D’HYDRΩMED à WaterTraces

Traces d’eau entre Méditerranée et Caspienne avant l’an Mil. De la ressource au stockage

Depuis 2018, le réseau s’est prolongé pour être soutenu une nouvelle fois par la Fondation A*Midex d’Aix-Marseille Université.

Les recherches du réseau HYDRΩMED avaient mis en évidence la faiblesse de certains champs de recherches en géoarchéologie, et notamment à l’interface entre sciences de l’environnement et architecture. Que ce soit en Méditerranée ou dans les aires limitrophes, les rencontres de bilan et de questionnement menées dans ce cadre ont permis de constituer un panel de partenaires, soucieux de lancer aujourd’hui de véritables études de cas. Coordonné par Sophie Bouffier (Centre Camille Jullian), Vincent Ollivier (LAMPEA), Olivier Bellier (CEREGE) et Corinne Rousse (Centre Camille Jullian), le projet a été labellisé par la Fondation A*Midex dans le cadre de l’appel à projet Interdisciplinarité 2017/18. Il comporte 3 axes de recherche, étudiés sur plusieurs sites : Syracuse, Tyndaris (Tindari) et Solonte en Sicile, Locres Epizéphyrii et Arpi en Italie méridionale, Ostie en Italie centrale, Alexandrie en Égypte, Barbegal et Arles en Provence, et menées en partenariat avec des équipes françaises et étrangères spécialisées dans les analyses physico-chimiques. Les résultats seront intégrés à la plateforme ArkeoGis de la TGIR HumaNum adaptée pour recevoir ces data.

  1. Se procurer l’eau : état de la ressource

Sur quelles ressources s’installent les sociétés humaines ? Quelle qualité d’eau recherchent-elles ? Quelles quantités d’eau utilisent-elles ? La ressource a-t-elle varié au cours de l’histoire ? Dans quelles proportions ? Pourquoi ? Par exemple, la formation des dépôts carbonatés dans les systèmes aquatiques anciens est une source de données sur le climat et le changement graduel des propriétés de l’eau de source, mais aussi une source de compréhension du fonctionnement des systèmes hydrauliques : pourquoi certaines structures ont-elles été construites ainsi ? Quelles connaissances révèlent-elles et comment ont-elles évolué ? Peut-on identifier des transferts de connaissances ? Comment les systèmes d’eau ont-ils évolué? Combien de temps ont-ils fonctionné ? Il est possible de répondre à certaines de ces questions en comparant les systèmes d’eau des différentes parties de la Méditerranée et des espaces environnant la Méditerranée. Au préalable, l’accent est porté sur l’origine et l’évolution de la ressource en eau dans son contexte paléoclimatique et environnemental. La manière dont, au cours du temps, les sociétés ont pu la gérer tout en surmontant et en s’adaptant (ou non) aux contraintes environnementales, constitue un axe fort de ce projet. À titre d’exemples, dans le petit Caucase, des travaux en cours ont préalablement mis en évidence une gestion très précoce des cours d’eau à la faveur de conditions bioclimatiques plus clémentes dans le but de subvenir aux besoins des communautés néolithiques d’agriculteurs éleveurs établies dans certaines vallées alluviales. En Roumanie, à Germisara (département de Valcea) des lignes de sources hydrothermales liées à l’activité tectonique locale (failles et fracturations) et à la karstification ont engendré le développement de dômes concrétionnés de travertins thermogènes. Outre le développement de systèmes de thermes à l’époque romaine (IIème siècle de notre ère), les formations carbonatées semblent avoir enregistré l’impact des activités humaines sur leur développement. Les aménagements antiques ont influé sur l’hydrodynamique du système (galeries et canaux drainants) aboutissant à des changements de faciès carbonatés qui passent de faciès travertineux construits à des craies boueuses par engorgement de la source. L’exploitation de la ressource engendre dans ce cas des modifications environnementales pouvant lui être préjudiciables. Dans ces exemples encore peu étudiés mais pourtant particulièrement représentatifs, des datations 14C et U/Th (CEA) de même que des analyses hydrogéomorphologiques, archéologiques et sismo-tectoniques pourront être développées afin de contraindre la chronologie et les forçages responsables de l’évolution de manière plus précise. Des carottages à des fins d’analyses sédimentologiques et paléoécologiques (pollens, phytolites, micro-charbons/fréquences des feux) seront également nécessaires dans les zones humides riveraines des plaines alluviales et des ensembles travertineux concernés. Ainsi les conditions paléoclimatiques et paléoenvironnementales seraient précisées dans le détail et confrontées aux résultats préalablement obtenus. L’équipe s’intéressera en outre aux installations antiques et médiévales étudiées par les partenaires, aux moulins à eau anciens et machines à soulever l’eau, notamment les chaînes à godets, qui ont laissé des traces concrétionnées, documents riches d’informations sur les eaux exploitées.

