________ 4 1.3 Protocole d’acquisition ______________________________________________ 6 1.4 Traitement des données ____________________________________________ 6 1.5 Lecture des cartes de résistivité ______________________________________ 6 2

Résultats _______________________________________________________ 8

2.1 Déroulement de la prospection _______________________________________ 8 2.2 Lecture des cartographies géophysiques _______________________________ 9 Conclusions _______________________________________________________ 10 Figures ___________________________________________________________ 11

Figure 1 – Zone de prospection d - Tolède. ......................................................................................... 3 Figure 2 - Schéma du dispositif de mesure vu du dessus ..................................................................... 5 Figure 3 - Système ARP09 sur le site ................................................................................................... 5 Figure 4 - Histogramme et échelle de couleur d’une carte de résistivité ............................................ 6 Figure 5 – Localisation des zones prospectées) .................................................................................. 8 Figure 6 – Localisation des zones de prospection ARP et surfaces .................................................. 12 Figure 7 – Prospection ARP – Profondeur d’investigation 0-0.5 m ................................................. 13 Figure 8 – Prospection ARP – Profondeur d’investigation 0-1 m .................................................... 14 Figure 9 – Prospection ARP – Profondeur d’investigation 0-2 m .................................................... 15 Figure 10 – Prospection ARP – Interprétations des 3 profondeurs d’investigation sur carte de prospection 0-0.5 m............................................................................................................................ 16 Figure 11 – Prospection ARP – Interprétations des 3 profondeurs d’investigation ......................... 17

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Introduction Dans le cadre de l’étude d’un site archéologique de la Ville de Tolède, la société IGT a mandaté Geocarta afin de réaliser une campagne de mesures géophysiques par traîné électrique automatisé ARP. L’objectif de l’intervention géophysique est de détecter des éléments archéologiques susceptibles d’être présents sur les parcelles intéressées.

Du 13 au 15 janvier 2009, l’acquisition des données géophysiques a eu lieu sur 9 secteurs représentant 8,9 ha. 7,1 ha ont été cartographiés à 3 profondeurs d’investigation (0-0.5 m, 0-1 m, 0-2 m) en maille métrique (archéologique).

Ce rapport présente le déroulement de la campagne de prospection ainsi que les résultats des études menées.

Figure 1 – Zone de prospection d - Tolède.

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1 Prospection géophysique par méthode électrique 1.1 Principe de base La méthode électrique permet de caractériser les variations de la résistivité électrique apparente du sous-sol. Elle consiste en la mesure de la différence de potentiel (tension électrique mesurée en Volt) générée par un courant, d’intensité fixée (quelques mA), injecté dans le sol. La valeur de la résistivité électrique apparente (notée Rho, mesurée en Ohm.m) se déduit des valeurs de l’intensité du courant, de la différence de potentiel et du facteur géométrique propre à la géométrie du dispositif employé lors de l’acquisition des données.

La résistivité varie principalement selon la nature des matériaux constitutifs du terrain et de la teneur en eau de ceux-ci. Les variations de résistivité seront donc sensibles aussi bien à des structures en « dur » (pierres, maçonneries,...) qu’à des structures de type remblais ou fossés. En règle générale, une structure empierrée ou maçonnée sera plus résistante qu’une structure fossoyée. C’est cette variation de résistivité apparente qui sera mise en évidence lors de la prospection et qui pourra être interprétée en terme de structures archéologiques ou géomorphologiques.

1.2 Matériel utilisé Le matériel utilisé est le dispositif multipôle ARP08 (Geocarta), composé en tête d’un dipôle émetteur de courant électrique suivi d’une série de trois dipôles récepteurs de mesure du potentiel électrique, résultat de la circulation du courant dans le sol. Les écartements croissants des dipôles, correspondant à la distance émetteur-récepteur (50 cm, 1 m, 1.70 m) permettent d’intégrer des volumes croissants de sol et par extension des profondeurs de plus en plus importantes (respectivement 50 cm, 1 m et 1.70 m ). Le courant utilisé pour l’injection est de 10 mA. Le système permet de réaliser des mesures de résistivité au pas de 20 cm quelle que soit la vitesse d’avancement. Ainsi, en réalisant des profils espacés de 1 m dans une parcelle, le dispositif permet d’acquérir plus de 150 000 mesures de résistivité par hectare.

