# Apport de la géophysique à la restitution du système hydraulique de Larsa (Iraq du sud) au 2ème millénaire av J.-C.

## Contribution of geophysics to the restitution of the hydraulic system of Larsa (Southern Iraq) in the 2nd millennium BC

Lionel Darras<fnref n="1" />*, Lucie Cez<fnref n="2" />, Régis Vallet<fnref n="3" />

**Résumé.** A Larsa (Iraq du Sud), site de 200 hectares qui domina la Mésopotamie au début du 2e millénaire av. J.-C., l'étude du système hydraulique, urbain et péri-urbain, est en cours. Elle s'appuie notamment sur l'approche géophysique, moyen privilégié d'identification et d'interprétation des structures enfouies et de leur cartographie. L'étude des signatures magnétiques des ouvrages d'adduction (canaux et canalisations), de stockage (bassins) et de protection (digues) permet, au-delà de leur caractérisation typologique (architecturale et architectonique), l'analyse fonctionnelle d'un système aussi vaste que complexe.

**Abstract.** In Larsa (Southern Iraq), a 200 hectares site which dominated Mesopotamia at the beginning of the 2nd millennium BC, the study of the hydraulic system, urban and peri-urban, is in progress. It relies in particular on the geophysical approach, a preferred means of identification and interpretation of buried structures and their mapping. The study of the magnetic signatures of conveyance (canals and pipes), storage (basins) and protection (dykes) works allows, beyond their typological characterization (architectural and architectonic), the functional analysis of a system as vast as it is complex.

## 1 Introduction

La question de l'approvisionnement en eau de Larsa (Tell es Senkereh) est au cœur des investigations de terrain sur ce site urbain du sud de l'Iraq, depuis la réouverture de la mission en 2019 ([1], [2], [3]). Bien qu'essentielle au développement de la cité qui domina la Mésopotamie au début du 2e millénaire av. J.-C., elle s'est longtemps résumée au débat sur l'interprétation de grandes traces que révélèrent en 1973 les photographies aériennes de G. Gerster au nord du site (Figure 1). Selon les auteurs, elles furent interprétées comme les empreintes de voies de circulation ([4]) ou le tracé de grands canaux ([5]).

<footnote n="1">¹ CNRS, UMR 5133 Archéorient, Lyon, France</footnote>

<footnote n="2">² Université Panthéon-Sorbonne Paris 1, UMR 7041 ArScAn, Nanterre, France</footnote>

<footnote n="3">³ CNRS, UMR 8068 TEMPS, Nanterre, France</footnote>

<footnote>* Corresponding author: lionel.darras@cnrs.fr</footnote>
<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>**Fig. 1.** Les traces de grands canaux au nord du site de Larsa. (a) D'après les photographies aériennes de G. Gerster (1973). (b) D'après l'image drone de la mission en juin 2019, © J. Lisein (Certus Visio) et mission de Larsa.</figcaption></figure>

Les travaux engagés depuis 2019 visent à révéler la structure urbaine du site grâce à une démarche pluridisciplinaire croisant les approches géophysique, photogrammétrique, avec l'analyse d'ortho-photos par drones, géo-archéologique et archéologique ([6], [7]). La prospection géomagnétique initiée en 2019 a permis d'identifier les remparts de la ville ([8], [9]), que les sources textuelles donnent pour considérables mais invisibles jusqu'ici sur le terrain, délimitant un ensemble urbain de 200 hectares. La carte magnétique obtenue sur les 72 hectares prospectés alors a permis de confirmer l'existence de grands canaux urbains, en particulier d'un « Grand Canal » nord-sud correspondant à la trace principale visible en imagerie ([10]). Ces données mettent en lumière le rôle capital des structures hydrauliques dans la structure urbaine du site ([10]) et posent la question de sa connexion aux grands canaux de plaine, connus de longue date grâce aux prospections archéologiques et géomorphologiques régionales ([11], [12]).

