# Introduction

Depuis quelques années, les archéologues se sont intéressés à la télédétection satellitaire. 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

La 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.

Il 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.

Les 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.

Les 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

Spatialiser 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

Le 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.

La 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.

L’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

Les 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.

Pour 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)

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

Plusieurs 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

Une 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

En 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).

Les 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

Nous 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

A 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.

Ces 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

La 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).

La 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

L’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

Les 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.

Des 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.

Le 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

Les 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.