L’ensemble du système est breveté.

La rapidité d’acquisition des données sur le terrain est assurée par l’utilisation d’un quad qui permet de réaliser des profils avec une vitesse de près de 15 km/h. Cette vitesse et la nécessité de s’adapter au mieux aux formes de la parcelle prospectée imposent un système électronique de mesure des résistivités et de positionnement dGPS ainsi que leur contrôle en temps réel. La localisation des mesures est assurée par un GPS Starfire assurant une précision planimétrique décimétrique (bifréquence différentiel).

Précisons que le GPS ne permet pas de fournir directement les altitudes orthométriques (hauteurs au-dessus de la mer, autrement dit celles fournies sur les cartes IGN). En effet, l’altitude obtenue par technique GPS est une hauteur ellipsoïdale, purement géométrique, c’est-à-dire la distance entre le repère au sol et l’ellipsoïde de référence. La transformation de cette composante en hauteur orthométrique exige nécessairement l’information sur l’ondulation du géoïde de précision compatible à celle obtenue par le GPS (centimétrique). En d’autres termes, la détermination des altitudes orthométriques par GPS nécessite la combinaison du géoïde, des données issues du GPS (altitudes ellipsoïdales) et du nivellement de précision

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(altitudes orthométriques). La précision des résultats reste tributaire de la qualité du modèle du géoïde (local ou global), des coordonnées des points exprimées dans le système géodésique (WGS 84) ainsi que du réseau de nivellement national (NGA) Dans notre cas, le constructeur du GPS utilise un modèle global de géoïde et les hauteurs fournies dans ce rapport sont des hauteurs orthométriques utilisant ce modèle.

Le système est piloté en temps réel par un PC embarqué permettant l’acquisition, le contrôle et la mémorisation des données de position et de résistivité électrique.

Figure 2 - Schéma du dispositif de mesure vu du dessus

Figure 3 - Système ARP09 sur le site

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1.3 Protocole d’acquisition Afin de répondre aux exigences de plus grande efficacité quant à la taille des structures, la prospection électrique a été effectuée en relevant des mesures tous les 20 cm en suivant des profils de longueurs variables et espacés d’un mètre. Le dispositif « multi-électrodes » a permis d’imager en un seul passage la même zone selon trois profondeurs d’investigation différentes, à savoir 0 à 50 cm, 0 à 1 m et 0 à 1,7 m.

1.4 Traitement des données Après un recalage spatial, les données sont transcrites en terme de résistivité apparente en fonction de la géométrie d’électrodes employée. Un filtrage systématique des valeurs de résistivité est ensuite effectué afin d’éliminer les points faux n’ayant pas de réalité archéologique. Après cette séquence de traitement, les données sont réinterpolées selon un maillage régulier de 25 cm x 25 cm (objectif archéologique) afin d’être visualisées sous forme cartographique. Différentes séries de filtrage (médiane, régional, convolution spatiale, Wallis) permettent de faire ressortir les anomalies présentant un intérêt.

1.5 Lecture des cartes de résistivité Nous rappelons que, quelle que soit la qualité des sorties papier, il y a une perte d’information importante entre le document numérique, qui seul sert de base à l’interprétation, et la sortie papier incluse dans ce rapport. Un CD avec les images est fourni afin d’obtenir une meilleure visualisation.