## 2 Stratégie de l'étude géophysique

La méthode magnétique permet d'explorer rapidement les deux premiers mètres du sous-sol [13]). La rapidité de progression et l'importance des surfaces couvertes dépendent de la praticabilité du terrain. A Larsa, les principaux obstacles à la détection d'anomalies magnétiques du sous-sol sont les dunes mobiles (barkhanes) qui parcourent la plaine et le site, ainsi que la présence de déblais issus des anciennes fouilles (depuis 1933). Complétée par l'analyse des vues aériennes et, à des endroits stratégiques, par des prospections de terrain et des fouilles ([7] p. 34 et pp. 64-65), elle est particulièrement utile pour identifier et cartographier les structures construites et fossoyées (canaux, fossés, trous de poteaux). Cette méthode, mise en œuvre dès la reprise des travaux ([14]), a été réalisée avec un gradiomètre Geometrics Inc. G858. Elle est localement complétée par des profils électriques, réalisés en 2022 grâce à un instrument de mesure de la tomographie électrique Lippmann, positionnés pour obtenir des coupes des canaux afin d'en estimer la profondeur et la morphologie ([15]).

En parallèle, la carte magnétique obtenue et traitée par le logiciel WuMapPy ([16], pp. 563-566) assiste la stratégie de prospection d'une campagne à l'autre (Fig. 2). Les secteurs d'étude du système hydraulique concernaient en 2019 la zone centrale du Grand canal (Fig. 2 - ZA02, ZB02 et ZE02), l'objectif étant de restituer son tracé, sa relation aux éléments urbains et notamment les bâtiments monumentaux de l'Ebbabar et de la ziggurat (Fig. 2, Fig. 7). Au nord, l'objectif était de trouver le point d'entrée de l'eau dans la ville et vérifier la connexion éventuelle du Grand canal C03 avec le canal périphérique du nord-est (Fig. 2
– zones ZC03 et ZB05). La prospection a également concerné le secteur nord-ouest, au nord du secteur monumental (Fig. 2 – ZA01), tandis qu'au sud, il s'agissait de retracer le parcours intra-urbain du canal C26 avant sa connexion au rempart (Fig. 2 – ZB04).

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Fig. 2.** Carte des secteurs de prospection magnétique des campagnes de 2019 à 2023
(© L.Darras, J.Liesen/Mission de Larsa-Uwaili 2023).</figcaption></figure>

# 3 De la signature magnétique au réseau des canaux

## 3.1 Franchir le rempart : deux exemples de “Watergate” à Larsa

Larsa était une ville protégée par un rempart, de 20 m de large le plus souvent, en brique crue ([9], [7] pp. 60-62). L'alimentation en eau de la ville, mais aussi son évacuation, supposait donc de franchir cet obstacle en différents points stratégiques. Les prospections magnétiques ont permis d'identifier deux de ces points de franchissements du rempart, sous la forme de portes monumentales conçues comme de véritables ouvrages hydrauliques dont les caractéristiques techniques facilitaient la gestion des écoulements dans le réseau des canaux. Dénommées ici « Watergates 2», elles correspondent aux ouvrages B17 (Fig. 3a) au sud et B65 (Fig. 3b) à l'est de la ville:

<footnote n="2">² L'équivalent français de cet anglicisme, « porte fluviale », ne rend en effet pas compte de la fonction de ce type de structure à Larsa.</footnote>
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 3. Cartes magnétiques de la watergate du sud B17 (a) et de la watergate du nord-est B65 (b) avec le résultat de son profil de tomographie électrique (c). (© L.Darras/Mission de Larsa-Uwaili 2021).</figcaption></figure>

Les cartes magnétiques montrent que ces watergates sont formées de deux piles semi-circulaires, certainement reliées par une arche, entre lesquelles passait le canal. Ces structures sont très magnétiques (entre 30 et 50nT) en raison du matériau en brique cuite qui les constituent, avec une profondeur de la source magnétique comprise entre 2 et 3 m. Au sud, chaque pile de la watergate B17 (Fig. 2a) s'étend sur une longueur de 37 m pour une largeur de 15 m. La carte magnétique, confirmée par les observations géomorphologiques et topographiques, montre clairement le passage du canal C26 (voir Fig. 7), large de 7 m environ, à travers la watergate et le rempart en brique crue ([7] pp. 56-59). Immédiatement au nord-est de B17, une autre structure B36 (Fig. 3a) dont la signature correspond à celle de la brique cuite, correspond à une porte de la ville.

