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1996
Actes des Journées de Télédétection en Sciences humaines
176

Apports de la télédétection satellitaire à l'étude de l'environnement de sites archéologiques en milieu tempéré, le cas de la vallée de l'Aisne

Use of remote sensing for the study of archeological sites' environment in moderate climate: the Aisne valley
Michèle Chartier et Sylvie Servain

Résumé

Dans le cadre de la constitution d’un SIG en archéologie sur la vallée de l’Aisne, deux scènes Landsat TM (Janvier et Mai 1992) ont été exploitées. Cette étude a permis de définir l’occupation du sol et d’obtenir des informations sur les formations superficielles.

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Entrées d’index

Mots-clés :

télédétection

Keywords :

remote sensing
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Texte intégral

Introduction

1Depuis quelques années, les archéologues se sont intéressés à la télédétection satellitaires . Traditionnellement, les photographies aériennes ont constitué une précieuse source d’information pour les archéologues, en particulier dans le cadre de prospections. Cet outil reste utilisé pour la localisation des sites archéologiques (structures, le cadastre). Les données satellitaires permettent une approche différente, en particulier, une perception régionale de phénomènes liés au milieu physique. Elles apportent aussi des informations sur des phénomènes appartenant au domaine de l’infrarouge (Bildgen et Gilg 1995).

Problématique générale

2La majorité des recherches portent sur des espaces appartenant aux domaines aride, semi-aride ou méditerranéen. Les milieux tempérés, du fait de la présence d’un couvert végétal plus important, qu’il s’agisse des formations forestières ou de cultures, semblent plus difficiles à aborder.

3Il était donc nécessaire d’en évaluer les apports en archéologie pour les milieux tempérés. La vallée de l’Aisne constituait la cadre "idéal" pour ce projet compte tenu de l’importance des recherches déjà réalisées (fouilles depuis dix ans, plus de 1 100 sites découverts sur près de 6 000 ans d’occupation) et de l’ existence d’un SIG pour une partie de la vallée. Il semblait évident que la télédétection ne pourrait nous apporter des informations sur les sites archéologiques. Par contre, elle constitue une source de données pour caractériser le milieu physique et l’occupation du sol actuelle ce qui pouvait permettre d’enrichir la base de données. Les données satellitaires sont sous forme raster ce qui facilite leur importation dans le SIG.

4Les principaux objectifs sont :

  • la définition de l’occupation du sol actuelle et la localisation des certains éléments comme les ballastières, la végétation forestière et les zones urbanisées dans la perspective de réaliser des cartes de prospection,

  • la caractérisation de la pédologie et des formations superficielles (notamment le repérage des secteurs érodés); la définition des zones inondables et la localisation de paléo-chenaux.

5Les résultats obtenus à partir de l’analyse de deux scènes Landsat TM seront présentés. Les traitements ont été réalisés en collaboration avec le laboratoire Pastel (ENS St-Cloud, CNRS-SHS-EHESS).

Définition de l’occupation du sol actuelle (scènes Landsat TM 1992)

Problématique

6Spatialiser et caractériser l’occupation du sol actuelle répond à plusieurs objectifs. Tout d’abord celui d’enrichir la base de données en apportant des informations qui seront utilisées pour certains traitements. Il s’agit des grands thèmes d’occupation du sol : l’eau, les espaces boisés, le parcellaire agricole et les zones urbanisées. Il est à noter que certaines de ces informations (forêt et urbain) sont contenues dans les cartes topographiques de l’IGN mais tout ce qui concerne l’espace agricole est peu ou pas représenté sur les cartes. De plus certains espaces tels que les gravières et les espaces urbanisés sont en extension et méritent un suivi régulier car leurs limites doivent être considérées pour la réalisation de cartes de prospection archéologique

Méthodologie générale

7Le choix des données s’est porté sur le satellite Landsat TM dont une seule scène couvrait l’ensemble de la zone d’étude (ce n’est pas le cas pour SPOT) et qui comporte des canaux dans le moyen infrarouge, qui sont utiles pour discriminer les thèmes d’occupation du sol (Fuller et al. 1994). Les scènes disponibles ne sont pas nombreuses compte tenu du climat de la région (brume matinale) et nous souhaitions disposer de deux scènes de la même année à des saisons différentes afin de pouvoir mieux discriminer l’occupation du sol (Fuller et al. 1994). Notre choix s’est donc porté sur les scènes du 24 Janvier et du 15 Mai 1992.

8La démarche méthodologique comporte trois étapes principales qui sont :

  • l’analyse des deux scènes afin de définir leurs apports,

  • une analyse intra-annuelle pour améliorer les résultats précédents,

  • l’intégration des résultats dans le SIG.

9L’analyse des données combine plusieurs traitements (calcul de néocanaux, seuillage, classifications) dans le but de regrouper les pixels afin de définir les principales catégories d’occupation du sol, en minimisant les confusions.