  1. Stocker l’eau : étude des mortiers imperméabilisants

Il s’agit d’étudier d’un point de vue technique les processus d’imperméabilisation des installations hydrauliques par le biais des mortiers imperméabilisants, champ encore insuffisamment développé en archéologie. La présence et la typologie des enduits doit être investiguée pour rechercher les permanences et ruptures des technologies au cours du temps. Les archéologues sont souvent confrontés à des installations hydrauliques qui sont utilisées sur une très longue période sans qu’il leur soit possible de dater l’aménagement et de préciser la chronologie de l’occupation humaine. Le bon fonctionnement de l’aménagement passe par une maintenance et une réfection régulières qui oblitèrent les traces antérieures. Aussi la nature et la composition du mortier imperméabilisant peuvent-elles être des indices de datation, mais également nous donner des informations sur les matériaux et la technique utilisés, susceptibles de révéler des savoir-faire d’artisans, des circulations de matériaux, de technologies. La recherche archéologique est très en retard sur ces aspects. Pour l’époque romaine, on dispose des écrits de Vitruve, qui fait une présentation technique des mortiers hydrauliques et évoque uniquement la pouzzolane alors qu’aux périodes antérieures ou dans la majeure partie des provinces romaines, on utilise généralement un béton de tuileau de sorte que les archéologues associent presque systématiquement mortier de tuileau et structure hydraulique. Mais en réalité ces bétons de tuileau peuvent être utilisés dans plusieurs types de contexte car ils se caractérisent essentiellement par leur meilleure résistance mécanique, donc par une majeure durabilité. Le projet permettra, outre une étude bibliographique approfondie concernant les mortiers hydrauliques, d’avancer sur la caractérisation physique des prélèvements de mortiers des sites (porosité, capillarité, porométrie …), leur caractérisation minéralogique, les ajouts organiques possibles (graisses, huiles etc.) capables de procurer des propriétés d’étanchéité à ces matériaux, les réactions chaux-tuileau (réaction pouzzolanique) et l’étude de leur impact sur les propriétés de ces matériaux.

La programmation de prélèvements et d’analyses systématiques sur les sites étudiés dans le cadre du projet permettra d’avancer sur ces questions et de proposer des protocoles d’identification accessibles à tous. Il s’agit de développer des études pétrographiques et chimiques pour déterminer la composition des mortiers, la provenance des granulats et le facteur d’hydraulicité de ces mortiers. En partenariat avec le CICRP, on mènera des études d’identification des matériaux et des techniques de réalisation par l’observation sous loupe binoculaire ou microscopie optique, complétée par des analyses granulométriques et chimiques, par des caractérisations minéralogiques par Diffraction des Rayons X sur poudre et des observations et analyses élémentaires au Microscope Electronique à Balayage, couplé à un spectromètre dispersif en énergie ; tandis que la datation peut nous être donnée par le mobilier trouvé en stratigraphie sur le site.

  1. Perdre l’eau ? Les concrétions, les risques sismiques, les vicissitudes naturelles des aménagements hydrauliques

Enfin l’une des réalités que les archéologues ont souvent à affronter est la détérioration des installations, en raison de causes à la fois anthropiques et naturelles, d’ordre tectonique en particulier. La réflexion entre géologues et archéologues, amorcée par exemple sur le territoire sicilien, avec les traces laissées par les tremblements de terre du XVIIe siècle sur les installations hydrauliques et attestées par les archives d’époque doit favoriser la mise en évidence de phénomènes récurrents dans l’histoire des sociétés locales. Le projet Water Traces veut faire un focus sur les processus de fuites qui réduisent l’apport en eau (visibles par les concrétions calcaires) et les risques sismiques qui ont souvent fragilisé les aménagements de la Méditerranée à la mer Caspienne. En appui des analyses hydrogéomorphologiques amorcées, deux méthodes complémentaires seront appliquées :