A l'est du site, la carte magnétique a révélé une seconde watergate, B65 (Fig. 3b), aménagée pour le passage du canal C1 sous le rempart. Le plan de la watergate B65 est similaire à celui de B17 mais présente des dimensions plus importantes : les deux structures en demi-cercle opposées faisant 43 m de long pour 20 m de large chacune au maximum ([7] pp. 42-45).

Le canal C1 constituait l'alimentation en eau principale de la ville dans le dernier état du réseau hydraulique, à la suite des grands travaux du roi Sin-iddinam (1849-1843 av. J.-C.) ([7] p. 39, p. 66). Provenant du Tigre, il parcourt 62 km pour atteindre Larsa. D'une vingtaine de mètres de large, pourvu de puissantes digues portant l'emprise de l'ouvrage à 30 m (Fig. 3b), il voit son gabarit réduit à 5 m au niveau de la watergate B65. Ce rétrécissement progressif visait à accroître la vitesse des écoulements (énergie cinétique) et la hauteur de la colonne d'eau pour la faire entrer dans la ville (Fig. 3b), tout en faisant diminuer la pression statique au niveau de l'ouvrage. La carte magnétique et le profil électrique ERT4 réalisé à l'est de la watergate B65 à l'entrée du canal dans la ville (Fig. 3c) fournit des éléments sur l'ensemble de cet ingénieux dispositif de gestion du débit du canal C1 à son entrée dans la ville.
Le canal C1 était encadré de deux terre-pleins latéraux inondables, d'un canal de délestage au nord (C5) et d'une vanne au sud (C6), qui avait aussi un rôle défensif, permettant d'inonder les abords de la porte orientale de la ville ([7] p. 42-43). La conception de la watergate elle-même participe de la gestion du flux d'eau entrant dans la ville car les deux lignes courbes créées par la forme demi-circulaire des deux faces internes de la porte permettaient d'augmenter encore sa vitesse tout en répartissant la pression exercée. Le profil électrique ERT4 (Fig. 3c) permet d'appréhender la complexité du système de digues mis en œuvre dans ce secteur soumis à d'importantes contraintes liées à la circulation de l'eau. Il met bien en évidence les différences topographiques résultant de ces aménagements de part et d'autre du canal. La grosse anomalie résistive (entre les positions 20 et 32 de l'axe du profil, Fig. 3c) semble correspondre à un artefact du modèle généré. Il faut signaler qu'une structure comparable aux watergates B17 et B65 de Larsa est documentée de longue date sur le site de l'ancienne Girsu (actuellement Tello), dans un contexte plus ancien (3e millénaire, époque sumérienne), où elle a néanmoins été interprétée jusqu'à présent comme un pont [18].

## 3.2 Le grand canal : un ouvrage majeur au cœur de la ville

Dès 2019, la prospection géomagnétique a mis en évidence un grand canal périphérique (C2) longeant l'intérieur du mur d'enceinte de la ville en décrivant une longue courbe, suivant sur 1,2 km les courbes de niveau au plus près avant de s'orienter au sud pour pénétrer la ville et devenir le Grand canal C3 (Fig. 4, Fig. 7).

La carte magnétique permet d'estimer la largeur du Grand canal, de 20 à 25 m. Le Grand canal est délimité au nord et au sud par deux rétrécissements (jusqu'à 7 m au nord) marqués par des anomalies magnétiques pouvant correspondre à des structures de franchissement, des ponts permettant de franchir le canal (Fig. 4 - Pt1). La fouille de celui du sud (Fig. 7 - B69) entreprise en 2021 et toujours en cours a révélé l'une des piles de ce pont, en briques cuites carrées, portant une inscription du roi Sin-iddinam ([17], pp. 80-81).
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Fig. 4.** Le grand canal (C3) au nord de la ville dans le prolongement du canal périphérique (C2), zones de franchissement (ponts), débarcadère, digues et profils de tomographie électrique (ERT1, ERT2 et ERT3). (© L.Darras/Mission de Larsa-Uwaili 2019).</figcaption></figure>