Analyse par date

10Les traitements sont réalisés sur les canaux bruts. Plusieurs classifications, non supervisées par nuées dynamiques, ont été faites pour les deux images. Il apparaît que l’analyse d’une seule image aboutit à la différenciation des grands thèmes d’occupation du sol mais il n’y a pas de discrimination des zones urbanisées, qui se confondent avec d’autres thèmes.

11Pour la scène de Janvier, il se pose le problème de la qualité des données. En effet, certains canaux sont bruités : on observe la présence de brume sur les canaux du visible (phénomène fréquent dans la vallée de l’Aisne à cette saison) et le canal 5 est "ligné". De plus, à cette date et compte tenu de l’heure de passage du satellite, il existe un phénomène d’ombre dans les talwegs. Ce qui perturbe le signal radiométrique (absorption plus forte) et induit des confusions avec l’eau.

Analyse deux saisons (intra-annuelle)

12Afin de réaliser les traitements, une correction géométrique, par méthode du plus proche voisin, a été faite pour superposer les canaux des deux dates.

13Plusieurs classifications ont été réalisées successivement avec différents canaux ou indices en valeur numérique ou en réflectance, nous présentons les trois plus intéressantes.

Première classification, trois canaux par scène

14Une classification non dirigée par nuées dynamiques, en 12 classes, a été faite sur trois canaux des deux dates (canal 3, 4 et 5 de mai et 3, 4 et 7 de Janvier) qui sont à priori les plus informatifs (Fuller et al. 1994) et les moins bruités pour les données de Janvier. On aboutit à une bonne discrimination de la forêt, du parcellaire agricole, avec une distinction des cultures en fonction de leur taux de couvert en Janvier et en Mai, et des espaces urbanisés. Pour ces derniers, il existe un certain nombre de confusions, limitées en superficie mais qu’il serait souhaitable d’éliminer.

Classification des données en réflectance

15En théorie, il faut traiter des canaux ayant eu une correction radiométrique (Robin M. 1995) afin de considérer des valeurs comparables. Mais, dans le cas de classification, le passage en réflectance qui "écrase" l’histogramme (plus faible étalement de la dynamique) peut être une contrainte. Nous avons donc comparé les résultats de la première classification avec une seconde, réalisée à partir des mêmes canaux en réflectance, en conservant les paramètres de la classification (algorithme, nombre de classes).

16Les résultats obtenus sont comparables : sur les deux images classées on retrouve les mêmes classes thématiques et des confusions identiques. La correction ne semble donc pas avoir eu d’influence sur la qualité des traitements.

Discrimination de l’urbain : classification de canaux masqués

17Nous avons cherché à améliorer la discrimination des espaces urbanisés en réalisant une classification par nuées dynamiques à partir de canaux masqués, c’est à dire en éliminant les pixels appartenant à d’autres thèmes. Sur l’image classée, des pixels localisés dans le tissu urbain se confondent toujours avec des pixels localisés dans des parcelles culturales ou le long des gravières. Il semble qu’il n’est pas possible de séparer ces pixels, d’ailleurs leur valeur numérique (ou leur réflectance) dans les différents canaux sont proches; une classification supervisée des canaux masqués n’a pas donné de meilleur résultat. Seule la localisation des pixels et leur agencement permet de les identifier; d’autres techniques d’analyse doivent être envisagées comme des classifications utilisant la texture des images (He et al. 1994) ou la correction des classifications par l’application de filtres "contextuels" (Groom et al. 1996)

Intégration dans le SIG

18A partir des classifications, nous avons réalisé une image qui comporte les principaux thèmes d’occupation du sol. Elle a été intégrée dans la base de données et corrigée afin d’être géo-référencée (les traitements ont été effectués avec le logiciel ARC/INFO au LISH, CNRS). Ce qui a permis de créer une carte de l’occupation du sol.

19Ces données ont été utilisées pour réaliser des traitements spécifiques sur des zones test (secteur de Braine sur la Vesle) en particulier une carte des potentiels. Il s’agit d’un document d’évaluation des potentialités de conservation des sites archéologiques. Cette carte prend donc en compte les caractéristiques du milieu, la pente et la résistance des roches, mais aussi les difficultés matérielles rencontrées au cours d’une prospection à savoir les secteurs non accessibles : zones urbanisées, forestières, détruites. Pour sa réalisation la carte géologique, la carte des pentes et la carte de l’occupation des sols ont été recodées et combinées sous arc/info. Le document obtenu présente les secteurs très, assez, peu favorables et défavorables à la découverte de sites. Afin d’apprécier la fiabilité du résultat on a surimposé la carte des sites connus pour le secteur test. On observe une très bonne concordance.

Étude des formations superficielles

20La seconde approche, qui est en cours de réalisation, a pour objectif de définir la nature des formations superficielles ou repérer des zones d’érosion. Les données de janvier sont bien sûr les plus adaptées pour ce type d’analyse puisque à cette date le couvert végétal est peu important. Les traitements réalisés vont avoir pour objet de mettre en valeur certaines informations afin de réaliser une analyse visuelle de documents analogiques (un ou plusieurs canaux).