Sur chacune de ces cartes, les valeurs de résistivité sont représentées par un jeu de couleur allant du blanc (valeurs les plus basses) au noir (valeurs les plus hautes). Un histogramme attribué à chaque carte permet de préciser : •

la palette de couleur utilisée (1)

•

les valeurs de résistivité qui lui correspondent (en ohm.m) (2)

•

les pourcentages des valeurs de résistivité obtenues (3)

•

le pourcentage de valeurs écrêtées pour la représentation de la carte (en rouge) (4)

3 4

4 2

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Figure 4 - Histogramme et échelle de couleur d’une carte de résistivité

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L’histogramme comme l’échelle de couleur sont des informations très importantes puisqu’ils permettent : •

la connaissance de la gamme de valeurs, leur étendue et leur représentativité sur la carte,

•

le zonage des mesures sous forme de tâches colorées,

•

la comparaison de ces zones de résistivités entre elles,

•

l’examen de l’étendue et répartition spatiales de ces zones.

Les valeurs de résistivité indiquent la difficulté avec laquelle le courant s’est diffusé dans le sol en un endroit donné. Plus les valeurs sont élevées, plus le milieu est résistant au passage du courant et inversement. Ce comportement du courant vis à vis du sol dépend des variables pédologiques, de l’état hydrique lors de la prospection et des hétérogénéités rencontrées.

Les mêmes couleurs sont toujours mises en œuvre. Il est de ce fait impératif de vérifier à quelles couleurs sont attribuées les valeurs de résistivité.

Une représentation des cartes en échelle dite identique facilite la comparaison entre différentes cartes ou différentes profondeurs, la même échelle de couleur étant utilisée pour toutes les cartes. Au contraire, l’échelle dite ajustée permet un examen plus précis de la variabilité sur une parcelle par l’utilisation de toute la palette de couleur pour représenter les valeurs de résistivité.

En raison de l’étendue des valeurs de résistivité habituellement observables sur une prospection (il n’est pas rare d’observer des valeurs s’échelonnant de quelques ohm.m à plusieurs centaines d’ohm.m), l’échelle logarithmique est plus adaptée pour la visualisation des données et a donc été préférée pour la représentation de l’ensemble des cartes de ce rapport.

Les résultats de la campagne de prospection électrique sont présentés en partie suivante et en Figure 7 à Figure 11.

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2 Résultats 2.1 Déroulement de la prospection La prospection électrique à maille fine a été réalisée sur une superficie totale de 7,1 hectares afin de cartographier un secteur à susceptibilité archéologique avérée. Les cartes électriques aux trois profondeurs d’investigations différentes apportent des informations complémentaires. De manière générale, la carte de 0 à 0,5 mètre de profondeur est celle qui présente le plus de détails. Les variations à grande longueur d’onde de la résistivité apparente sont à associer à des changements de nature des matériaux du proche sous-sol.

Des effets dus à l’usage urbain des terrains (compaction du sol, remblais, réseaux, fondations récentes) sont visibles et peuvent gêner les interprétations. Les anomalies observées dans le sens de prospection sont également à interpréter avec précaution.

Les mesures ont été effectuées dans un contexte météorologique favorable, suite à un épisode pluvieux le mardi 13 janvier.

e d

f

a

c

b

g

h

Figure 5 – Localisation des zones prospectées)

Les cartes de résistivité sont géoréférencées dans le système de coordonnées UTM30, et l’ensemble des données ont été insérées sous forme d’images dans un SIG.

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2.2 Lecture des cartographies géophysiques Les résultats de l’investigation géophysique sont présentés en Figure 6 à Figure 11.

On notera que les valeurs de résistivités apparentes sont très contrastées, en raison de la nature des vestiges ciblés d’une part, et de la compaction des sols liée à l’usage urbain des sols d’autre part.

Il est également important de souligner l’influence de l’environnement urbain sur la qualité du positionnement GPS des mesures et de fait, sur les décalages impliqués pour certaines parcelles (g). De même, la qualité des données de résistivité est fortement influencée par l’état de compaction des sols, à l’origine de la dispersion des valeurs de certaines zones.

Les interprétations de la prospection sont à considérer avec précaution. En effet, les anomalies mises en évidence sont de forme assez quelconque, et difficiles à discerner avec précision.