En complément de la prospection géomagnétique, trois profils de tomographie électrique ont été implantés en travers du grand canal pour une caractérisation plus précise de la structure (Fig. 4 – ERT1, ERT2 et ERT3). Ils ont tous été réalisés selon la méthode Schlumberger avec des électrodes espacées de 50cm, respectivement sur une longueur de 70 m pour l'ERT1 (Fig. 5a), 80 m pour l'ERT2 (Fig. 5b) et 50 m pour l'ERT3 (Fig. 5c). Les résultats tomographiques superposés à la carte magnétique confirment la largeur du canal, de l'ordre de 25 m. La tomographie ERT1 (Fig. 5a) distingue parfaitement les différents types de structures rencontrées, d'est en ouest : un chemin de résistivité de l'ordre de 150 ohms.m, puis une transition de faible épaisseur qui pourrait correspondre à la digue, suivie d'une partie très résistive de 1 m d'épaisseur, pouvant correspondre à un terre-plein, puis la signature électrique du grand canal. Il semble que les couches très résistives (>300 ohms.m), au niveau du terre-plein et du canal, correspondent à des couches de remplissage. Sur la partie est du profil, la tomographie électrique fait apparaître une couche résistive de l'ordre de 100 à 200 ohms.m correspondant à du bâti, comme le montre la carte magnétique, confirmée par un sondage en 2023. Les fouilles y ont révélé une construction au soubassement de briques cuites renforcé, munie d'une grosse conduite en céramique (égout) se jetant dans le Grand canal.

La corrélation des données géomagnétiques (Fig. 4) et de tomographie électrique (Fig. 5) permet donc de confirmer que le grand canal possédait sur son flanc ouest une puissante digue en briques cuites, d'une longueur supérieure à 150 m et large de près de 5 m,
surmontant un terre-plein latéral servant de zone inondable mais probablement aussi de débarcadère ([7], pp. 49).

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Fig. 5.** Résultats des profils électriques ERT1(a), ERT2(b) et ERT3(c) selon une échelle logarithmique. (© L.Darras/Mission de Larsa-Uwaili 2022).</figcaption></figure>

## 3.3 Usages et gestion de l'eau

Approvisionner une ville de la taille et de l'importance de Larsa au 2ᵉ millénaire av. J.-C. nécessitait une gestion très élaborée des volumes d'eau entrant et sortant. C'est à cet objectif que répondaient les nombreux bassins de stockage identifiés dans la ville (Fig. 7). Le plus important ouvrage de ce type était la grande réserve P2 (Fig. 6a) située dans la partie basse de la ville au nord-ouest était composée d'un bassin quadrangulaire de 26 000 m² entouré de digues. Plus au nord, la carte magnétique montre un ensemble de bassins connectés P1 de petites dimensions (Fig. 6a). Ces infrastructures étaient reliées au reste du réseau hydraulique par des canaux et canalisations de gabarits variables.