21La méthodologie se déroule en trois phases :

  • l’analyse visuelle d’une composition colorée de la vallée de l’Aisne,

  • le calcul de néo-canaux,

  • recherche de combinaisons de canaux et néo-canaux et l’analyse visuelle des documents en différenciant, en fonction des données géologiques, deux espaces : le Tertiaire à l’Ouest, et le début de la Champagne crayeuse à l’Est. L’analyse d’une composition colorée "classique" (canal 3, 4, 7) avec un masque de la végétation permet déjà de différencier certains espaces à l’échelle de la vallée de l’Aisne. On distingue très nettement le secteur tertiaire très disséqué à l’ouest et la Champagne crayeuse et monotone à l’est.

Le domaine champenois

22L’analyse de la composition livre des informations relativement précises, à savoir :

  • une zone inondable très bien délimitée (argiles lourdes) jusqu’à l’entrée de l’Aisne dans le domaine tertiaire, on distingue en particulier, tout un réseau de chenaux et des secteurs soumis à l’érosion fluviale. Par ailleurs, l’extension de cette zone semble être en accord avec les données recueillies sur le terrain lors des fouilles ;

  • les dépôts tertiaires résiduels sablo/limono/argileux, contrastant bien avec les surfaces crayeuses ;

  • les colluvions dans les vallées sèches ;

  • localement des tranchées de la première guerre mondiale et des réseaux linéaires non encore interprétés.

Le domaine tertiaire

23Les observations y sont moins aisées car le couvert forestier est très important sur les versants ainsi que les secteurs ombrés. On peut cependant distinguer :

  • les couvertures limoneuses épaisses (plateau au sud de l’Aisne, une partie du plateau du Chemin des Dames au nord). Il est possible de faire la différence entre limons et limons argileux ces derniers localisés à proximité des convexités. Localement des traces d’érosion linéaires sont perceptibles ;

  • les formations tertiaires sablo/argileuses en couverture sur les terrasses ou plus ou moins remaniées sur les versants déboisés offrent la même distinction entre sables et sables/argileux notamment au niveau des fonds de vallons à drainage déficient.

24Des néo-canaux, indice de brillance et ratios, ont été calculés. Après visualisation, les ratios apportant le plus de nuances sont : canal 7/canal 3; canal3/canal7; canal 5/canal 3; canal 3/canal 5.

25Le calcul de ce type de néo-canaux présente un intérêt pour une analyse visuelle. En effet, ils mettent en valeur les variations du substrat (exemple calcaire) ou la prédominance de certains éléments dans les formations superficielles (ex sable ou argile). Ce type d’approche est possible quand le couvert végétal est réduit ou absent. Pour l’espace que nous étudions, et de façon générale pour une zone en climat tempéré, la présence de massifs forestiers et de cultures permanentes réduit les zones que l’on peut analyser et empêche une généralisation.

Conclusion

26Les résultats présentés ne sont que la première étape de cette étude visant à évaluer l’apport de la télédétection satellitaire haute résolution pour la constitution d’une base de données en archéologie. Les données Landsat TM ont répondu en partie aux problématiques posées et les résultats intégrés dans le SIG. L’analyse des phénomènes superficiels sera poursuivie afin de valoriser au mieux les éléments perçus visuellement (nature des formations, traces d’érosion, paléo-chenaux) sur les images Landsat mais aussi sur deux scènes SPOT XS. L’étude de ces dernières, d’après une première approche réalisée, devrait enrichir l’analyse.

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Bibliographie

FULLER R.M. GROOM G.B., JONES A.R. (1994) The land cover map of Great Britain : an automated classification of Landsat Thematic Mapper data, PERS Vol. 60, no. 5, May 1994, 553-562

GROOM G.B., FULLER R.M., JONES A.R. (1996) Contextual correction : techniques for improving land cover mapping from remotely sensed images, International Journal of Remote Sensing vol.17, no. 1, 68-89

HE D.C., WANG L., BAULUT T. et al. (1994); Classification spectrale et texturales des données d’images SPOT en milieu urbain, IJRS Vol. 15, no. 10, 2145-2152

BILDGEN P., GILG JP (1995) L’apport de l’imagerie satellitaire à l’étude des paysages antiques. Perspectives et méthodes : le cas de la Syrie du Nord, Syria Tome LXXII, Fasc.1-2

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Pour citer cet article

Référence électronique

Michèle Chartier et Sylvie Servain, « Apports de la télédétection satellitaire à l'étude de l'environnement de sites archéologiques en milieu tempéré, le cas de la vallée de l'Aisne », Cybergeo : European Journal of Geography [En ligne], Dossiers, document 176, mis en ligne le 25 avril 2000, consulté le 27 mars 2017. URL : http://cybergeo.revues.org/22419 ; DOI : 10.4000/cybergeo.22419

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Auteurs

Michèle Chartier

UPR 7532 (ERA12), Institut d’Art et d’Archéologie, 3 rue Michelet, Paris

Sylvie Servain

Laboratoire de Géographie Physique URA12, 1 place A. Briand, Meudon et Mac Donald Institute of Archaeology, Downing Street, Cambridge UK

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Droits d’auteur

© CNRS-UMR Géographie-cités 8504

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