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Applications géophysiques sur le site de Tayara (KbFk-7)

PROJET DE RECHERCHE : Applications géophysiques sur le site de Tayara (KbFk-7).

Yves Monette (INRS-ETE, stagiaire postdoctoral. Maintenant au Musée canadien des civilisations, Gatineau) et Jean-Christophe Aznar (Post-Doc, INRS)

Ce document présente un court projet de stage postdoctoral dans le cadre de l’ARUC I.S.I. de l’Institut Culturel Avataq. Il s’agit d’effectuer une prospection géophysique du site de Tayara, sur l’Île de Qikirtaq, afin de localiser les limites d’une maison à foyers multiples datant du Dorsétien moyen.

Le site de Tayara a été identifié pour la première fois au cours des années 1960 par Taylor qui lui avait alors donnée le nom de Tyara (Taylor 1968). Le site a fait l’objet de recherches exhaustives au cours des dernières années, notamment au niveau du paléoenvironnement par Dominique Todisco et Najat Bhiry du CEN. Les fouilles se sont également poursuivies au cours des dernières années mais puisque le principal niveau d’occupation du site se situe dans le pergélisol, la fouille est difficile et surtout longue.

Les vestiges se présentent dans un excellent état de conservation puisque qu’une coulée de solifluxion les ont recouvert dans la portion nord. Le site est également d’un intérêt très particulier puisqu’il comporte les vestiges d’une rare maison à foyers multiples datant du Dorsétien moyen (2000-1400 AA). Jusqu’à maintenant, une portion de la maison a été fouillée de même que trois foyers. En revanche, les fouilles n’ont pas encore permis de déterminer précisément les limites ouest de la maison.

Par pallier à ce problème, nous proposons de recourir à diverses méthodes de géophysique de subsurface. Les méthodes retenues sont le géoradar (GPR) et le magnétomètre-gradiomètre. Dans les deux cas, il s’agit de méthodes non-destructives et complémentaires qui permettent de mesurer des propriétés physiques du sol.

Géoradar

La principale méthode que nous utiliserons est le géoradar. Le principe de fonctionnement est simple, il consiste en l’émission d’une onde électromagnétique qui se réfléchit à l'interface entre deux milieux physiques distincts présentant des caractéristiques électromagnétiques différentes. L’onde est émise sous forme d’impulsions de très brèves durées (quelques nanosecondes) par l’antenne. En rencontrant une interface, une partie de l’énergie est réfléchie vers la surface qui est captée par l’antenne, amplifiée et visualisée sur l’écran radar. Le déplacement de l’antenne le long d’un profil permet d’obtenir une image en coupe du terrain.

Les systèmes de géoradar permettent d’utiliser différentes antennes dépendant de la profondeur des cibles recherchées. Les antennes à bases fréquences ont un fort pouvoir pénétratif, alors que les antennes de hautes fréquences permettront d’étudier les premiers centimètres de sols. Pour le site de Tayara, nous proposons de procéder en deux temps. D’abord, à partir des données connues du site, nous élaborerons un modèle théorique qui nous permettra d’évaluer le potentiel de l’approche par rapport aux cibles recherchées. En connaissant la stratigraphie, il est possible de construire un modèle contraignant qui prend en compte la nature des sols et des vestiges. Les sols ont une permittivité et une conductivité connue, qui dépendent en grande partie de la proportion d’eau. Notre modèle évaluera donc le potentiel de lecture en fonction des valeurs extrêmes de permittivité et de conductivité (valeurs les plus faibles et valeurs les plus fortes possibles). Ceci permettra d’ailleurs de sélectionner la fréquence d’antenne la plus optimale pour mettre en évidence les structures recherchées.

À partir des résultats de notre modèle théorique, on choisira donc les antennes qui offrent le meilleur compromis entre la résolution spatiale et la pénétration verticale. Idéalement, la prospection sur le site se fera au moyen de deux antennes afin d’optimiser nos chances de réussite.

Sur le site, nous effectuerons d’abord un carroyage du site au 20 cm dans chacun des axes x et y. Des levés seront effectués sur chacun des tracés. Les profils ainsi générés seront par la suite traités au moyen du programme ReflexW 2D pour accentués les contrastes, retirer le bruit de fond, etc. Enfin, nous générerons un modèle pseudo-3D des profils au moyen d’algorithmes MatLab et ceci permettra de créer des plans de la superficie investiguée à différentes profondeurs.

Magnétomètre-gradiomètre

Pour ce projet, nous nous proposons aussi d’utiliser un magnétomètre-gradiomètre de type GSM-19 (v 7.0- 2006) de type walking (GEM Systems). Les options de l’appareil permettent une opération en modes continu (walking mag and walking grad) ou discontinu (mobile mag and grad). L’appareil utilise le principe de l’effet Overhauser pour accentuer la polarisation des protons. Contrairement aux magnétomètres classiques à protons, la cellule de ce magnétomètre contient un radical libre ainsi qu’un générateur de radiofréquence (RF) qui permet de perturber le couplage électron-proton. En saturant les lignes de résonance des électrons libres, la polarisation des protons est plus efficace. Ce phénomène se traduit par la production de signaux plus intenses et ce malgré la présence de détecteurs sensiblement plus petits (utilisant moins d’énergie). De plus, le système de détection de l’appareil est plus tolérant à de fortes variations du champ magnétique.

Pour accentuer les contrastes magnétiques et localiser avec précision la présence d’objets ou structures anthropiques à haute susceptibilité magnétique, nous mesurerons le gradient magnétique en utilisant un deuxième détecteur Overhauser situé à 1 m au dessus du premier. L’approche gradiométrique est une méthode conventionnelle qui permet de visualiser directement les données magnétiques sans devoir effectuer de corrections pour les fluctuations diurnes du champ magnétique terrestre. Ainsi, les données gradiométriques peuvent être comparées d’un secteur à l’autre. Les données du champ magnétique total, mesurées par le premier détecteur, seront corrigées pour tenir compte de l’effet de dérive du champ magnétique terrestre lors du levé. Pour ce faire, nous utiliserons une station de référence qui a sera mesurée à la fin de chaque ligne. Ces données seront utilisées pour corriger les fluctuations reliées aux variations diurnes du champ magnétique terrestre. En procédant à l’examen des banques de données, on pourra aussi s’assurer qu’aucune tempête magnétique significative (éruption solaire) n’a perturbé le levé magnétométrique.

Dans des conditions idéales, la sensibilité de l’appareil est de 0,01 nT. Cette sensibilité est idéale pour la prospection archéologique car l’expression des structures anthropiques est souvent subtile.

Retombées

Parmi les retombées potentielles, il y a d’abord la délimitation de la maison elle-même sur le site de Tayara, mais on peut aussi voir cette étude comme un case studies intéressant pour une publication dans une revue scientifique comme Journal of Field Archaeology ou Geoarchaeology aussi. Enfin, la mise en parallèle de l’ensemble des études menées depuis plusieurs années sur le site de Tayara, tel que prévu par l’ARUC et Avataq dans une monographie du site ne pourra que constituer un exemple à suivre pour la recherche multidisciplinaire sur un site de l’Arctique.