Au nord-ouest, un parcellaire agricole a été découvert en 2019 à l'ouest des bâtiments B48 et B49 ([1], p. 26, [8], [10]), qui se signale par un ensemble d'anomalies magnétiques linéaires d'épaisseur et d'intensité modérée se recoupant pour former des zones géométriques de tailles différentes à l'intérieur desquelles la mesure magnétique apparaît généralement homogène. Ce type d'organisation est compatible avec celui de parcelles cultivées ou de jardins (Fig. 6b). Un réseau de petits fossés ou canaux correspondant à des anomalies linéaires de faible à moyenne intensité (5 à 10nT) disposées le long de ces parcelles complète cette organisation. Au nord-ouest du parcellaire, une anomalie de 2 m de large définie par une forte intensité magnétique (entre 30 et 100nT) ressort nettement de la carte. Caractéristique de la briqueuite à Larsa, une structure de 20 m de large (M1 sur la Fig.6b) reprenant l'orientation nord-ouest/sud-est du parcellaire et sa largeur semble y être associée. Il s'agissait d'un mur dont la fonction pourrait être d'assurer une protection des cultures par rapport aux vents de sable dans ce secteur de la ville où la déflation était accentuée du fait de la topographie plane ([7], p. 53).
Les progrès de la prospection géophysique dans la zone nord-ouest, en 2021-2022 ont permis de mieux comprendre l'insertion de ce parcellaire agricole au sein du réseau hydraulique (Fig. 7). Celui-ci était alimenté par le canal C22, un ouvrage de redistribution connecté à la grande réserve P2 et dont la branche sud délimitait la zone agricole à l'ouest. C'est à ce canal C22 que s'alimentaient les petits canaux d'irrigation internes au parcellaire. De l'angle sud-ouest du parcellaire partait un autre canal C23 qui assurait la fonction de drainage en évacuant l'eau de la zone agricole en direction du nord-ouest. Son tracé, très net sur l'image satellite, se prolonge au-delà du rempart et de sa digue interne (D5) dans la plaine, où il rejoint le réseau péri-urbain ([7], p. 53). Ce secteur agricole était intégré à l'ensemble urbain par des chaussées se recoupant perpendiculairement au nord-est le long des bâtiments B48-B49 (Fig. 6b). Une section de chaussée d'une longueur totale de 85 m traversait le parcellaire d'est en ouest au sud du mur de brique cuite.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>**Fig. 6.** Cartes magnétiques de la partie nord avec ouvrages de stockage et canaux (a) et d'une zone de parcellaire agricole (b). (© L.Darras/Mission de Larsa-Uwaili 2023).</figcaption></figure>

## 4 Conclusion : des ouvrages au système hydraulique

Parmi les méthodes de la géophysique utilisées en contexte archéologique, la prospection géomagnétique a pour avantages sa facilité de mise en œuvre et d'acquisition des données. A l'appui de cette méthode, 72 hectares du site de Larsa ont été explorés sur la période 2019-2023. Cette méthode a ainsi permis la détection et l'interprétation d'une grande diversité d'ouvrages hydrauliques et de structures urbaines associées (Watergates, ponts) et d'éclairer leurs relations avec la ville et le milieu environnant. L'analyse des signatures magnétiques des structures bien distinctes d'anomalies de surface liées aux ruissellements de wadi permet en outre une caractérisation plus précise des dimensions et des matériaux (usage de la terre crue ou terre cuite). Le caractère partiel de l'information rend indispensable cependant de croiser les données avec celles de l'analyse d'ortho-photos et du terrain (prospection géo-archéologique, photogrammétrique, fouilles) afin d'appréhender le système hydraulique dans son ensemble (Fig. 7).
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>**Fig. 7.** Plan du système hydraulique de Larsa suite aux campagnes de prospection magnétique de 2019 à 2023.</figcaption></figure>

(© R.Vallet, Lucie Cez, Antony Rieff (IDAAR), Joël Suire/Mission de Larsa-Uwaili 2022).

Au vu de ces résultats, la couverture géomagnétique du site est appelée à se poursuivre dans différents secteurs, dont nous n'avons pour l'heure qu'une compréhension insuffisante. C'est le cas, entre autres, de la zone portuaire (P7) au sud de la ville qui se composait d'un bassin interne connecté au reste du réseau de canaux intra-urbains et d'un bassin externe de plus grande dimension (27 825 m²) relié à plusieurs grands canaux péri-urbains dans la plaine au sud.

Rappelons aussi qu'elle se prolonge sur le terrain par des fouilles ciblées sur les structures découvertes, afin d'obtenir les informations (profondeur des ouvrages et dynamique d'écoulement) permettant de procéder à une étude fonctionnelle du système.
Bibliographie

1. R. Vallet (dir.), *Larsa-‘Uwaili Annual Report 2019*, State Board of Antiquities and Heritage of Iraq (2020)

2. R. Vallet, J. Abd-El-Ali, R. Al-Debs, L. Bachelot, et al, « Preliminary Report on the XIVth and XVth Campaigns at Larsa », *Sumer - Journal of Archaeology of Mesopotamia*, LXVI (2020)

3. J. Giraud, M. Mura, M. Le Doaré, C. Coppini, et al., *Rapport final d'activités 2019-2022*. Archaïos, Programme FSPI-Ministère de l'Europe et des Affaires Étrangères (2022).