La prospection géophysique est positive sur les trois profondeurs d’investigation, et plus particulièrement pour les voie 1 (0-0.5 m) et voie 2 (0-1 m).

Quelques parcelles présentent des anomalies liées à l’occupation moderne des terrains. C’est notamment le cas des zones g et h, où sont présents des terrains de football et des fondations modernes pour la zone g nord. Les larges anomalies géométriques présentes sur la zone g sud semblent correspondre à des fondations, présentes jusqu’à 1 m de profondeur. Il est intéressant de noter que la profondeur d’investigation 0-2 m permet de mettre en évidence une anomalie linéaire d’orientation discordante sous les anomalies zonales mises en évidence entre 0 et 1 m.

La carte électrique montre des éléments construits présents sur les trois profondeurs d’investigations. La carte de résistivité la plus profonde met en évidence des anomalies de faible contraste ou dédoublées, indicatrices d’une profondeur faible des vestiges.

Au vu de la quantité d’anomalies importantes, de formes et d’orientations irrégulières, la description de tout cet ensemble doit se faire en collaboration avec un archéologue. Les anomalies linéaires résistantes correspondraient à des structures de type construit (bâtiments de divers époques, éléments de réseaux…), les anomalies zonales résistantes correspondraient plus probablement à des amas d’anomalies plus étendues (zones construites très denses ou de conservation moins bonne : effondrements ou démolitions). Les anomalies conductrices zonales sont difficiles à interpréter et sont peut-être plus à mettre en relation avec une absence de résistivité forte. Les anomalies conductrices linéaires sont généralement les traces des divers réseaux.

Certains bâtiments montrent sur les cartes de résistivité des anomalies internes zonales qui peuvent décrire l’existence de sols construits, de caves comblées,…. Les anomalies zonales de même type mais conductrices peuvent être la trace des structures disparues ou marquées par la présence d’un comblement différent.

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Conclusions A l’issue de cette phase de prospection, il apparaît que l’interprétation archéologique est délicate et serait facilitée par des échanges avec un archéologue. La difficulté de l’interprétation est liée à deux facteurs majeurs : d’une part, les environnements urbains ne sont pas des plus favorables pour la prospection géophysique à objectifs archéologiques, en raison de l’occupation des sols (anciennes fondations, réseaux, zones indurées de parking), de leur modification contemporaine, des remblais hétérogènes de matériaux grossiers, etc.

Au vu des résultats et des obstacles rencontrés lors de l’acquisition (notamment les voitures en stationnement), il apparaît nettement que la prospection magnétique n’était pas adaptée à cet environnement.

Les cartes géophysiques peuvent apporter une information primordiale sur la reconnaissance et l’organisation spatiale des structures géologiques et potentiellement anthropiques présentes sur l’emprise de l’étude. Ces informations acquises en amont du diagnostic archéologique traditionnel peuvent apporter des précisions quant à la caractérisation et la localisation de vestiges potentiels.

Concernant les prospections à vocation archéologique, il convient bien évidemment de noter que l’absence d’anomalie ou d’ensemble d’anomalies ne signifie aucunement l’absence réelle de structures archéologiques, et réciproquement. Bien qu’étant un outil offrant de nombreux avantages, la géophysique possède un certain nombre de limites dans la détection de structures qu’il est nécessaire de prendre en compte.

Cette démarche géophysique permet une prise en compte optimale des enjeux archéologiques, et ne prend toute sa mesure qu’en préalable à une opération de fouilles.

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Figure 6 – Localisation des zones de prospection ARP et surfaces

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Figure 7 – Prospection ARP – Profondeur d’investigation 0-0.5 m

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Figure 8 – Prospection ARP – Profondeur d’investigation 0-1 m

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Figure 9 – Prospection ARP – Profondeur d’investigation 0-2 m

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Figure 10 – Prospection ARP – Interprétations des 3 profondeurs d’investigation sur carte de prospection 0-0.5 m

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Figure 11 – Prospection ARP – Interprétations des 3 profondeurs d’investigation

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