3.3.2.2.1. Principe de la méthode radar-sol

Le principe de la méthode radar-sol, méthode dite active, consiste à envoyer une onde électromagnétique dans le sol, via une antenne émettrice (Fig. 3-3)³⁷². Au cours de sa propagation, lorsqu’elle rencontre une discontinuité géologique, une partie de l’énergie transportée par l’onde se réfléchit en direction de la surface. Ce retour d’onde, ou écho, est ensuite capté et enregistré via une antenne réceptrice. Les discontinuités peuvent correspondre à des couches stratigraphiques de nature différente ou à des vestiges archéologiques. Dans le cadre de la prospection radar-sol, elles sont appelées des réflecteurs. La zone de contact entre deux milieux, produisant un retour d’onde, est appelée interface. La grandeur physique dont dépend la méthode radar est la constante diélectrique. La constante diélectrique correspond à la capacité d’un matériau de se polariser sous l’effet d’un champ électromagnétique extérieur : ici, il s’agit de l’onde électromagnétique émise par le radar.

Le principal avantage de la prospection radar-sol est sa capacité à localiser la profondeur les réflecteurs. Le temps de retour des ondes réfléchies, calculés en nanoseconde, dépend en effet de la vitesse de propagation de l’onde électromagnétique dans le milieu étudié. Si la vitesse de propagation est connue, il est donc possible d’estimer la profondeur d’enfouissement d’un réflecteur. Les sols sont souvent des milieux hétérogènes, où la vitesse de l’onde connaît d’importantes variations, donc seule une vitesse moyenne peut être estimée. Ainsi, les profondeurs d’enfouissement correspondent à des estimations basées sur la vitesse moyenne de propagation de l’onde électromagnétique dans le sol. Par rapport à la prospection magnétique, la prospection radar-sol peut être utilisée en milieu urbain car elle n’est pas perturbée par la présence de métal.

Au cours d’une prospection, le couple d’antennes est déplacé le long des profils (Fig. 3-3). A chaque point de mesure, une onde électromagnétique est émise et les retours d’onde sont enregistrés en fonction du temps. La succession des enregistrements permet de construire un profil radar. Un même réflecteur, par exemple une limite de couche ou un mur, peut créer des retours d’onde en plusieurs points de mesure. Le temps mis par l’onde pour revenir dépend de la profondeur de l’interface et donc de la forme du réflecteur. Il est alors possible de visualiser sur le profil radar la présence et la forme d’une interface à partir des temps de retour des ondes réfléchies. Pour obtenir une carte radar, on effectue plusieurs profils parallèles. L’ensemble des données de chaque profil est interpolé et les cartes radar sont éditées pour un temps de réponse commun à chaque profil, donc à une profondeur donnée (Fig. 3-3). L’intérêt est de pouvoir éditer une succession de cartes pour des temps de retour différents, et donc d’étudier l’évolution de la morphologie des réflecteurs en fonction de la profondeur. La prospection radar-sol permet donc d’obtenir une information stratigraphique, ce qui n’est pas possible pour la méthode magnétique. Elle permet de plus de cartographier des structures en profondeur sans que la carte ne soit trop perturbée par les niveaux d’occupation supérieurs.

La profondeur d’investigation dépend de plusieurs facteurs dont trois principaux : l’hétérogénéité des sols, la fréquence d’émission de l’onde électromagnétique (de 25 MHz à 1000 MHz), la nature sédimentaire du milieu. Dans les sols très hétérogènes, l’énergie transportée par l’onde est très rapidement dispersée, ce qui réduit fortement la profondeur d’investigation. Concernant la fréquence d’émission des ondes, plus celle-ci est basse, plus la profondeur d’investigation augmente. En contrepartie, la résolution de cartes, c'est-à-dire la taille des réflecteurs détectés, diminue et les résultats perdent de leur précision. Enfin sur la nature sédimentaire des sols, les milieux très argileux ont tendance à absorber fortement les ondes électromagnétiques. C’est une des principales limites de la méthode radar-sol. Les milieux sédimentaires alluviaux, généralement très argileux, ne peuvent donc pas être prospectés avec cette méthode. En outre, au Proche-Orient, le radar-sol n’est pas efficace pour détecter les structures archéologiques en briques crues argileuses alors qu’elles constituent une technique de construction très répandue.