4. J. L. Huot, A. Rougeulle, J. Suire, « La structure urbaine de Larsa, une approche provisoire », in: J.-L. Huot (ed.), *Larsa, Travaux de 1985*, ERC, Paris (1989)

5. J. Margueron, *Cités invisibles : La naissance de l'urbanisme au Proche-Orient, approche archéologique*. Geuthner, Paris (2013)

6. J. Suire, J. Lisein, « Note on photogrammetric surveying and mapping of Larsa », in: R. Vallet (dir.), *Larsa-‘Uwaili annual report 2019*, State Board of Antiquities and Heritage of Iraq (2020)

7. R. Vallet, L. Cez, L. Darras, « The urban structure and hydraulic system of Larsa, crossed approaches », in: R. Vallet (dir.), *Larsa-‘Uwaili Annual Report 2021-2022*, State Board of Antiquities and Heritage of Iraq (2022)

8. L. Darras, R. Vallet « Entre canaux, jardins et monuments: signatures magnétiques des structures urbaines de Larsa, capitale mésopotamienne (Iraq, 6e-1er millénaires av. J.-C.) », Géophysique appliquée aux formations superficielles GEOFCAN **12**, mars 2021, Grenoble, France, hal-03505224 (2021)

9. L. Darras, R. Vallet, « La découverte des remparts de Larsa (Iraq) par la géophysique », XXIIIe colloque du GMPCA: Archéométrie, 2-6 mai 2022, Chambéry, France, hal-03690571 (2022)

10. L. Darras, R. Vallet « Magnetic signatures of urban structures: case study from Larsa (Iraq, 6th-1st millennium BC) », Archeosciences, revue d'Archéométrie **45-1**, hal-03505219 (2021)

11. R. Mc. Adams, H. J. Nissen, *The Uruk Countryside: The Natural Setting of Urban Societies*. Chicago: University of Chicago Press (1972)

12. B. Geyer, P. Sanlaville, « Nouvelle contribution à l'étude géomorphologique de la région de Larsa-‘Oueili (Iraq) », in J.-L. Huot (dir.), *Oueili - Travaux de 1987 et 1989*, E.R.C., A.D.P.F., Paris, halshs-01259678 (1996)

13. A. Aspinall, C. Gaffney, A. Schmidt, Magnetometry for Archaeologists. AltaMira Press, Lanham (2008).

14. L. Darras, « Geophysical survey on the site of Larsa », in: R. Vallet (dir.), *Larsa-‘Uwaili Annual Report 2019*, State Board of Antiquities and Heritage of Iraq (2020)
15. M. H. Loke, *Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies: A practical guide to 2-D and 3-D surveys*, IRIS Instruments (2001)

16. P. Marty, L. Darras, J. Tabbagh, C. Benech, F. X. Simon, et al., WuMapPy, an open-source software for geophysical prospection data processing, 11th Conference for Archaeological Prospection, Varsovie, Poland (2015)

17. P. Steinkeller, « New light on the hydrology and topography of Southern Babylonia in the Third Millenium », *Zeitschrift für Assyriologie und Vorderasiatische Archäologie* **91** (2001)

18. J.-C. Margueron, « Notes d'archéologie et d'architecture orientales. II. Un pont enjambant un canal à Tello? », *Syria* **82**, DOI:https://doi.org/10.3406/syria.2005.8684 (2005)

19. E. Egberts, J. Jotheri, A. Di Michele, A. Baxter, S. Rey, « Dating ancient canal systems using radiocarbon dating and archaeological evidence at Tello/Girsu, Southern Mesopotamia, Iraq », *Radiocarbon* **65** (4) (2023)

20. M. Zingarello, L. Bachelot, M. Fadel Hsony, « Trench 'PZ' across the Grand Canal of Larsa », in: R. Vallet (dir.), *Larsa-‘Uwaili Annual Report 2021-2022*, State Board of Antiquities and Heritage of Iraq (2022)