L’étude des isotopes stables de l’oxygène et du carbone (δ18O et δ13C) est possible car la précipitation de la calcite (CaCO3), qui constitue la majorité des concrétions (à près de 95 %) retrouvées dans ou à proximité des structures hydrauliques, intervient à température ambiante. Le δ18O de la calcite est corrélé à celui des eaux atmosphériques et enregistre ainsi majoritairement les variations de la température moyenne annuelle, aux effets de source et d’accumulation près. Le δ13C de la calcite dépend, lui, de l’abondance des pluies et de l’hydrologie (en fonction du type et de la densité du couvert végétal). Des études antérieures ont démontré l’important potentiel de ces isotopes stables comme marqueur climatique. Des courbes de variations relatives des paléotempératures et des paléoprécipitations peuvent ainsi être obtenues en complément des analyses hydrogéomorphologiques afin de mieux caractériser les rythmes de l’alimentation en eau, son origine, de même que la réalité et l’ampleur des pertes affectant les ouvrages de gestion des ressources hydrologiques.

L’analyse spectrale utilise la variation binaire classique lamine claire/lamine sombre qui est en relation avec la cristallographie de la calcite, elle-même reflet des conditions physico-chimiques environnementales. Pour chaque catégorie, la croissance de l’épaisseur des lamines est fonction du taux de percolation et/ou de la durée de la saison en question. Il suffit donc, en première analyse, de mesurer l’épaisseur des lamines. Cette composition binaire simple a pour intérêt d’être représentative de l’hydrologie de la source et de pouvoir être décomptée comme des varves ou comme des cernes de bois. L’accrétion calcitique est considérée comme représentative et proportionnelle à la durée de la saison humide. L’épaisseur du doublet est un paramètre approchant celui de la pluviométrie annuelle. C’est ce dernier paramètre qu’il faut chercher à restituer sur la séquence temporelle étudiée. Plusieurs méthodes d’analyse spectrale permettant de rechercher et de quantifier les cyclicités des séries sédimentaires peuvent être utilisées. L’analyse spectrale permet donc de retrouver les composantes physiques périodiques du climat par la mesure de l’épaisseur et le comptage des doublets de lamines. Ces composantes sont particulièrement bien connues aujourd’hui pour l’Europe du Sud grâce aux données météorologiques (Oscillation Nord-Atlantique, Oscillation Arctique, Quasi-Biennal Oscillation, etc.). Il s’agit donc d’un outil précieux permettant là aussi, par comparaison entre marqueurs climatiques et réalité de fonctionnement des structures hydrauliques (exemple de l’aqueduc de Fréjus) à contextes équivalents, de mieux identifier l’existence, la fréquence et l’ampleur des pertes. Des informations sur l’entretien des ouvrages peuvent aussi être tirées de cette approche (vidanges, curages).

Parmi les moteurs structurels pouvant engendrer des dommages aux infrastructures hydrauliques (érosions, crues, malfaçons, usure, entretien déficient) la composante sismique fait partie des plus radicaux et des plus répandus au sein de l’espace géographique investi dans notre programme. Celui-ci nous permettra d’établir des éléments de comparaison selon différentes échelles spatiales et temporelles. Parfois, des failles principales et/ou secondaires favorisent des remontées hydrothermales alimentant des sites (cas de Solonte ou Germisara par ex.) et orientant potentiellement l’organisation des infrastructures hydrauliques ou la morphologie urbaine. D’autres fois, celles-ci peuvent contrôler en partie le tracé d’aqueducs ou accentuer les pertes en eau de telles structures. Dans certains secteurs du Caucase, des cours d’eau alimentant des cités peuvent également être détournés par de tels évènements. La récurrence de la dynamique tectonique peut aussi être un des facteurs modifiant singulièrement le caractère attractif de zones humides/palustres occupées depuis le Néolithique.

Les 3 axes de recherche se déploieront sur des études de cas diachroniques et géographiques particulièrement démonstratifs, menées en partenariat avec des équipes françaises et étrangères spécialisées dans les analyses physico-chimiques. Les équipes archéologiques locales, qu’elles soient originaires d’AMU ou soutenues par des missions françaises ou étrangères, ont en charge, par l’activité de fouille et de collecte d’archives, de fournir la matière à analyser et les circonstances de leur invention. À partir de là, on procèdera aux analyses sédimentologiques, géochimiques sur les traces laissées par le passage, le stockage ou la perte d’eau dans les installations, les dépôts carbonatés, les mortiers d’imperméabilisation.


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